23年造“神器” 問天實驗艙如何助力空間站“坐如鐘、行如風”？

中新網海南文昌7月24日電 （馬帥莎 薛英民 李剛）7月24日，問天實驗艙在文昌航天發射場成功發射。問天實驗艙入軌以後，將助力百餘噸重的中國空間站能“坐如鐘、行如風”。

北京時間2022年7月24日14時22分，搭載問天實驗艙的長征五號B遙三運載火箭，在我國文昌航天發射場點火發射，發射取得圓滿成功。屠海超 攝

天舟四號曾為中國空間站帶去一個重100多公斤的控制力矩陀螺，此次問天實驗艙又攜帶了4個這樣的“大傢伙”。後續，航天員將把天舟四號攜帶的控制力矩陀螺安裝到問天實驗艙上，多個控制力矩陀螺聯合使用，將使超過100噸的空間站的姿態控制能“坐如鐘、行如風”。

中國空間站使用的是目前中國該類產品中最大的1500牛米秒控制力矩陀螺，共需配備12臺，其中有6臺隨天和核心艙飛天，後續，天舟五號還會再“捎”一臺，後上天的6臺將集中安裝在問天實驗艙。

中國控制力矩陀螺研製過程如果從1998年開展預先研究算起，至2021年空間站任務中控制力矩陀螺首次在軌成功應用，共經歷了23年。控制力矩陀螺曾經是攔在中國航天人面前的一塊巨石。20世紀90年代，全球僅少數大國有能力研製控制力矩陀螺，且價格高昂。

中國第一臺飛天的是200牛米秒控制力矩陀螺，2011年隨天宮一號上天，其在軌應用使中國成為國際上第三個掌握該技術的國家。

從天宮一號開始，中國航天科技集團五院面向不同大小的航天器應用開發了系列控制力矩陀螺產品，但和控制力矩陀螺在其它航天器上的應用不同，空間站任務要求更高。

其他航天器控制力矩陀螺安裝在艙內，工作環境較為單一，而空間站上的控制力矩陀螺需要同時適應艙內、艙外兩種工作環境。極大的溫差和真空度變化等給產品關鍵部位的潤滑和整機的散熱問題帶來很大挑戰，特別是對於艙外200多度的溫差，研製人員必須進行專門的熱控設計，對於艙內產品，研製人員開展了減振降噪工作，以符合艙內噪聲指標要求。

作為複雜的空間機電類產品，控制力矩陀螺工作環境惡劣、壽命要求長，要求每分鐘數千轉連續工作多年，在軌發生故障的機率較大。為了保證空間站的壽命與可靠性，控制力矩陀螺需要具備在軌更換能力。

空間站任務把控制力矩陀螺在中國航天器上的使用提高到新高度。目前，中國單框架控制力矩陀螺產品已實現快速發展。天宮一號任務之後，航天科技集團五院在數年時間裡陸續研發出了動量範圍覆蓋0。1牛米秒到1500牛米秒的產品，形成滿足中國各類空間飛行器姿態機動與姿態控制需求的全系列控制力矩陀螺產品型譜。

較第一代產品，新研製的控制力矩陀螺具有精度高、響應快、壽命長、可靠性高等優點，可滿足中國未來數年內各類空間飛行器的姿態控制要求。

“攔路虎”變成了技術高峰，系列產品的研製與應用顯著提升了中國空間飛行器的姿態機動與姿態穩定控制能力，使衛星看得更準、更寬，也推動了中國空間慣性執行機構的快速發展。（完）