神舟十四号成功对接，天宫空间站被顶竖起来，怎么回事？

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。

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？

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。