為何要實現“T”字構型

張蕾　任昕宇　蘇際聰　毛凌野

11月3日9時32分，夢天實驗艙順利完成轉位，中國空間站組合體實現了“T”字基本構型，即以天和核心艙為對稱軸，問天實驗艙與夢天實驗艙分布于天和核心艙節點艙的兩個側向停泊口。

在我國空間站的建造及后續任務實施中，艙體的轉位動作發揮著重要作用。關于轉位，相信這些問題的答案，你一定想知道……

問天、夢天兩個實驗艙在發射后，首先與天和核心艙進行前向交會對接，再通過轉位動作從天和核心艙的前向對接口移動到側向停泊口，從而完成空間站“T”字基本構型的建造任務。

為什么不能在實驗艙發射后，直接側向交會對接到天和核心艙的兩側呢？據航天科技集團五院空間站系統總指揮王翔介紹，主要有兩方面原因：一是實驗艙與空間站組合體直接進行側向對接，會因為質心偏差對空間站姿態造成較大影響，甚至可能會有滾轉失控的風險；二是根據空間站建造方案，兩個實驗艙將在天和核心艙的側向永久停泊，如果選擇側向交會對接，就需要在天和核心艙的兩個側向端口分別配置一套交會對接設備，并且這兩套設備只能使用一次，造成資源浪費?！坝纱丝梢姡瑑蓚€實驗艙先與核心艙進行前向交會對接，再通過轉位移至核心艙側向停泊口的方案設計是最優的。”王翔強調。

不過，他表示，兩個實驗艙在轉位任務安排上有些差異：問天實驗艙在經過發射和交會對接后，先開展航天員出艙等一系列任務，而后再轉位；夢天實驗艙則在發射、交會對接后直接轉位，待形成“T”字構型組合體后，再開展在軌測試、航天員駐留等任務。

2022年7月，問天實驗艙成功發射并與天和核心艙完成交會對接，空間站組合體呈兩艙“一”字構型。9月底，問天實驗艙轉位成功，空間站組合體變為兩艙“L”字構型。幾天前，夢天實驗艙成功發射并與天和核心艙完成前向交會對接，空間站組合體呈橫向且不對稱的“T”字構型。此次，夢天實驗艙完成轉位，三艙最終呈現真正的“T”字構型。

為什么是“T”字構型呢？據悉，構型要保證主結構和質量分布盡量對稱、緊湊，以獲得好的質量特性，易于控制航天器的運動。

誠然，轉位后空間站的“T”字構型結構對稱，從姿態控制、組合體管理上都比較穩定，顯然更易于組合體的飛行，而且受到地心引力、大氣擾動等影響較為均衡，姿態控制消耗的推進劑和其他資源較少。“若采用非對稱構型，空間站組合體的力矩、質心與受到的干擾，相對于姿態控制、軌道來說都不對稱，飛行效率更低，控制模式也更加復雜，一旦發生偏轉，就需要付出額外的資源和代價將其控制回來?！蓖跸杞忉尅?/p>

為確保夢天實驗艙轉位任務順利實施，航天科技集團五院研制團隊精心安排、周密部署了轉位方案。轉位過程中，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；機械臂分系統始終作為轉位機構的備份手段，保障平臺安全；熱控分系統負責整個空間站組合體的溫度控制，包括向太空輻射散熱與熱管理；空間站GNC（制導、導航與控制）分系統始終精準控制，確保組合體以最高穩定度進入?？貭顟B；數管分系統發揮“智能大腦”作用，處置一系列復雜指令，全程零差錯。得益于各分系統的高效配合，此次任務僅用約1小時就圓滿完成。

中國空間站在設計之初就運用了系統科學的思想，即系統的各部分相對獨立，組成系統時則相互聯系、作用，有機地形成一個整體。

三艙形成“T”字構型后，便以“1+1+1=1”的理念構建成為“組合體核心”。其中，由天和核心艙進行統一的組合體管理，包括姿態軌道控制、載人環境、熱控、信息通信等；問天實驗艙與天和核心艙互為備份，問天實驗艙可隨時接替天和核心艙對空間站組合體進行統一管理和控制；問天實驗艙、夢天實驗艙為開展艙內外科學實驗提供支持。三艙如此協同配合、有機統一，構成更加完整可靠的空間站組合體。

值得一提的是，夢天實驗艙上還配置了由航天科技集團五院研制的貨物氣閘艙與艙外展開試驗平臺?！敖窈?，需要安裝在艙外的科學試驗設備可通過貨運飛船運送到空間站，再通過貨物氣閘艙把載荷送到艙外，由機械臂或者航天員安裝到艙外平臺上，從而實現艙外試驗項目的不斷更新?！蓖跸璞硎?。