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9月30日12时44分,经过约1小时的天地协同,问天实验舱完成转位。这是我国首次利用转位机构在轨实施大体量舱段转位操作,问天实验舱转位完成后,空间站组合体由两舱“一”字构型转变为两舱“L”构型。后续,空间站组合体将以“L”构型在轨飞行,等待梦天实验舱发射、交会对接后,还将转位形成空间站三舱“T”构型组合体。
空间站舱段转位技术是中国空间站建造必须突破的关键技术之一。从轴向对接口到侧向停泊口,动作看似简单,实则是一次融合了前向撤离、舱段转位、侧向对接等高难度动作的“大考”。转位期间,问天实验舱完成相关状态设置并与天和核心舱分离,采用平面转位方式完成转位,与节点舱侧向端口再对接。
问天实验舱配置的转位机构像一条“小臂”,转位时,其先与核心舱转位基座连接,随后低速、匀速将实验舱转至侧向停泊口,加装的缓冲耗能装置能保证精准停靠,避免“刹车”时的大惯量冲击造成“小臂骨折”。
在400公里高空,用仅有百余公斤重的转位机构,驱动20余吨的问天实验舱进行大范围转移,就像用一根扁担挑起两头大象,两端出现轻微振动就可能产生严重后果。研制团队介绍,为了确保结构安全,空间站必须在自由漂浮的状态下完成舱段转位。但空间站舱段单体的重量约23吨、高度约18米,每个单体包含三个子舱段以及超大型柔性太阳帆板、机械臂等复杂附属结构,结构复杂程度远超一般的航天器。要让这个“重量级选手”在太空中处于被动稳定状态,谈何容易。研制团队想了个好办法,借鉴钟摆原理,先让空间站组合体“站起来”,再“转个身”,向后转位。这样一来,组合体依靠重力作用像钟摆一样稳定了对地轴,靠问天实验舱的两个大型太阳翼稳定了偏航轴,从而形成三轴被动稳定飞行状态。
空间站每次接收新的舱段停泊、进行转位和对接运动时,都会对本体产生扰动。随着新舱段加入,空间站组合体系统的质心位置、组合体系统惯量、构型等参数均有差异,导致其模态频率和振型等动力学特性不断变化。为此,五院总装与环境工程部力学试验团队成功研制出世界最大单体航天器高精度模态参数识别系统,助力问天实验舱顺利转位。围绕后续需求,这套系统还将不断升级。
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