中国空间站成功完成“太空泊车”，上海航天专家揭秘背后高科技

北京时间2022年9月30日12时44分，经过约1小时的天地协同，我国空间站的问天实验舱完成转位，空间站组合体由两舱（天和核心舱、问天实验舱）“一”字构型转变为“L”字构型。

转位期间，问天实验舱首先完成相关状态设置，而后与天和核心舱分离，之后采用平面转位方式完成转位，并与节点舱侧向端口再对接。

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。后续，空间站组合体将以“L”字构型在轨飞行，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”字构型组合体。

澎湃新闻（www.thepaper.cn）10月1日从上海航天八院（以下简称“八院”）获悉，在被航天界形象比喻为“太空泊车”的此次任务中，八院805所设计研制的对接与转位分系统发挥了关键作用，包括转臂、转位基座、对接机构等在内的产品分工明确、各显神通，确保转位过程起得柔、转得稳、停得准、对得顺，让首次“太空泊车”成功完成，为祖国送上了一份生日礼物。为什么要“太空泊车”？其背后又有哪些高科技在支撑？八院专家对此做了揭秘。

为什么要“太空泊车”？

八院空间站系统产保经理魏智表示，按照我国空间站建造方案，在空间站组装建造阶段，陆续发射的两个实验舱（问天实验舱、梦天实验舱）将对称分布于天和核心舱节点舱的两个侧向停泊口，完成空间站“T字”基本构型的建造任务。

“问天实验舱是我国目前最大的单体航天器，如果直接与空间站组合体进行侧向对接，会因为质心偏差，对空间站姿态造成较大影响，甚至会出现滚转失控的风险”，魏智进一步解释道，“就像是我们用手推一根木棍的底部，如果是沿着它的方向直推过去的话，木棍会径直向前走；如果从侧面撞过去，木棍则会发生较大的偏转。在太空的微重力状态下，偏离质心的力足以让空间站的姿态失稳。”因此，两个实验舱都将先轴向对接于前向端口（类似于手推木棍底部），再通过转位移至侧向停泊口。转位动作的成败，直接关乎我国空间站的建造及后续任务实施。

国际上首次平面式转位

转位是更加稳妥之法，那么如何实施？又该怎么转？

为了让问天实验舱的转位过程变得更加平稳、顺利，八院805所对接与转位研制团队几经论证，并综合对比国际空间站的转位方案，创造性提出了“平面式转位方案”，这是国际上首次以平面式转位方案完成航天器的转位动作。

魏智说，俄罗斯“和平号”空间站采用的是翻转式组装方案，但这一方案在舱体转位到位后，舱体姿态会发生90°的翻转，而我国采用的方案，则是让问天实验舱在同一平面内进行转位，此时由于质心的运动轨迹也处在一个平面，转位动作对空间站组合体的姿态扰动较小，更易于空间站的姿态控制。

相对于翻转式转位方案，平面式转位方案结构设计难度更大，地面试验系统也更为复杂。为了让转位任务一气呵成、一次成功，研制团队对平面式转位方案进行了精心的分析论证，并研发了相应的测试系统，来进行在轨工作载荷及转位全时序试验验证，确保了实验舱转位任务的有序、安全、可靠。

纤纤转臂大显身手

据专家介绍，此次转位动作主要由配置在实验舱上的转臂机构以及核心舱节点舱上的转位基座担纲完成。

位于实验舱上的转臂机构像是一支纤纤“小臂”，但却孕育着舞动乾坤的大能量。它以细致灵动的流畅操作，让重达23吨的实验舱起得柔、转得稳、停得准、对得顺。

首先，转臂捕获安装在核心舱上的转位基座，也就是将“手”轻轻搭到核心舱上并实现刚性连接，此时，对接机构解锁，实验舱与核心舱之间处于柔性连接状态；随后，转臂缓缓起动，在两分钟内以肉眼难以察觉的速度实现舱体缓慢起动，并逐渐提高至全速转动。哪怕是在全速转动的过程中，“小臂”的运动速度也很低，且不能出现“急刹”“点刹”的现象，这样低速且匀速的运转模式，可以有效降低对空间站组合体的扰动。

在即将到达侧向停泊点时，转臂开启“制动”模式，为了避免电机断电可能带来的“急刹车”，转臂上安装了缓冲耗能装置，既可以避免大惯量冲击造成“小臂骨折”，又能在三分钟内快速消耗舱体转位带来的动能，使实验舱精准地停在预定的侧向对接位置。

“倒车入库”已经过数千次试验

问天实验舱成功转位至侧向停泊口后，需要与天和核心舱完成侧向再对接，也就是最后一步动作——“倒车入库”，这一动作需要对接机构和转位机构之间协调配合、共同完成。

首先，转位机构要具有位置保持的能力，让23吨的实验舱以“悬停姿态”做好对接准备；其次，对接机构则要改变以往“粗暴的强吻”方式，采用一种全新的捕获对接方式，也就是“准静态对接技术”。

上海航天专家透露，其方式是由实验舱的对接机构主动推出对接环实现捕获，这一“吻”更轻盈、也更温柔。

为了实现完美的“倒车入库”，八院身经百战的空间站“老手”——对接机构已在21次在轨试验和数千次地面试验中进行了充分的双重验证，确保胜任此次全新的对接考验。