空間站“天和”號核心艙成功發射，中國迎來星辰大海新時代！

很多人可能沒注意“天和”號核心艙邊上鑲嵌了6個白色半圓的球體。那是雷達罩嗎？你錯了！那東西是鐵的，每個球重達一百多公斤，6個球加起來總重量接近1噸！

由於火箭發射成本很高，在設計航天器時，技術人員會挖空心思來給航天器減重，因爲每減少一克重量就意味着節省下許多燃料許多錢。既然如此，爲什麼“天和”核心艙邊上要裝6個“鐵疙瘩”

其實這6顆球的名字叫“控制力矩陀螺”。每一顆球裏邊密封着一個鋼製的飛輪，飛輪以每分鐘7000轉的速度旋轉，用來控制空間站的姿態。

那它是如何控制空間站的姿態呢？下面這個小玩具你一定見過！

陀螺在旋轉的時候會有一個角動量，這個角動量讓它的旋轉軸保持一個固定的方向，如果沒有外力介入，這個陀螺久遠都不會改變旋轉角度；而當你改變這個陀螺旋轉軸角度時，它的角動量也會向你施加反作用力。這就是我們擺動陀螺時手指感到阻力的原因。

陀螺運動還有個特點，那就是轉子越重、轉動的速度越快，它的轉動力矩就越大，也能輸出更大的反作用力。但這個力如何改變空間站姿態？空間站爲何需要改變姿態？

空間站在太空飛行，實際上它並不總是“肚皮朝下背朝天”，而是會每轉一圈翻個跟斗，你需要讓它相對於地面保持“穩定姿態”就得有個力“扳住它”；

空間站有許多運動的機構，艙內還有人，人在裏邊運動的時候會向艙壁施加力，你別看這個力不大，它足以改變空間站的運行姿態；

當空間站要跟飛船對接時，兩個航天器需要調整角度，並且互相施加力的影響；

有時候空間站會調整角度增加或者減少太陽照射、還要考慮規避大氣阻力和地球磁場影響。

在這些時候，你就需要啓動航天器不同部位的反推發動機，讓它噴氣來改變航天器的力矩。航天器發動機噴氣需要消耗推進劑，這些推進劑本身並不貴，但將它從地面用貨運飛船送上天卻很費錢。國際空間站如果單使用RCS噴氣調整姿態，它每轉一圈就要消耗超過22公斤推進劑，一天至少340公斤，一個禮拜就得2.4噸，這錢燒不起。

所以科學家在國際空間站中央部分的Z1桁架上安裝了4個控制力矩陀螺，每個陀螺重達600磅（272公斤），陀螺儀裏邊的100公斤不鏽鋼飛輪以每分鐘6600轉的恆定速度旋轉，總共輸出4880Nms角動量。別看這些陀螺又大又重，它產生的反作用力能讓空間站以任何角度旋轉，並且不消耗任何燃料，因爲陀螺是靠電帶動的，空間站的電能都來自太陽能電池，不需要額外花錢。

“天和”號核心艙的6個控制力矩陀螺都安裝在大柱段與小柱段過渡的斜面上，並且它們的朝向角度也不一樣，這主要是爲了方便維修與更換。實際上陀螺儀裏邊的鋼飛輪能以任何角度旋轉，並且向任何方向輸出力矩。

通常只需要三個陀螺儀保持運動就能驅動航天器調整姿態，“天和”號之所以一下子裝了6個控制力矩陀螺，一方面因爲咱們的陀螺比較小，當需要大轉動慣量任務（比如用機械臂將實驗艙移動到側面對接）時，6個陀螺火力全開輸出的力矩會更大；另一方面是保留足夠冗餘。

中國空間站使用的可能是1000Nms陀螺儀，它的旋轉速度達每分鐘7000轉，這種機械構件時間長了它容易壞。當初美國天空實驗室三個陀螺壞了兩個造成Skylab報廢；國際空間站也是四個壞了倆，這給空間站的操控造成不小麻煩。空間站並不是你想換零件隨時都能換，在條件允許的情況下多一點冗餘並不是壞事。

咱們的空間站完全是依靠我們自主技術、人才和資源製造出來的大科學裝備。俗話說“肉爛在鍋裏”，國家即便是投了幾百億研製空間站，它也是促進了中國的科學技術和生產力發展。在空間站上沒有多少花裏胡哨中看不中用的東西，陀螺雖是沉重的鐵疙瘩，但它可以保證空間站運行過程平穩，節省大量推進劑和資金，絕對是物超所值的設備。

（部分文字圖片來源：老粥科普）