問天實驗艙如何完美轉位？詳細解讀來了

9月30日，空間站問天實驗艙從天和核心艙軸向對接口分離並轉位90度至天和核心艙側向停泊口，兩艙組合體由一字構型變為L構型，空間站組合體穩定飛行，標誌着問天實驗艙轉位任務取得圓滿成功。

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。這個看似簡單的動作，實則是空間站任務和研製團隊的一次大的考驗，是融合了前向撤離、艙段轉位、側向對接等高難度動作的“組合拳”。

本次轉位任務由中國航天科技集團五院抓總負責。為確保任務順利實施，研製團隊組織實施開展了大量設計驗證工作。

艙段轉位期間，由百餘公斤的轉位機構驅動二十餘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一個幾十噸的“龐然大物”在太空中處於被動穩定的狀態談何容易。為此，研製團隊進行了多輪頭腦風暴，“要不借鑑鐘擺原理先把組合體立起來試試看”“要不再讓組合體轉個身，向後轉位！”“這樣一來組合體靠重力作用像鐘擺一樣穩定了對地軸，靠問天實驗艙上兩個大型太陽翼像羽毛球一樣穩定了偏航軸，從而形成三軸被動穩定飛行狀態”……在研製人員的思路碰撞中，本次轉位中發揮關鍵作用的被動穩定轉位方案逐漸明確。

此前，在2022年1月6日，實施了機械臂輔助貨運飛船轉位試驗，這是問天實驗艙轉位前的一次正式預演，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，為本次問天實驗艙轉位任務的成功實施奠定了堅實基礎。

本次轉位任務的成功，離不開空間站各分系統間大力協同。據中國航天科技集團五院空間站問天實驗艙副主任設計師羅超介紹，“過程中，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……”由於各分系統的高效配合，使得此次任務在僅一個小時左右的時間圓滿完成，進一步確保了空間站組合體安全。

按照計劃，空間站L構型組合體將持續飛行1個月，後續還將迎接夢天實驗艙組成T字構型，形成三艙基本構型的中國空間站。

（作者 餘建斌 郭睿 史紀鑫 商帥）