问天实验舱转位 天宫“变形”原来靠的是它?

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  中国太空站的问天实验舱2022年9月30日离开天和核心舱前向对接口,转位到侧向对接口停泊,太空站也从“一”构型,变成了“L”构型。问天实验为何要在此刻转位?它是如何完成这高难度动作?

问天实验舱|“转位机械臂”是什么?

舱段转位是建造太空站必要技术,但难度甚高。图为当局发布问天实验舱转位的图片。(网上图片)

  作为中国太空站的“第二块积木”,问天实验舱是2022年7月24日发射升空,翌日停泊天和核心舱节点舱的前向对接口。

  9月30日中午12时许,驻守“天宫”的太空人和地面人员经过1小时协同操作,问天实验舱成功从前向对接口,平面转位到节点舱侧向对接口,太空站组合体变成“L”形。

  其实这个侧向对接口才是问天实验的永久停泊处;由于问天实验舱重达20吨,如果它升空后直接停靠侧向对接口,巨大冲击力势必扰动整个太空站的飞行姿态。

问天实验舱的转位机械臂(箭咀示)有两个“关节”,操作灵活。(网上图片)

  所以问天实验舱要先在前向对接口“过度”,并进行测试,然后再作转位,而转位靠的就是“转位机械臂”;内地官方称之为“转位机构”。

  在中国太空站上,“转位机械臂”是问天和梦天两个实验舱专有的设备(国际太空站一些舱段亦有类似设计),它约有3至4米长,有两个可以转动的“关节”,安装在实验舱的对接口旁边,并不显眼。

问天实验舱:舱段转位难度高风险大

问天实验舱移动靠转位机械臂,图为转位机械臂所在位置的示意图。(网上图片)

  以这次转位为例,具体操作时转位机械臂先伸出,抓紧核心舱节点舱一个作用如同“把手”的基座,然后问天实验舱与核心舱分离,由转位机械臂“出力”,把问天实验舱移到节点舱侧向对接口,并“温柔”停泊。

  最后转位机械臂脱离节点舱,“缩”回到原来的位置,任务完成。这是中国首次利用这机械臂进行舱段转位操作。

问天实验舱转位,驻守天宫的中国太空人陈冬(中)、刘洋(右)和蔡旭哲(左)需配合地面控制人员操作。(网上图片)

  据悉,大型舱段转位是建造太空站必要技术,惟难度高、风险大,例如舱段移动时,会处于动力学特性最脆弱的状态,稍有振动就可能产生严重后果,所以此际整个太空站必须非常稳定,为此科学家们费尽心思,以确保万无一失。  

  这里有一点必须注意,便是上文说的转位机械臂,与天和核心舱的10米大机械臂,以及问天实验舱的5米小机械臂不是同一回事,后两者大家比较熟悉,转位机械臂则较少被传媒提及。

问天实验舱|腾空前向对接口迎梦天

问天实验舱2022年7月24日由“胖五”火箭发射升空。(网上图片)

  另外,一些展示中国太空站的动画中,或会出现大机械臂“搬”实验舱的画面,这并非虚构,因为大机械臂确有如此能力,只是正常情况下转位机械臂已足以应付需要,“大家伙”的机械备只需作为备份。

  在2022年1月,太空站主机械臂曾把原本停泊在天和核心舱后向接口的天舟三号货运飞船,“搬”到其他对接口,以验证技术。

  延伸阅读:问天实验舱登场 太空人为何改从这里出舱?

问天实验舱转位,随后梦天实验舱将会加入,中国太空站最终会形成“T”字构型。(网上图片)

  至于问天实验舱为什么在这时间转位?很主要原因是中国太空站的“第三块积木”,也就是梦天实验舱,将在10月份发射,问天需要腾出前向接口,迎接梦天的加入。

  当然,梦天实验舱也只会在该对接口临时停泊,完成测试后,它亦会利用自己的转位机械臂,转到天和核心舱节点舱的另一侧永久停泊,这时中国太空站主体便变成“T”字型。

  延伸阅读:太空中怎样“挪车位”?问天实验舱完成新挑战

 

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