“太空搬家”如何完成？揭秘天舟二號轉位試驗

據中國載人航天工程辦公室消息：北京時間2022年1月6日6時59分，經過約47分鐘的跨系統密切協同，空間站機械臂轉位貨運飛船試驗取得圓滿成功，這是我國首次利用空間站機械臂操作大型在軌飛行器進行轉位試驗。

1月6日凌晨，機械臂成功捕獲天舟二號貨運飛船，6時12分轉位試驗開始，天舟二號貨運飛船與天和核心艙解鎖分離后，在機械臂拖動下，以核心艙節點艙球心為圓心進行平面轉位；而后反向操作，直至貨運飛船與核心艙重新對接并完成鎖緊。

此次試驗，初步檢驗了利用機械臂操作空間站艙段轉位的可行性和有效性，驗證了空間站艙段轉位技術和機械臂大負載操控技術，為后續空間站在軌組裝建造積累了經驗。

天舟二號為什么要進行轉位試驗？

那么，什么是轉位試驗，轉位試驗的目的是什么呢？一起來了解一下。

我國的空間站并不是一次性發射成型的，而是需要通過多次發射，在太空中組裝建造而成。目前，我們已經陸續發射了天和核心艙、天舟貨運飛船、神舟載人飛船，后續還將發射兩個實驗艙。

航天科技集團五院空間站總體副主任設計師 史紀鑫：我們正常的建造過程中，我們兩個實驗艙都是對接到前向對接口的，（實驗艙Ⅰ對接到）前向對接口以后，相當于它（實驗艙Ⅰ）停在這以后，等實驗艙Ⅱ來的時候，它（實驗艙Ⅰ）要把這個位置給讓出來。

史紀鑫告訴我們，為了確保之后發射的兩個實驗艙能夠順利完成艙段轉位任務，需要提前開展在軌轉位關鍵技術驗證，這次天舟二號的轉位試驗就是為了這個目的。

航天科技集團五院空間站總體副主任設計師 史紀鑫：如果是轉位不成功或者沒有這個功能的話，我們整個的規模可能就受限了。這個過程其實是我們整個空間站建造必須要突破的一項技術。我們只有把這個技術突破了，整個的空間站才能如期建成。

轉位試驗是怎樣進行的？

空間站上的機械臂此前協助航天員順利完成了四次出艙任務，但此次要搬動貨運飛船，還是一個不小的考驗。那么轉位試驗是怎樣進行的？我們的空間站設計人員為了順利完成任務，又設計了怎樣的方案呢？

天舟二號的轉位試驗由天和核心艙上的機械臂來配合完成。首先，機械臂需要提前爬行到位于節點艙附近的停泊口，為轉位試驗作準備。之后，通過捕獲的方式抓住天舟二號的適配器。

航天科技集團五院空間站總體副主任設計師 史紀鑫：然后在這個時候我用機械臂，推動貨運飛船先解鎖。解鎖了以后，讓機械臂驅動著貨運飛船轉動，轉動以后再回來，回來以后再走一次交會對接，然后把貨運飛船再對上來。有點像我們建一個摩天大樓的時候的塔吊，這個塔吊就相當于我們的機械臂，每個艙它相當于我們的建筑材料，就是這樣的一個流程。

史紀鑫告訴我們，在轉位試驗的過程中，機械臂一端連接核心艙、一端連接天舟二號，這就像一根扁擔挑著兩頭大象。這樣的結構非常脆弱，可能會對機械臂造成損傷，因此，科研人員對轉位試驗進行了巧妙設計。

航天科技集團五院空間站總體副主任設計師 史紀鑫：首先我把空間站立起來，立起來以后給它先轉90度，在軌道面內是一個最小的迎風面的一個飛行，這樣的話它氣動的擾動是最小的。立起來以后就像鐘擺一樣，整個艙其實是重力梯度穩定的，就是不管往哪個方向翻，它最后都會停留在縱軸上。

驗證空間站建造多項關鍵技術

在今天（6日）的轉位試驗中，核心艙、機械臂、貨運飛船互相配合，姿態不斷發生變化，猶如太空中的變形金剛。這一系列眼花繚亂的操作過程，也驗證了中國空間站建造的多項關鍵技術。

專家介紹，在今天的轉位試驗開始之前，他們在地面已經進行了大量的仿真模擬來確保試驗的順利，這次試驗也是對地面仿真系統的一次驗證。

航天科技集團五院空間站總體副主任設計師 史紀鑫：沒有在天上去真正地去做這個試驗之前，我要在地面上做一個預演，然后要預演出來天上的狀態。

專家還告訴記者，空間站機械臂已經協助航天員完成了四次出艙任務，但今天的試驗是對機械臂艙段轉位能力的一次考驗。

航天科技集團五院空間站總體副主任設計師 史紀鑫：機械臂從來沒有承載過這么大的一個負載，像之前我們載人出艙，可能一個航天員加上他的航天服大概就是300公斤左右的一個負載。現在我們要負載到將近9噸，這樣的一個負載其實也是對機械臂的一個考驗。

史紀鑫介紹，目前中國空間站系統狀態很好，今天的試驗也為接下來兩個實驗艙交會對接以及空間站建造打下了基礎。

航天科技集團五院空間站總體副主任設計師 史紀鑫：它是一個多系統的聯合驗證，首先是機械臂在對接的過程中，其實它速度是不夠的，所以還要GNC（制導導航與控制）分系統給它一個速度，讓貨運飛船能圓滿對接上來。對接了以后，對接機構還需要再一次對接捕獲，然后再鎖定，然后機械臂再撤離這樣的一個過程，所以是多個系統都要參與這個里面的試驗驗證。

下一步將進行手動遙操作試驗

在完成了今天的轉位試驗之后，天舟二號貨運飛船下一步將配合航天員完成手動遙操作試驗。任務全部結束之后，將擇機再入大氣層。

2021年5月29日，天舟二號貨運飛船在海南成功發射，作為空間站建設階段貨運飛船的首發船，天舟二號不僅攜帶大量的航天員生活物資、艙外航天服、科學儀器等重要物資，還承擔了空間站推進劑補加的任務。

2021年9月18日，天舟二號貨運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交會對接，在完成今天的轉位試驗之后，天舟二號下一步將配合航天員完成手動遙操作試驗。

航天科技集團五院天舟二號貨運系統總體主任設計師 楊勝：航天員在核心艙控制貨運飛船，然后進行手動遙控撤離和對接試驗。現在貨船交會對接有兩種模式，正常的話是自動交會對接，如果出現異常情況，我們還有手動遙操作的備份手段，這個實際上主要是為備份的手段做一個在軌驗證。

楊勝介紹，天舟二號在完成所有任務之后，會擇機脫離空間站核心艙，離軌前還會將廢棄物打包帶走，再入大氣層中燒毀，這也是空間站建設的關鍵技術之一。