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9月30日 ， 问天实验舱成功转位至天和核心舱侧向停泊口 ， 中国空间站主体结构从“一”字型转为“L”型 ， 正以全新的姿态翘首盼望梦天实验舱的到来 。
那么问题来了：操纵转位过程要如何施力？问天实验舱这一“重量级选手”的建模是否准确？模型中机械臂、太阳翼等复杂附属结构如何处理？复杂系统耦合参数如何准确辨识？
为解决以上问题 ， 航天科技集团五院总装与环境工程部力学试验团队成功研制出一套高精度模态参数识别试验系统 ， 它就像一位“体检大师” ， 可实现当今世界上最大单体航天器高精度模态参数识别 。
01
转位前为什么要“体检”？
航天器在轨运行过程中没有支点 ， 中国空间站每次接收新的舱段停泊并进行转位和对接的运动都会对空间站本体产生扰动 。 与此同时 ， 随着新舱段加入 ， 空间站组合体系统质心位置、组合体系统惯量、构型等参数不断变化 ， 导致空间站的模态频率和振型等动力学特性不断变化 ， 因此每完成一次在轨“变装” ， 空间站就变成了一个“新的自己” 。
为了保证每一个姿态下模型都足够准确 ， 在建立仿真模型后 ， 必须通过模态试验不断进行修正 ， 给空间站姿态控制系统设计提供精准的动力学特性参数 ， 让模型更准确、让转位更平稳、让在轨各项操作更顺畅 。
02
“体检大师”是怎样炼成的？
五院总装与环境工程部力学试验团队拥有30余年的航天器模态试验经验 ， 已完成以神舟载人飞船、天宫空间实验室为代表的多个型号任务 。 然而面对空间站这个“大家伙”的模态试验 ， 他们仍感觉任务比想象中更艰巨 。
空间站舱段是实实在在的“重量级”选手 ， 获取它的动力学特性参数并不简单 。 舱段每个单体包含三个子舱段以及超大型柔性太阳帆板、机械臂等复杂附属结构 ， 结构复杂程度远超一般的航天器 。 由于结构设计复杂 ， 机械臂、太阳翼等子系统间耦合模态参数难辨识 ， 单点激励能量无法有效激起结构的整体振动 ， 无法获取准确全面的振动频响函数 ， 面对这种情况 ， 常规“体检”已无法满足技术要求 。 如果输入的模态参数不够准确 ， 仿真建模结果和据此设计的转位控制方法很可能与实际转位过程中相去甚远 ， 仿真分析的意义也将大打折扣 。
能为舱段转位任务贡献智慧和力量 ， 试验团队成员都感到光荣而骄傲 。 他们斗志昂扬 ， 在天津AIT中心和北京航天城密切配合 。 有人乘升降车在20米高空安装设备 ， 为保护产品安全 ， 连续3个小时绷紧神经；有人围在计算机前紧盯参数丝毫不敢放松 ， 确保圆满完成每一项工序；有人由于身负其他任务无法到天津现场参与调试 ， 就在北京尽其所能输送宝贵的丰富工程经验……经过夜以继日的奋战 ， “体检大师”高精度模态参数识别系统终于诞生 ， 并在力学试验团队的指挥下先后圆满完成了天和核心舱、问天实验舱的模态试验 。
这套系统能实现当今世界上最大单体航天器高精度模态参数识别 ， 并采用了模块组合式结构方案 ， 6米×6米×22米空间内激励位置精度优于2毫米 ， 激振悬挂频率小于1赫兹 。 项目实现了空间站整器及大型子系统模态参数的准确辨识 ， 为空间站在轨组装和姿态调整提供了必不可少的输入 。
【揭秘中国空间站在轨转位背后的“体检大师”】
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