空间站“天和”号核心舱成功发射，中国迎来星辰大海新时代！

很多人可能没注意“天和”号核心舱边上镶嵌了6个白色半圆的球体。那是雷达罩吗？你错了！那东西是铁的，每个球重达一百多公斤，6个球加起来总重量接近1吨！

由于火箭发射成本很高，在设计航天器时，技术人员会挖空心思来给航天器减重，因为每减少一克重量就意味着节省下许多燃料许多钱。既然如此，为什么“天和”核心舱边上要装6个“铁疙瘩”

其实这6颗球的名字叫“控制力矩陀螺”。每一颗球里边密封着一个钢制的飞轮，飞轮以每分钟7000转的速度旋转，用来控制空间站的姿态。

那它是如何控制空间站的姿态呢？下面这个小玩具你一定见过！

陀螺在旋转的时候会有一个角动量，这个角动量让它的旋转轴保持一个固定的方向，如果没有外力介入，这个陀螺久远都不会改变旋转角度；而当你改变这个陀螺旋转轴角度时，它的角动量也会向你施加反作用力。这就是我们摆动陀螺时手指感到阻力的原因。

陀螺运动还有个特点，那就是转子越重、转动的速度越快，它的转动力矩就越大，也能输出更大的反作用力。但这个力如何改变空间站姿态？空间站为何需要改变姿态？

空间站在太空飞行，实际上它并不总是“肚皮朝下背朝天”，而是会每转一圈翻个跟斗，你需要让它相对于地面保持“稳定姿态”就得有个力“扳住它”；

空间站有许多运动的机构，舱内还有人，人在里边运动的时候会向舱壁施加力，你别看这个力不大，它足以改变空间站的运行姿态；

当空间站要跟飞船对接时，两个航天器需要调整角度，并且互相施加力的影响；

有时候空间站会调整角度增加或者减少太阳照射、还要考虑规避大气阻力和地球磁场影响。

在这些时候，你就需要启动航天器不同部位的反推发动机，让它喷气来改变航天器的力矩。航天器发动机喷气需要消耗推进剂，这些推进剂本身并不贵，但将它从地面用货运飞船送上天却很费钱。国际空间站如果单使用RCS喷气调整姿态，它每转一圈就要消耗超过22公斤推进剂，一天至少340公斤，一个礼拜就得2.4吨，这钱烧不起。

所以科学家在国际空间站中央部分的Z1桁架上安装了4个控制力矩陀螺，每个陀螺重达600磅（272公斤），陀螺仪里边的100公斤不锈钢飞轮以每分钟6600转的恒定速度旋转，总共输出4880Nms角动量。别看这些陀螺又大又重，它产生的反作用力能让空间站以任何角度旋转，并且不消耗任何燃料，因为陀螺是靠电带动的，空间站的电能都来自太阳能电池，不需要额外花钱。

“天和”号核心舱的6个控制力矩陀螺都安装在大柱段与小柱段过渡的斜面上，并且它们的朝向角度也不一样，这主要是为了方便维修与更换。实际上陀螺仪里边的钢飞轮能以任何角度旋转，并且向任何方向输出力矩。

通常只需要三个陀螺仪保持运动就能驱动航天器调整姿态，“天和”号之所以一下子装了6个控制力矩陀螺，一方面因为咱们的陀螺比较小，当需要大转动惯量任务（比如用机械臂将实验舱移动到侧面对接）时，6个陀螺火力全开输出的力矩会更大；另一方面是保留足够冗余。

中国空间站使用的可能是1000Nms陀螺仪，它的旋转速度达每分钟7000转，这种机械构件时间长了它容易坏。当初美国天空实验室三个陀螺坏了两个造成Skylab报废；国际空间站也是四个坏了俩，这给空间站的操控造成不小麻烦。空间站并不是你想换零件随时都能换，在条件允许的情况下多一点冗余并不是坏事。

咱们的空间站完全是依靠我们自主技术、人才和资源制造出来的大科学装备。俗话说“肉烂在锅里”，国家即便是投了几百亿研制空间站，它也是促进了中国的科学技术和生产力发展。在空间站上没有多少花里胡哨中看不中用的东西，陀螺虽是沉重的铁疙瘩，但它可以保证空间站运行过程平稳，节省大量推进剂和资金，绝对是物超所值的设备。

（部分文字图片来源：老粥科普）