昨天15时12分,神舟十四号航天员乘组顺利进入梦天实验舱。
昨天9时32分,空间站梦天实验舱顺利完成转位。 本报记者 王海欣摄
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本报记者 刘苏雅 牛伟坤
昨天(11月3日)9时32分,空间站梦天实验舱顺利完成转位,标志着中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成,向着建成空间站的目标迈出了关键一步。15时12分,神舟十四号航天员乘组顺利进入梦天实验舱。后续,神舟十四号乘组将在空间站内先后迎接天舟五号货运飞船、神舟十五号载人飞船的访问,届时神舟十四号、十五号两个乘组将完成中国航天史上首次航天员乘组在轨轮换。
一小时内顺利完成转位
本次梦天实验舱的转位过程与数月前进行的问天实验舱转位类似,均是在完成相关状态设置后与天和核心舱前向对接口分离,采用平面转位方式转动90度,并与核心舱节点舱侧向永久停泊口再对接。
“整个转位过程比我们预想的要顺利很多。”北京航天飞行控制中心航天器运控及长管团队副指挥胡国林深感振奋,“我们推演时预计转位过程需要68分钟左右,结果在一小时之内就完成了,这与我们前期的充分准备密不可分。”
胡国林口中的准备包括在轨和地面两部分。转位之前,飞控中心先后组织完成了转位功能测试、空间站组合体姿态调整等工作,将组合体轴向平行于地面飞行的姿态调整为与地面垂直,也就是重力梯度稳定姿态,“这种姿态对组合体产生的扰动最小。”
地面的准备工作,则主要包括正常及应急方案设计、串讲推演和联调演练等。转位时,组合体要经历分离、转位、捕获等过程,从“卜”字型转为“T”字型。胡国林表示,这一过程中,姿态是否受控、测控条件是否连续、应急预案是否全面是大家关注的重点。“虽然转位过程充满了风险,但是我们很有底气,因为无论出现什么问题,我们都有对应的处置预案。”
完美转位后,飞控中心的工作远远没有结束。“未来几天是关键期,我们要详细测试组合体功能性能,看看‘新成员’跟‘前辈’们的融合情况,为后续任务做好准备。”胡国林说。
在轨转位防止滚转失控
梦天实验舱质量达23吨,但带动其转位的转臂仅重150公斤。要实现“四两拨千斤”的转位,秘诀在于转臂上的两个“关节”,即驱动部件,它们能做到从加速到匀速阶段的平稳过渡。为了让梦天实验舱具备大惯量负载下的转动能力,此次转位过程采用了舱体停控模式,靠近舱端的“肩关节”做一次启停,与捕获机构相连的“腕关节”做两次启停,实现平稳转向。
实验舱为何不在发射后直接侧向对接到核心舱两侧?航天科技集团五院技术人员解释,侧向对接会因质心偏差影响空间站姿态,甚至有滚转失控的风险。同时根据空间站建造方案,两实验舱将在天和核心舱的侧向永久停泊。如果选择侧向对接,需要在两个侧向端口分别配置“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。
三舱形成“T”字构型后将协同配合、有机统一,构成更加完整可靠的空间站组合体。天和核心舱进行统一的组合体管理;问天实验舱与天和核心舱互为备份,可随时接替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。
“T”字构型便于稳定管理
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,对向布置在天和核心舱两侧,形成“T”字的“一横”,天和核心舱则是中间的“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、径向两个对接口可以接纳两艘载人飞船实现轮换,并能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。
“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,构型稳定,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,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才能控回。
空间站的在轨建设就像“搭积木”。天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱三个舱段的质量均超过20吨,再加上载人飞船、货运飞船到访,空间站实现最大扩展时质量将达近180吨,存在大质量、大惯量、大干扰、大挠性、变结构等特点。
从单舱入轨到组装“T”字基本构型,空间站组合体质量变化约5倍,惯量变化约100倍。航天科技集团五院502所打造的空间站制导导航与控制系统,能在各阶段的姿态、轨道、机动等控制任务中,针对不同的组合体构型,实现多舱段资源的统一调用,保障空间站稳定运行。
中国航天员首次进驻梦天舱
“让我们开启全新太空之旅吧”
“神舟十四号,我是北京。梦天实验舱空气测试结果合格,现在打开舱门进入梦天实验舱。”3日15时12分,伴随“神舟十四号明白”的话音,梦天舱舱门开启,航天员陈冬的身影率先出现,刘洋、蔡旭哲紧随其后——这是中国航天员首次进驻梦天舱。未来,该舱作为我国的“太空实验室”将陆续产出国际级科研成果。
“梦天问天,天宫梦圆。神舟十四号报告,乘组已顺利进入梦天实验舱。”站定后,陈冬报喜。“圆梦九天,精彩继续。中国空间站,全人类共同的太空家园。”刘洋向地面问好后,蔡旭哲接过话筒,“筑梦苍穹,唯有奋斗。让我们开启全新的太空之旅吧。”
在与地面的连线中,陈冬用“突破”表达自己进驻空间站后的最深感触。“对我来说,上次执行神舟十一号任务,在轨工作生活了33天,而这次任务到现在已经5个月了,这是一个很大的突破。”陈冬说,对中国载人航天来说,天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱联合打造的豪华“太空家园”也是一大突破,“所有这些突破都说明,中国载人航天在稳步地向前迈进。”
刘洋则深感“幸福与自豪”,她说,自己十年前执行神舟九号任务时,进驻的天宫一号只是一个单舱结构。相比之下,如今的“太空家园”更加宽敞、更加舒适、更加美好。“这十年,我们每个人都亲身经历并见证了一个伟大时代的发展变化……我们由衷地为伟大的党,为伟大的祖国感到骄傲和自豪!”蔡旭哲说,未来乘组将继续精心操作、密切配合,完成好后面的飞行任务。