23年造“神器” 问天实验舱如何助力空间站“坐如钟、行如风”？

中新网海南文昌7月24日电 (马帅莎 薛英民 李刚)7月24日，问天实验舱在文昌航天发射场成功发射。问天实验舱入轨以后，将助力百余吨重的中国空间站能“坐如钟、行如风”。

天舟四号曾为中国空间站带去一个重100多公斤的控制力矩陀螺，此次问天实验舱又携带了4个这样的“大家伙”。后续，航天员将把天舟四号携带的控制力矩陀螺安装到问天实验舱上，多个控制力矩陀螺联合使用，将使超过100吨的空间站的姿态控制能“坐如钟、行如风”。

中国空间站使用的是目前中国该类产品中最大的1500牛米秒控制力矩陀螺，共需配备12台，其中有6台随天和核心舱飞天，后续，天舟五号还会再“捎”一台，后上天的6台将集中安装在问天实验舱。

中国控制力矩陀螺研制过程如果从1998年开展预先研究算起，至2021年空间站任务中控制力矩陀螺首次在轨成功应用，共经历了23年。控制力矩陀螺曾经是拦在中国航天人面前的一块巨石。20世纪90年代，全球仅少数大国有能力研制控制力矩陀螺，且价格高昂。

中国第一台飞天的是200牛米秒控制力矩陀螺，2011年随天宫一号上天，其在轨应用使中国成为国际上第三个掌握该技术的国家。

从天宫一号开始，中国航天科技集团五院面向不同大小的航天器应用开发了系列控制力矩陀螺产品，但和控制力矩陀螺在其它航天器上的应用不同，空间站任务要求更高。

其他航天器控制力矩陀螺安装在舱内，工作环境较为单一，而空间站上的控制力矩陀螺需要同时适应舱内、舱外两种工作环境。极大的温差和真空度变化等给产品关键部位的润滑和整机的散热问题带来很大挑战，特别是对于舱外200多度的温差，研制人员必须进行专门的热控设计，对于舱内产品，研制人员开展了减振降噪工作，以符合舱内噪声指标要求。

作为复杂的空间机电类产品，控制力矩陀螺工作环境恶劣、寿命要求长，要求每分钟数千转连续工作多年，在轨发生故障的概率较大。为了保证空间站的寿命与可靠性，控制力矩陀螺需要具备在轨更换能力。

空间站任务把控制力矩陀螺在中国航天器上的使用提高到新高度。目前，中国单框架控制力矩陀螺产品已实现快速发展。天宫一号任务之后，航天科技集团五院在数年时间里陆续研发出了动量范围覆盖0.1牛米秒到1500牛米秒的产品，形成满足中国各类空间飞行器姿态机动与姿态控制需求的全系列控制力矩陀螺产品型谱。

较第一代产品，新研制的控制力矩陀螺具有精度高、响应快、寿命长、可靠性高等优点，可满足中国未来数年内各类空间飞行器的姿态控制要求。

“拦路虎”变成了技术高峰，系列产品的研制与应用显著提升了中国空间飞行器的姿态机动与姿态稳定控制能力，使卫星看得更准、更宽，也推动了中国空间惯性执行机构的快速发展。(完)