太空授课期间，天宫空间站飞行姿态为何倒扣？或许与太阳有关

天宫空间站面向全球直播的首次太空授课活动虽然已经过去，然而此次任务仍有许多细节值得我们探究。比如通过直播开始前飞控中心大屏幕画面可知，当时天宫空间站组合体姿态相较于平常出现了非常大的变化，与核心舱径向对接的神舟十三号载人飞船由朝向地球转为朝向太空，整个空间站组合体沿舱体轴向旋转了半圈，这是为什么呢？

太空授课期间天宫空间站组合体飞行姿态

天和核心舱发射入轨进入天宫空间站阶段以来已有将近8个月时间，在这大半年里空间站组合体曾出现多种飞行姿态，起初是沿着舱体轴向方向飞行，节点舱前向对接口就是前进方向，这一飞行姿态最符合人的直觉。

天宫空间站沿舱体轴向前进的飞行姿态

最近一段时间组合体飞行方向却与舱体轴向呈90度夹角，给人的感觉就是组合体在横着飞，这一点从公开的舱外影像中可以有更直观地体会。

“横着飞”

空间站组合体“横着飞”，这其实是天宫空间站现在与未来的长期飞行姿态，这一姿态被称为“连续偏航飞行”，在这一飞行姿态下可以增大太阳光相对于太阳翼的入射角，有利于空间站组合体太阳翼对太阳指向，进而优化发供电能力。

天宫空间站“连续偏航飞行”

太空授课期间空间站组合体即便沿轴向方向大幅度旋转调整姿态，也仍然属于“连续偏航飞行姿态”。

太空授课对于天宫空间站是第一次，但对于载人航天工程而言则已经是第二次，因为早在神舟十号/天宫一号空间实验室任务中我们就已经进行过一次太空授课活动。

神舟十号/天宫一号首次太空授课画面

此次太空授课与前次相比，时长略有增加，但最大的不同在于天地传输数据容量的不同。首先是成像画质，空间实验室阶段的舱内视频图像仅能勉强达到VCD等级画质，而如今舱内图像已经可以达到720P画质，如有需要也可以切换至1080P高清画质。

天宫空间站手持摄像机b拍摄720P直播画质

比如节点舱舱内两台定向摄像机以及舱外多台摄像机均能达到1080P高清画质，再就是机位数量的大幅度扩容，空间实验室阶段最多只有5台成像设备，而如今天和核心舱配置有多达十多台成像设备。

同时基于wifi功能，航天员可以通过手持摄像机进行实时移动的动态拍摄，与之相比国际空间站虽然也有很多类似视频，但都不是直播形式，而是录播。

天和核心舱舱外摄像机拍摄的1080P画质图像

通过手持摄像机进行实时移动的动态直播拍摄

这是地面能够接收到的在轨天宫的视频话音数据，而在空间站内，航天员也可以通过显示器看到地面的高清视频及话音。

天和核心舱接收到的地面课堂画面

除了服务太空授课活动，当前空间站是一舱三船组合体，总计4个舱船各自也有信息需要实时下传，地面也需要适时发送相关指令。因此对比空间实验室阶段的太空授课，如今数据的多路传输需求提高了几个数量级。

如此巨量的数据传输离不开“中继通信终端”的支持，天和核心舱产生的多路数据需要通过中继通信终端传输至地球静止轨道的中继卫星，再由中继卫星下行传输至地面站点。在中继通信终端支持下，空间站通信链路下行速率可达1.2Gbit/s，与地面的5G通信速率相当。

中继通信终端

天和核心舱的中继通信终端就布置在小柱段第三象限，那么，组合体姿态翻转过来，中继通信终端岂不是直接朝向地球，而看不到中继星了？

事实并非如此，中继通信终端配置有宽波束天线，它具有指向能力，驱动机构可以调整天线指向对准远端的中继星，而宽波束天线相较于窄波束天线有一个很大的优势就是，无论航天器姿态如何调整，只要在可见的测控弧段内都可以实现稳定的数据传输。

天和核心舱中继通信终端在轨画面

天宫空间站首次太空授课采用的是“天地链路互为备份”的方案，以天基中继通信为主，一旦中继通信受阻，可以立即切换为直接对地通信模式，确保无论空间站组合体轨道和姿态如何变化，都能让地面稳定接收信号，而这大概也是空间站组合体太阳翼与飞行方向存在夹角的原因。

话说，即便不大幅度调整组合体姿态完成天地互为备份的通信保障也是没有问题的，那么，为什么要费力地让空间站组合体姿态倒扣过来呢？

其实，这并非天宫空间站首次采用此种飞行姿态，早在一个多月前，神舟十三号乘组刚刚进驻天和核心舱那一段时期，也曾有类似的姿态调整。这一调整最大的好处还是优化组合体太阳翼的发供电能力。

神舟十三号对接天和核心舱后组合体进行的姿态调整

核心舱在上面影响整个神舟十三号，核心舱在下面则只影响自身一个局部，太空授课期间核心舱自身能耗是比较大的，比如照明系统全开，情景照明启用了亮度最高的“精细工作模式”，控制力矩陀螺也将全程使用，加上大容量的数据传输，这个时候核心舱对于神舟十三号的反向供电能力是下降的，所以需要调整姿态让神舟十三号在上，天和核心舱在下。

天和核心舱受到的部分影响，还可以通过两艘天舟货运飞船的反向供电加以弥补。

太空授课期间天和核心舱照明系统调至最亮模式

再有半个月时间我们就将告别2021年迎来崭新的2022年，明年天宫空间站将全面开启在轨建造阶段任务，问天号实验舱与梦天号实验舱将在明年年中接连由长征五号B遥三与长征五号B遥四两枚大型运载火箭发射升空。这两个重量级舱段除了携带有大量高精尖的在轨实验设备，还带来了面积更大的柔性太阳翼，届时天宫空间站组合体的发供电能力将进一步增强，也许到那时再进行太空授课就不再需要如此大幅度的姿态调整。

到明年这张效果图将由设想变为现实

当前天宫空间站的连续测控覆盖率约为90%，在西半球上空存在测控盲区。而随着两个大吨位实验舱一道入轨的还有两部偏装中继天线，届时三部中继通线融合使用将补上这一测控盲区，实现近100%的连续测控覆盖，届时我们将有条件组织更长时间的太空授课活动。