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                    環球今頭條!問天實驗艙轉位,硬核知識點來了!

                    時間:2022-10-01 08:42:18    來源:科普中國網    


                    (資料圖片)

                    9月30日12時44分,經過約1小時的天地協同,問天實驗艙完成轉位。這是我國首次利用轉位機構在軌實施大體量艙段轉位操作。問天實驗艙轉位完成后,空間站組合體由兩艙“一”字構型轉變為兩艙“L”構型。今天,帶你了解關于問天實驗艙轉位的硬核知識點。

                    為何要實施轉位

                    按照我國空間站建造方案,在空間站建造階段,陸續發射的兩個實驗艙將對稱分布于核心艙節點艙的兩個側向停泊口,從而完成空間站“T字”基本構型的建造任務。

                    問天實驗艙是我國目前最大的單體航天器,如果直接與空間站組合體進行側向對接,會因為質心偏差對空間站姿態造成較大影響,甚至會出現滾轉失控的風險。就像是我們用手推一根木棍的底部,如果是沿著它的方向直推過去的話,木棍會徑直向前走;如果從側面撞過去,木棍則會發生較大的偏轉。在太空的微重力狀態下,偏離質心的力足以“四兩撥千斤”,讓空間站的姿態失穩。因此,我國兩個實驗艙都將先軸向對接于前向端口,再通過轉位移至側向停泊口,轉位動作在我國空間站的建造及后續任務實施中發揮了重要作用。

                    為何采用平面式轉位

                    為了讓問天實驗艙的轉位過程變得更加平穩、順利,研制團隊幾經論證,并綜合對比國際空間站的轉位方案,創造性地提出了“平面式轉位方案”,這是國際上首次以平面式轉位方案完成航天器的轉位動作。俄羅斯“和平號”空間站采用的是翻轉式組裝方案,但這一方案在艙體轉位到位后,艙體姿態會發生90°的翻轉,我國采用的方案則是讓問天實驗艙在同一平面內進行轉位,此時由于質心的運動軌跡也處在一個平面,轉位動作對空間站組合體的姿態擾動較小,更易于空間站的姿態控制。

                    但相對于翻轉式轉位方案,平面式轉位方案結構設計難度更大,地面試驗系統也更為復雜。為了讓轉位任務一氣呵成、一次成功,研制團隊對平面式轉位方案進行了精心的分析論證,并研發了相應的測試系統進行在軌工作載荷及轉位全時序試驗驗證,確保了實驗艙轉位任務的有序、安全、可靠。

                    轉位前還要做“體檢”?

                    航天器在軌運行過程中是沒有支點的,當空間站組合體每次接收新的艙段停泊,并進行轉位和對接的運動中,都會對空間站組合體產生擾動。與此同時,隨著新艙段加入,空間站組合體的系統質心位置、組合體系統慣量、構型等參數不斷變化,導致空間站的模態頻率和振型等動力學特性不斷變化,因此每完成一次在軌“變裝”,空間站就變成了一個“新的自己”。為了保證每一個姿態下模型都足夠準確,在建立仿真模型后,必須通過模態試驗不斷進行修正,給空間站姿態控制系統設計提供精準的動力學特性參數,讓模型更準確、讓轉位更平穩、讓在軌各項操作更順暢。

                    經過夜以繼日的奮戰,“體檢大師”——高精度模態參數識別系統誕生,這套系統能實現當今世界上最大單體航天器高精度模態參數識別,實現空間站整器及大型子系統模態參數的準確辨識,為空間站在軌組裝和姿態調整提供了必不可少的輸入??臻g站每一次成功“變裝”都離不開這套試驗系統。夢天實驗艙與節點艙進行對接后,同樣將通過轉位與節點艙的另一個側向停泊口進行對接,形成我國空間站“T”型基本構型。圍繞后續需求,這套系統也將不斷升級,為空間站長期在軌穩定運行貢獻力量。

                    標簽: 模態參數 動力學特性

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