在轨转位防止滚转失控

　　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端口再对接。

　　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道，侧向对接会因为质心偏差而影响空间站姿态，甚至可能有滚转失控风险。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，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，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。

　　在太空稳稳“搭积木”

　　空间站的在轨建设就像“搭积木”，在太空将各舱段组装起来，其间还会有载人飞船、货运飞船频繁的造访、分离。航天科技集团五院502所打造的空间站制导导航与控制（GNC）系统，能在各阶段的姿态、轨道、机动等控制任务中，实现多舱段资源的统一调用，保障空间站稳定运行。

　　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，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。大质量、大惯量、大干扰、大挠性、变结构，这些特点都对GNC系统提出了挑战。如同样是“向左转”，在不同的构型下，系统要能根据当前构型自主选择最优控制方案，调动相应的资源和信息。

　　为了用最少的燃料使用实现组合体的姿态控制，航天科技集团五院科研人员研制了1500牛米秒的控制力矩陀螺产品，并为空间站不同构型设计了特有的组合体力矩平衡姿态，只需通过小幅度的姿态调整，就能最经济地控制空间站这个“庞然大物”。

　　从单舱入轨到组装“T”字基本构型，空间站质量变化约5倍，惯量变化约100倍，GNC系统解决了建造过程中的变构型、大挠性和系统组成复杂等问题，验证了惯量在2个数量级变化系统的稳定性、可靠性，各项功能性能均满足任务要求，表现优异。  综合新华社、北京晚报