梦天实验舱成功转位 为何空间站要构成“T”字形？

段喜亮

　　北京日报客户端 | 记者 刘苏雅 王海欣 通讯员 任昕宇 苏际聪 毛凌野 时小丹 罗维玮

　　11月3日，梦天实验舱成功完成转位，中国空间站“T”字基本构型组装完成。以天和核心舱为对称轴，问天实验舱与梦天实验舱分布于核心舱节点舱的两个侧向停泊口。

　　最近几个月来，空间站经历了多次构型变化。2022年7月，问天实验舱发射并与天和核心舱形成两舱“一”字构型；9月底，问天实验舱转位成功，空间站组合体变为两舱“L”字构型；几天前，梦天实验舱发射成功并与天和核心舱完成前向交会对接；此次梦天实验舱转位过后，空间站形成三舱组合体“T”字基本构型，并将长期维持该姿态在轨运行。

　　为何是“T”字构型？

　　问天实验舱、梦天实验舱这两个尺寸、质量特性大体一致的舱段，经过地面技术人员的精确控制，通过精准转位对向布置在天和核心舱两侧，形成“T”字的一横，天和核心舱则是那一竖。

　　这样一来，天和核心舱仍保持着前向、后向、径向三向对接的能力。后向对接口可对接货运飞船，使组合体可以直接利用货运飞船的发动机进行轨道机动；前向、径向两个对接口不仅可以接纳两艘载人飞船实现轮换，而且在保持正常三轴稳定对地姿态时，两对接口都在轨道平面内，即可让载人飞船在轨道面内沿飞行方向和沿轨道半径方向直接对接，使航天员的天地往返更加安全快捷。

　　问天实验舱、梦天实验舱配置的两对大型太阳翼，成为T字一横远端的两个“大风车”，不管空间站以何种姿势飞行，都能实现高效发电。此外，两实验舱的气闸舱都分别位于T字一横的端头，在正常工作泄压或异常隔离时，均不影响其他密封舱段构成连贯空间，保证了空间站在轨稳定运行。

　　“T”字构型有何优势？

　　“为了使航天器易于运动控制，构型要保证主结构和质量分布尽量对称、紧凑，以获得好的质量特性。”航天科技集团五院空间站系统总指挥王翔表示，转位后的“T”字构型结构对称，从姿态控制、组合体管理等角度来看，都是比较稳定的构型，易于组合体的飞行。且由于其受到的地心引力、大气扰动等影响较为均衡，空间站姿态控制消耗的推进剂和其他资源较少。

　　如果采用非对称构型，组合体的力矩、质心与所受到的干扰相对于姿态控制、轨道来说都不是对称的，其飞行效率更低，控制模式更加复杂，一旦构型发生偏转，就需要付出额外的代价和资源将其控回。

　　也正是因此，航天科技集团五院在前期设计时，就将组合体作为完整系统考虑，确保问天实验舱和梦天实验舱的尺寸、质量特性大体一致，从而获得整体构型下较好的动力学特性。

　　为何要经历在轨转位？

　　本次梦天实验舱的转位过程与数月前的问天实验舱类似，均是在完成相关状态设置后与天和核心舱分离，采用平面转位方式完成转位，并与节点舱侧向端口再对接，从而完成空间站“T”字基本构型的建造任务。转位动作在我国空间站的建造及后续任务实施中发挥了重要作用。

　　实验舱为何不能在发射后，直接侧向交会对接到天和核心舱两侧呢？航天科技集团五院技术人员解释道，如果实验舱与空间站组合体进行侧向对接，会因为质心偏差对空间站姿态造成较大影响，甚至可能会有滚转失控的风险。同时，根据空间站建造方案，两个实验舱将在天和核心舱的侧向永久停泊，如果选择侧向交会对接，需要在天和核心舱两个侧向端口分别配置一套“一次性”的交会对接设备，造成资源浪费。因此，采用前向交会对接，再通过转位移至核心舱侧向停泊口的方案设计最优。

　　这正是中国空间站“1+1+1=1”理念的典型体现，即系统各部分各自独立，组成系统时又相互联系、相互作用，有机地形成一个整体。三舱形成“T”字构型后，由天和核心舱进行统一的组合体管理，包括姿态轨道控制、载人环境、热控、信息通信等；问天实验舱与天和核心舱互为备份，可随时接替天和核心舱对空间站组合体进行统一管理和控制；问天实验舱、梦天实验舱为开展舱内外科学实验，提供支持。三舱协同配合、有机统一，构成更加完整可靠的空间站组合体。接下来，梦天实验舱还将开展在轨测试、航天员驻留等任务。