太空變形記再上演中國空間站為何“T”字構型

11月3日，夢天實驗艙上演太空“挪車位”，從天和核心艙前向對接口分離，再轉位至天和核心艙節點艙側向端口，中國空間站形成“T”字基本構型。

這是中國空間站第二次進行轉位任務。一個多月前，中國首次利用轉位機構在軌實施大體量艙段轉位操作，完成問天實驗艙轉位任務。經過多次“變形”，空間站組合體最終實現“T”字基本構型：以天和核心艙為對稱，問天實驗艙與夢天實驗艙分布于天和核心艙節點艙的兩個側向端口。

為什么要“變形”？

自問天實驗艙發射以來，中國空間站實現了多次“變形”。7月，問天實驗艙與天和核心艙完成交會對接，空間站組合體呈兩艙“一”字構型；9月底，問天實驗艙轉位成功，空間站組合體變為兩艙“L”字構型；如今，夢天實驗艙完成轉位，三艙最終呈“T”字構型。

“問天”“夢天”兩個實驗艙在發射后，均是先與天和核心艙進行前向交會對接，再通過轉位從天和核心艙前向對接口移動到側向停泊口。

為何要通過兩次轉位，不直接進行側向交會對接？專家指出，實驗艙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。另外，根據空間站建造方案，兩個實驗艙將在天和核心艙的側向端口永久停泊，如果選擇側向交會對接，則需要在天和核心艙兩個側向端口分別配置一套交會對接設備，并且這兩套設備只能使用一次，會造成資源浪費。

為何選“T”字構型？

夢天實驗艙完成轉位后，天和核心艙作為“T”字的一豎，仍然保持前向、后向、徑向三向對接的能力。后向可對接貨運飛船，使組合體可以直接利用貨運飛船的發動機進行軌道機動；前向、徑向兩個對接口可以接納兩艘載人飛船，實現航天員輪換。

“問天”“夢天”這兩個尺寸、質量大體一致的實驗艙，則作為“T”字的一橫，位于天和核心艙兩側。這種布局充分利用了每個實驗艙自身近20米長的結構，再結合各自資源艙末端的雙自由度太陽翼驅動機構，不管空間站以何種姿勢飛行，“T”字一橫兩端的太陽翼都能照上太陽，高效發電。

此外，實驗艙氣閘艙分別位于“T”字一橫的端頭，正常工作泄壓或異常隔離時均不影響其他密封艙段構成連貫空間，保證空間站運行的安全性。

中國航天科技集團五院空間站系統總指揮王翔表示，轉位后的“T”字構型結構對稱，從姿態控制、組合體管理上都是比較穩定的構型，易于組合體的飛行，且由于其受到的地心引力、大氣擾動等影響較為均衡，空間站姿態控制消耗的推進劑和其他資源較少。

未來還會再進行“太空變形”嗎？

據了解，“T”字構型留出的天和核心艙前向對接口，為擴展空間站提供了可能。王翔表示，空間站的構型并非一成不變，而是在空間、時間兩個維度上動態發展。除去之前的“一”字、“L”字等臨時構型，中國空間站未來還可能在機械臂的輔助下進行擴展艙段的組裝，進而形成“十”字形、“干”字形等擴展構型。

“看上去，它像變形金剛一樣不斷改換構型。然而，萬變不離其宗，變化的過程和結果都來自設計，意味著它是在特定的眾多約束條件下取得的優化解。”王翔說。