北京时间年1月6日06：12至06：59，历时约47分钟，“天宫”空间站机械臂转位货运飞船试验顺利完成，这是我国首次利用空间站机械臂操作大型在轨飞行器进行转位试验，意味着“神十三”又完成一项主要任务。
本次机械臂辅助转位看似简单，“天宫”机械臂抓取“天舟二号”货运飞船以节点舱球心为圆心进行平面转位，之后再反向操作进行对接锁紧，实则整个任务过程是一个多系统联合验证的过程，是一项复杂而有意思的太空工程。为了能够准确理解此次试验，在此对几个关键问题进行分析。
“天宫”空间站进行了超级转体！在机械臂辅助转位试验中，“天宫”机械臂一端抓着核心舱，另一端抓着货运飞船，这就像一根扁担两头挑着大象，这样的结构非常脆弱，可能会对机械臂造成损伤，因此科研人员对转位试验进行了巧妙设计。在转位试验开始之前，先把“天宫”空间站4舱（船）组合体立起来，即“天和”核心舱前向端口朝向天顶方向，后向端口朝向地心方向；然后以核心舱纵轴为轴旋转90度，使核心舱太阳翼与运行轨道处于同一平面，空间站组合体能够以最小的迎风面绕地飞行，如此可以将气动扰动降到最低。经过调整之后，空间站组合体近似呈现以地心为旋转轴心的时针状态。
这样做的好处在于，“天宫”空间站会像钟摆一样形成重力梯度稳定，在任务实施过程中即便组合体摆动也会回归到纵轴初始位置。为了迎接机械臂辅助转位试验，“天宫”空间站进行了超级转体，可以看出这里面的精妙构思，也可以体会出科研人员的用心良苦。
为什么只进行20度的转位？姿态调整到位以后，“天宫”机械臂通过适配器抓取“天舟二号”货运飞船完成解锁分离，然后平面转位20度，之后再原路回位，最后将“天舟二号”与“天和”前向端口对接锁紧。作为“问天”与“梦天”转位对接的先行验证，为什么此次试验只进行了20度的转位，而不是90度的实际需求？答案就在“天舟二号”上面，因为在转位过程中“天舟”与“天和”太阳翼在同一平面内交叉，为了防止2个太阳翼的碰撞就只能进行小角度转位。就转位的技术难度而言，20度与90度没有本质区别，达到试验效果即可。
为什么“简单”一个转位要耗时47分钟？对于机械臂辅助转位试验而言，即便需要天地进行精心准备、小心应对，这一过程耗时47分钟可能还是让人难以理解。首先，转位对接是一个多系统联合验证的过程，在2舱（船）相对运动的过程中需要应对相对速度（线速度、角速度）、相对位置等方面的问题，这就需要GNC（制导、导航与控制）系统来支持，而这一过程必定是逐步推进的，自然需要一些时间。其次，转位过程是天地协同的过程，每进行一步操作地面控制中心都需要核实试验执行状态，这会使得转位过程被分解成多个动作，也就不会太快。最后，在转位开始阶段“天舟”与“天和”的分离解锁和转位结束阶段两舱（船）对接锁紧都是一个缓慢的过程，都需要耗费不少的时间。
在多重因素影响之下，使得在空间站进行的一个看似简单的试验需要经历一个小心而缓慢的过程，这体现了天地环境的巨大不同，也表明太空工程是一个极精细的工作，几乎没有试错机会。
对于中国载人航天工程而言，机械臂辅助转位试验是空间站阶段的在轨转位关键技术验证，是空间站继续建造的关键一步，试验的成功为“问天”和“梦天”的上行铺平了道路。接下来，“神十三”任务乘组将迎接下一项重要任务——“手控遥操作”。
作者：大白高国
本文为作者原创，
轻舟一号是文章唯一发表账号，如需转载请联系作者，并注明出处与作者