神十四成功对接空间站(还有另一个科学原理你可能不知道)

6个月前科技518

2022年6月5日下午5点42分,经过近7个小时的高速飞行和6次自主变轨,神舟十四号飞船与在轨运行的天宫空间站成功实现交会对接。组合体锁紧、完成一系列气密性检查后,航天员陈冬、刘洋和蔡旭哲进入天和核心舱,开始了为期6个月的太空之旅。

神舟十四号成功对接,天宫空间站被顶竖起来,怎么回事?

空间站被神十四飞船顶起

有细心的朋友注意到,在神舟飞船对接之前,空间站是以“水平”姿态在轨道上运行的。而当飞船对接环与空间站径向对接口接触之后,空间站组合体就开始往上“翘起”,最后变成近乎“直立”在轨道上了。这到底是怎么回事?

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天宫空间站从水平状态慢慢翘起

实际上类似的情况在神舟十三号对接时也发生过,当时空间站组合体翘起的角度达到70度,这不是因为对接出现失误,而是一种正常的物理现象。

你也许还记得,当神舟十二号撤离空间站之后,天舟二号并没有返回大气层烧毁,而是从空间站后边绕到天和核心舱前面,对接在节点舱的前向端口上。

当时对这个动作的解释是:天舟二号还要承担推进剂前向加注、机械臂辅助转位等一系列试验和验证工作,当然,货运飞船的寿命很长,它还可以在接下来的几个月时间里充当货仓,为神舟十三号乘组提供更大的活动空间。

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天舟二号机械臂辅助转位试验

天舟二号承担的任务不止这些,它转到核心舱前边其实还可以充当“秤砣”,用来改变空间站的重心,以利于接下来神舟十三号的对接和姿态控制。

经常买菜的朋友会有这样的经验:小心看秤。从前菜贩经常会使用一种“杆秤”,它是利用杠杆的原理来称重,而卖菜的人会趁你不注意时用小手指头轻轻勾一下秤杆儿,达到缺斤少两多赚钱的目的。

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勾秤杆儿的力学原理

空间站在太空飞行,由于它圆周运动产生的加速度与重力加速度大小相等且方向相反,所以总体上处于“失重”状态,我们正是利用空间站的“失重”来做许多微重力科学实验。实际上空间站是有重心的,在物理上我们称为“质心”——质量的中心。

在神舟十四号飞船对接在空间站之前,空间站组合体的质心处于一个稳定的状态,这时候天宫空间站的姿态也保持稳定(其实由于力矩稳定陀螺起作用,空间站每90分钟都会翻一个跟斗,这样它就能保持“肚皮朝下”)。但只要在偏离质心的地方施加一个外力,哪怕是很小的力,都会造成空间站姿态改变,就像是卖菜老头儿小指头那么一顶,就扣了你半斤泥鳅。

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前端没有货运飞船的情况

我们将天舟三号货运飞船对接到空间站的前端,就能使空间站组合体的质心向前移动好几米,这样当神舟十三号对接到节点舱径向端口时,它向组合体施加的推力f所产生的翻转力矩会因为力臂缩短而减小。

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天舟三号使质心前移

相当于我们在秤上加挂了一个秤砣,菜贩即使用手指头勾,也只能扣一两秤,而不是半斤。

祖国在航天事业上投入的每一分钱都极其宝贵,我们的航天人总是万分珍惜,他们会挖掘设备的所有潜力,让它尽可能地发挥余热。

天舟三号货运飞船虽然完成了使命,但我们可以利用它来改变空间站的质心,还能利用它剩余的燃料来参与空间站的姿态控制。在神舟十四号飞船对接锁紧之后,天舟三号启动了它的姿态控制发动机,仅用很短时间就让天宫空间站组合体恢复到“平飞”的状态。

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天舟三号在对接之后为空间站调姿

随着“问天”和“梦天”实验舱就位,中国空间站变成“T”字或“十”字构型,它的质心将进一步靠近节点舱。将来载人飞船再从径向对接,其冲击力对空间站造成的扰动将会小很多,因此没必要再为了对接任务特意保留一艘货运飞船。

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中国空间站建设完成的构型

我们的货运飞船会在有载荷余量的情况下搭载一些实验设备,当它完成“快递”任务带着垃圾离开空间站之后,还会在太空逗留一些日子,变身为一颗科学实验卫星,继续发挥余热,直到燃料耗尽才会返回大气层烧毁。

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#神十四乘组进入中国空间站#

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