为什么是“T”字构型？中国空间站设计精髓大揭秘

中国空间站“T”字基本构型模拟示意图。航天科技集团供图

据中国载人航天工程办公室消息，北京时间2022年11月3日9时32分，空间站梦天实验舱顺利完成转位。

这标志着中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成，向着建成空间站的目标迈出了关键一步。

为什么是“T”字构型？

中国空间站三舱布于同一平面，形成“T”字，可谓匠心独具。

中国空间站抓总研制单位航天科技集团五院专家介绍，两个尺寸、质量特性大体一致的实验舱对向布置，形成“T”字的一横，两对大型太阳翼成为“T”字一横远端的两个“大风车”。这样一来，不管空间站以何种姿势飞行，都能接受到阳光的照射，从而获得高效的发电效果。

同时，问天、梦天两个实验舱的气闸舱分别位于“T”字一横的端头，正常工作泄压或异常隔离时均不影响其他密封舱段构成连贯空间，保证了安全性。

作为“T”字那一竖的天和核心舱，在这个对称关系中仍然保持着前向、后向、径向三向对接的能力。

后向对接货运飞船，使得组合体可以直接利用货运飞船的发动机进行轨道机动；前向、径向两个对接口不仅可以接纳两艘载人飞船实现轮换，而且保持正常三轴稳定对地姿态时两对接口都在轨道平面内，即可让载人飞船在轨道面内沿飞行方向和沿轨道半径方向直接对接，无需对接后再转换对接口。

另外，为让“T”字构型更加稳定可靠，研制团队高度关注中国空间站的系统集成，独创性地一体化设计出整站三舱，构建了一个“组合体核心”，作为“最强大脑”对整个空间站进行统一管理，保证各舱段、飞行器动作协调。

这样的总体设计，充分体现了中国空间站建设“在规模适度条件下追求高效率”的目标，具有极高的资源利用效率和较强的可靠性。

中国空间站“T”字基本构型模拟示意图。航天科技集团供图

“太空家园”布局有讲究

2022年，中国空间站进入全面建造阶段，问天实验舱、梦天实验舱与核心舱相继完成交会对接，通过舱段转位操作，将两个实验舱分别停泊于核心舱节点舱对应停泊口，在轨完成空间站“T”字构型组合体组装，以三舱段组合形成基本构型转入运营阶段。

其中，天和核心舱作为空间站组合体控制和管理主份舱段。问天实验舱主要任务是具备空间站组合体统一管理和控制能力，具备与核心舱进行交会对接、转位和停泊的能力；支持航天员在轨长期驻留，提供专用气闸舱，具备出舱支持能力；支持开展密封舱内、舱外科学实验和技术试验。梦天实验舱则具备载荷自动进出舱能力。

专家解释，考虑到天和核心舱前端是节点舱，后端也要有对接口和人员通道，因此将资源舱设计为直径达到包络上限的环形，“套”在密封通道之外。

而对于密封舱部分，设计师们将其分为大小直径两个柱段，帆板、中继天线、机械臂等大尺寸舱外设备都布置在小柱段，从而使其加上了各种“外挂”后的外包络仍在火箭整流罩允许范围内。小柱段内部则不能布置大尺寸设备，用于航天员生活休息。

就这样，核心舱演化出了大小尺寸密封舱加大直径资源舱的模样，同时各部分沿轴向形成节点舱-小柱段-大柱段-资源舱的顺序。

基于这样的排列顺序及设备布局，发射时重量较轻的小柱段在上，有利于整体基频和强度设计，减少结构重量；入轨后，航天员生活区能够与工作区分开，相对安静、私密并且离节点舱近，应急情况便于撤离。

“问天”“梦天”的设计巧思

为兼顾到组合体构型，设计团队全力确保问天实验舱和梦天实验舱的尺寸、质量特性大体一致，从而获得整体构型下较好的动力学特性，而且从布局上都采用了工作舱-气闸舱-资源舱的顺序。

航天科技集团五院专家介绍，这一设计，可让实验舱在对接之后，使气闸舱成为所有密封舱组合的“端部”，可以在实验舱出现紧急情况时及时与其他舱段隔离，确保中国空间站在轨稳定运行。

同时，考虑到问天实验舱和梦天实验舱没有前后对接的需求，只在一端对接即可。设计团队对两个实验舱的资源舱采用了传统的小尺寸“实心”布局，外部则布置了帆板和天线。

正可谓“大块头有大智慧”，规模庞大、系统复杂的中国空间站，在细节上处处体现着航天人的巧思，让我们的“太空家园”变得更加舒适高效。随着“梦天”的入列，中国空间站将以全新的姿态迎接未来的太空征程。