“太空搬家”是如何完成的？揭秘天舟二號(hào)轉(zhuǎn)位試驗(yàn)→

　　據(jù)中國(guó)載人航天工程辦公室消息：北京時(shí)間2022年1月6日6時(shí)59分，經(jīng)過(guò)約47分鐘的跨系統(tǒng)密切協(xié)同，空間站機(jī)械臂轉(zhuǎn)位貨運(yùn)飛船試驗(yàn)取得圓滿成功，這是我國(guó)首次利用空間站機(jī)械臂操作大型在軌飛行器進(jìn)行轉(zhuǎn)位試驗(yàn)。

　　1月6日凌晨，機(jī)械臂成功捕獲天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船，6時(shí)12分轉(zhuǎn)位試驗(yàn)開始，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船與天和核心艙解鎖分離后，在機(jī)械臂拖動(dòng)下，以核心艙節(jié)點(diǎn)艙球心為圓心進(jìn)行平面轉(zhuǎn)位；而后反向操作，直至貨運(yùn)飛船與核心艙重新對(duì)接并完成鎖緊。

　　此次試驗(yàn)，初步檢驗(yàn)了利用機(jī)械臂操作空間站艙段轉(zhuǎn)位的可行性和有效性，驗(yàn)證了空間站艙段轉(zhuǎn)位技術(shù)和機(jī)械臂大負(fù)載操控技術(shù)，為后續(xù)空間站在軌組裝建造積累了經(jīng)驗(yàn)。

　　天舟二號(hào)為什么要進(jìn)行轉(zhuǎn)位試驗(yàn)？

　　那么，什么是轉(zhuǎn)位試驗(yàn)，轉(zhuǎn)位試驗(yàn)的目的是什么呢？一起來(lái)了解一下。

　　我國(guó)的空間站并不是一次性發(fā)射成型的，而是需要通過(guò)多次發(fā)射，在太空中組裝建造而成。目前，我們已經(jīng)陸續(xù)發(fā)射了天和核心艙、天舟貨運(yùn)飛船、神舟載人飛船，后續(xù)還將發(fā)射兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙。

　　航天科技集團(tuán)五院空間站總體副主任設(shè)計(jì)師 史紀(jì)鑫：我們正常的建造過(guò)程中，我們兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙都是對(duì)接到前向?qū)涌诘模▽?shí)驗(yàn)艙Ⅰ對(duì)接到）前向?qū)涌谝院?，相?dāng)于它（實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ）停在這以后，等實(shí)驗(yàn)艙Ⅱ來(lái)的時(shí)候，它（實(shí)驗(yàn)艙Ⅰ）要把這個(gè)位置給讓出來(lái)。

　　史紀(jì)鑫告訴我們，為了確保之后發(fā)射的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙能夠順利完成艙段轉(zhuǎn)位任務(wù)，需要提前開展在軌轉(zhuǎn)位關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證，這次天舟二號(hào)的轉(zhuǎn)位試驗(yàn)就是為了這個(gè)目的。

　　航天科技集團(tuán)五院空間站總體副主任設(shè)計(jì)師 史紀(jì)鑫：如果是轉(zhuǎn)位不成功或者沒(méi)有這個(gè)功能的話，我們整個(gè)的規(guī)模可能就受限了。這個(gè)過(guò)程其實(shí)是我們整個(gè)空間站建造必須要突破的一項(xiàng)技術(shù)。我們只有把這個(gè)技術(shù)突破了，整個(gè)的空間站才能如期建成。

　　轉(zhuǎn)位試驗(yàn)是怎樣進(jìn)行的？

　　空間站上的機(jī)械臂此前協(xié)助航天員順利完成了四次出艙任務(wù)，但此次要搬動(dòng)貨運(yùn)飛船，還是一個(gè)不小的考驗(yàn)。那么轉(zhuǎn)位試驗(yàn)是怎樣進(jìn)行的？我們的空間站設(shè)計(jì)人員為了順利完成任務(wù)，又設(shè)計(jì)了怎樣的方案呢？

　　天舟二號(hào)的轉(zhuǎn)位試驗(yàn)由天和核心艙上的機(jī)械臂來(lái)配合完成。首先，機(jī)械臂需要提前爬行到位于節(jié)點(diǎn)艙附近的停泊口，為轉(zhuǎn)位試驗(yàn)作準(zhǔn)備。之后，通過(guò)捕獲的方式抓住天舟二號(hào)的適配器。

　　航天科技集團(tuán)五院空間站總體副主任設(shè)計(jì)師 史紀(jì)鑫：然后在這個(gè)時(shí)候我用機(jī)械臂，推動(dòng)貨運(yùn)飛船先解鎖。解鎖了以后，讓機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)著貨運(yùn)飛船轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)以后再回來(lái)，回來(lái)以后再走一次交會(huì)對(duì)接，然后把貨運(yùn)飛船再對(duì)上來(lái)。有點(diǎn)像我們建一個(gè)摩天大樓的時(shí)候的塔吊，這個(gè)塔吊就相當(dāng)于我們的機(jī)械臂，每個(gè)艙它相當(dāng)于我們的建筑材料，就是這樣的一個(gè)流程。

　　史紀(jì)鑫告訴我們，在轉(zhuǎn)位試驗(yàn)的過(guò)程中，機(jī)械臂一端連接核心艙、一端連接天舟二號(hào)，這就像一根扁擔(dān)挑著兩頭大象。這樣的結(jié)構(gòu)非常脆弱，可能會(huì)對(duì)機(jī)械臂造成損傷，因此，科研人員對(duì)轉(zhuǎn)位試驗(yàn)進(jìn)行了巧妙設(shè)計(jì)。

　　航天科技集團(tuán)五院空間站總體副主任設(shè)計(jì)師 史紀(jì)鑫：首先我把空間站立起來(lái)，立起來(lái)以后給它先轉(zhuǎn)90度，在軌道面內(nèi)是一個(gè)最小的迎風(fēng)面的一個(gè)飛行，這樣的話它氣動(dòng)的擾動(dòng)是最小的。立起來(lái)以后就像鐘擺一樣，整個(gè)艙其實(shí)是重力梯度穩(wěn)定的，就是不管往哪個(gè)方向翻，它最后都會(huì)停留在縱軸上。

　　驗(yàn)證空間站建造多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

　　在今天（6日）的轉(zhuǎn)位試驗(yàn)中，核心艙、機(jī)械臂、貨運(yùn)飛船互相配合，姿態(tài)不斷發(fā)生變化，猶如太空中的變形金剛。這一系列眼花繚亂的操作過(guò)程，也驗(yàn)證了中國(guó)空間站建造的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

　　專家介紹，在今天的轉(zhuǎn)位試驗(yàn)開始之前，他們?cè)诘孛嬉呀?jīng)進(jìn)行了大量的仿真模擬來(lái)確保試驗(yàn)的順利，這次試驗(yàn)也是對(duì)地面仿真系統(tǒng)的一次驗(yàn)證。

　　航天科技集團(tuán)五院空間站總體副主任設(shè)計(jì)師 史紀(jì)鑫：沒(méi)有在天上去真正地去做這個(gè)試驗(yàn)之前，我要在地面上做一個(gè)預(yù)演，然后要預(yù)演出來(lái)天上的狀態(tài)。

　　專家還告訴記者，空間站機(jī)械臂已經(jīng)協(xié)助航天員完成了四次出艙任務(wù)，但今天的試驗(yàn)是對(duì)機(jī)械臂艙段轉(zhuǎn)位能力的一次考驗(yàn)。

　　航天科技集團(tuán)五院空間站總體副主任設(shè)計(jì)師 史紀(jì)鑫：機(jī)械臂從來(lái)沒(méi)有承載過(guò)這么大的一個(gè)負(fù)載，像之前我們載人出艙，可能一個(gè)航天員加上他的航天服大概就是300公斤左右的一個(gè)負(fù)載。現(xiàn)在我們要負(fù)載到將近9噸，這樣的一個(gè)負(fù)載其實(shí)也是對(duì)機(jī)械臂的一個(gè)考驗(yàn)。

　　史紀(jì)鑫介紹，目前中國(guó)空間站系統(tǒng)狀態(tài)很好，今天的試驗(yàn)也為接下來(lái)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙交會(huì)對(duì)接以及空間站建造打下了基礎(chǔ)。

　　航天科技集團(tuán)五院空間站總體副主任設(shè)計(jì)師 史紀(jì)鑫：它是一個(gè)多系統(tǒng)的聯(lián)合驗(yàn)證，首先是機(jī)械臂在對(duì)接的過(guò)程中，其實(shí)它速度是不夠的，所以還要GNC（制導(dǎo)導(dǎo)航與控制）分系統(tǒng)給它一個(gè)速度，讓貨運(yùn)飛船能圓滿對(duì)接上來(lái)。對(duì)接了以后，對(duì)接機(jī)構(gòu)還需要再一次對(duì)接捕獲，然后再鎖定，然后機(jī)械臂再撤離這樣的一個(gè)過(guò)程，所以是多個(gè)系統(tǒng)都要參與這個(gè)里面的試驗(yàn)驗(yàn)證。

　　下一步將進(jìn)行手動(dòng)遙操作試驗(yàn)

　　在完成了今天的轉(zhuǎn)位試驗(yàn)之后，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船下一步將配合航天員完成手動(dòng)遙操作試驗(yàn)。任務(wù)全部結(jié)束之后，將擇機(jī)再入大氣層。

　　2021年5月29日，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船在海南成功發(fā)射，作為空間站建設(shè)階段貨運(yùn)飛船的首發(fā)船，天舟二號(hào)不僅攜帶大量的航天員生活物資、艙外航天服、科學(xué)儀器等重要物資，還承擔(dān)了空間站推進(jìn)劑補(bǔ)加的任務(wù)。

　　2021年9月18日，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船從空間站天和核心艙后向端口分離，并繞飛至前向端口完成自動(dòng)交會(huì)對(duì)接，在完成今天的轉(zhuǎn)位試驗(yàn)之后，天舟二號(hào)下一步將配合航天員完成手動(dòng)遙操作試驗(yàn)。

　　航天科技集團(tuán)五院天舟二號(hào)貨運(yùn)系統(tǒng)總體主任設(shè)計(jì)師 楊勝：航天員在核心艙控制貨運(yùn)飛船，然后進(jìn)行手動(dòng)遙控撤離和對(duì)接試驗(yàn)?，F(xiàn)在貨船交會(huì)對(duì)接有兩種模式，正常的話是自動(dòng)交會(huì)對(duì)接，如果出現(xiàn)異常情況，我們還有手動(dòng)遙操作的備份手段，這個(gè)實(shí)際上主要是為備份的手段做一個(gè)在軌驗(yàn)證。

　　楊勝介紹，天舟二號(hào)在完成所有任務(wù)之后，會(huì)擇機(jī)脫離空間站核心艙，離軌前還會(huì)將廢棄物打包帶走，再入大氣層中燒毀，這也是空間站建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

　　航天科技集團(tuán)五院天舟二號(hào)貨運(yùn)系統(tǒng)總體主任設(shè)計(jì)師 楊勝：這些任務(wù)完成之后會(huì)根據(jù)它的整體消耗情況和壽命情況，擇機(jī)脫離空間站，也會(huì)把廢棄物帶回大氣層中燒毀，所以說(shuō)天舟二號(hào)應(yīng)該是任務(wù)最多、最艱巨、停靠時(shí)間也會(huì)相對(duì)比較長(zhǎng)的一個(gè)貨運(yùn)飛船。