◎ 郭睿 史紀鑫 商帥 科技日報記者 付毅飛
北京時間2022年9月30日12時44分，經過約1小時的天地協同，問天實驗艙完成轉位。
轉位期間，問天實驗艙首先完成相關狀態設置，而後與天和核心艙分離，之後採用平面轉位方式完成轉位，並與節點艙側向端口再對接。
這是我國首次利用轉位機構在軌實施大體量艙段轉位操作。問天實驗艙轉位完成後，空間站組合體由兩艙「一」字構型轉變為兩艙「L」構型。後續，空間站組合體將以「L」字構型在軌飛行，等待夢天實驗艙發射、交會對接後，還將轉位形成空間站三艙「T」字構型組合體。
用一根扁擔挑起兩頭大象
空間站艙段轉位技術是中國空間站建造必須突破的關鍵技術之一。看似簡單的動作，其實是融合前向撤離、艙段轉位、側向對接等高難度動作的「組合拳」。
艙段轉位期間，由百餘公斤的轉位機構驅動20多噸的實驗艙進行大範圍轉移，如同用一根扁擔挑起兩頭大象一樣，屬於動力學特性最脆弱的狀態，兩端輕微振動就可能產生嚴重後果。為確保結構安全，必須暫時關閉組合體姿態主動控制，讓空間站在自由漂浮狀態下完成艙段轉位。
可是讓空間站組合體這樣幾十噸的龐然大物在太空中處於被動穩定狀態談何容易。為此，中國航天科技集團五院研製人員腦洞大開，進行了多輪頭腦風暴：「借鑒鐘擺原理先把組合體立起來？」「再讓組合體轉個身，向後轉位。」「讓組合體靠重力作用像鐘擺一樣穩定對地軸，靠問天實驗艙上兩個大型太陽翼像羽毛球一樣穩定偏航軸，從而形成三軸被動穩定飛行狀態……」思想激蕩中，被動穩定轉位方案逐漸明確。
多重試驗驗證備戰「大考」
在空間站建造任務中，艙段轉位動作堪稱「大考」。為了交出完美的成績單，研製團隊進行了多重模擬仿真，開展了大量試驗驗證工作。
本次轉位採用平面轉位方式。對這種方式，研製團隊可以在地面使用氣浮台進行大量轉位試驗，充分驗證轉位路徑。
空間站始終採用「三艙伴飛」的模式，地面的「電性空間站」針對此次任務進行了全流程模擬試驗；「雲端」中的「數字空間站」利用多學科仿真模型，在飛行程序驅動下開展了轉位過程中姿態預示、中繼測控鏈路遮擋和能量平衡等多學科聯合仿真。這些技術手段，充分驗證了轉位實施方案的可實施性和轉位過程中姿態、能源、測控通信等多專業的匹配度。
2022年1月6日，空間站機械臂轉位貨運飛船試驗取得圓滿成功，這是我國首次利用空間站機械臂操作大型在軌飛行器進行轉位試驗，也是問天實驗艙轉位前的一次正式預演。這次轉位試驗先後完成了機械臂捕獲天舟二號、對接機構分離、天舟二號轉位、兩艙再次對接等一系列預定動作，為問天實驗艙轉位任務成功實施奠定了堅實基礎。
圖片來源：中國載人航天
1個月後迎接夢天實驗艙
本次轉位任務過程中，空間站各分系統間大力配合、協同保障。
五院空間站問天實驗艙副主任設計師羅超說，任務中，空間站機械臂分系統始終作為轉位機構的備份手段，保障平台安全；GNC分系統始終精準控制，確保組合體以最高穩定度進入停控狀態；測控與通信分系統在天地間搭建起暢通的通信鏈路，傳輸高清圖像，使得整個轉位過程100%受控；數管分系統發揮「智能大腦」作用，處置一系列複雜指令，全程零差錯……
在各分系統高效配合下，任務僅一個小時左右就圓滿完成。
按計劃，空間站L構型組合體將持續飛行約1個月，後續將迎接夢天實驗艙，組成T構型，屆時中國空間站將全面建成。
編輯：王宇
審核：朱麗
