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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。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后，空間站組合體由兩艙“一”字構型轉變?yōu)閮膳摗癓”構型。今天，帶你了解關于問天實驗艙轉位的硬核知識點。

為何要實施轉位

按照我國空間站建造方案，在空間站建造階段，陸續(xù)發(fā)射的兩個實驗艙將對稱分布于核心艙節(jié)點艙的兩個側向停泊口，從而完成空間站“T字”基本構型的建造任務。

問天實驗艙是我國目前最大的單體航天器，如果直接與空間站組合體進行側向對接，會因為質心偏差對空間站姿態(tài)造成較大影響，甚至會出現滾轉失控的風險。就像是我們用手推一根木棍的底部，如果是沿著它的方向直推過去的話，木棍會徑直向前走；如果從側面撞過去，木棍則會發(fā)生較大的偏轉。在太空的微重力狀態(tài)下，偏離質心的力足以“四兩撥千斤”，讓空間站的姿態(tài)失穩(wěn)。因此，我國兩個實驗艙都將先軸向對接于前向端口，再通過轉位移至側向停泊口，轉位動作在我國空間站的建造及后續(xù)任務實施中發(fā)揮了重要作用。

為何采用平面式轉位

為了讓問天實驗艙的轉位過程變得更加平穩(wěn)、順利，研制團隊幾經論證，并綜合對比國際空間站的轉位方案，創(chuàng)造性地提出了“平面式轉位方案”，這是國際上首次以平面式轉位方案完成航天器的轉位動作。俄羅斯“和平號”空間站采用的是翻轉式組裝方案，但這一方案在艙體轉位到位后，艙體姿態(tài)會發(fā)生90°的翻轉，我國采用的方案則是讓問天實驗艙在同一平面內進行轉位，此時由于質心的運動軌跡也處在一個平面，轉位動作對空間站組合體的姿態(tài)擾動較小，更易于空間站的姿態(tài)控制。

但相對于翻轉式轉位方案，平面式轉位方案結構設計難度更大，地面試驗系統也更為復雜。為了讓轉位任務一氣呵成、一次成功，研制團隊對平面式轉位方案進行了精心的分析論證，并研發(fā)了相應的測試系統進行在軌工作載荷及轉位全時序試驗驗證，確保了實驗艙轉位任務的有序、安全、可靠。

轉位前還要做“體檢”？

航天器在軌運行過程中是沒有支點的，當空間站組合體每次接收新的艙段停泊，并進行轉位和對接的運動中，都會對空間站組合體產生擾動。與此同時，隨著新艙段加入，空間站組合體的系統質心位置、組合體系統慣量、構型等參數不斷變化，導致空間站的模態(tài)頻率和振型等動力學特性不斷變化，因此每完成一次在軌“變裝”，空間站就變成了一個“新的自己”。為了保證每一個姿態(tài)下模型都足夠準確，在建立仿真模型后，必須通過模態(tài)試驗不斷進行修正，給空間站姿態(tài)控制系統設計提供精準的動力學特性參數，讓模型更準確、讓轉位更平穩(wěn)、讓在軌各項操作更順暢。

經過夜以繼日的奮戰(zhàn)，“體檢大師”——高精度模態(tài)參數識別系統誕生，這套系統能實現當今世界上最大單體航天器高精度模態(tài)參數識別，實現空間站整器及大型子系統模態(tài)參數的準確辨識，為空間站在軌組裝和姿態(tài)調整提供了必不可少的輸入。空間站每一次成功“變裝”都離不開這套試驗系統。夢天實驗艙與節(jié)點艙進行對接后，同樣將通過轉位與節(jié)點艙的另一個側向停泊口進行對接，形成我國空間站“T”型基本構型。圍繞后續(xù)需求，這套系統也將不斷升級，為空間站長期在軌穩(wěn)定運行貢獻力量。

標簽： 模態(tài)參數 動力學特性