在太空中調整姿態，不啟用發動機點火、不消耗燃料也能完成？天宮還真有這種裝置。而這種裝置，全球能製造的國家僅有3個。那麼這種裝置是如何神奇的完成這個任務的？中國技術水平如何？

（天宮空間站高達百噸級，但需要定期對姿態進行微調，確保飛船姿態相對一致）

中國天宮空間站已經組建成了百餘噸重的龐大空間站組合體。這個巨大的組合體，如何在真空的軌道上進行姿態控制和微調，是一大難題。我們常見的航天器姿態變換，一般都需要作用力和反作用力，靠噴射氣體機動。而天宮空間站有一個利器，不用啟動發動機，僅僅靠電力就可以完成姿態調整。這個利器，就叫做“動量輪”。

（常見的微調姿態裝置是RCS，其實就是小型火箭發動機，之前曾經介紹過，有興趣的可以瞭解一下）

【空間站若用火箭調姿，成本不低】

過去，航天器姿態控制主要依靠多個姿態調整發動機，它們就是一個個小型火箭發動機。這一傳統姿態控制方式，需要消耗不少成本高昂的燃料推進劑，顯然，依靠燒燃料來控制姿態，效費比很低。

對於空間站來說，因為飛行時間可以長達幾年、幾十年，姿態控制操作次數特別多，這包括了太陽風、稀薄的地球逃逸大氣、自帶可動裝置運動對空間站日積月累的影響，以及一些意外情況。

（神舟飛船噴氣調整姿態，但空間站大得多，光靠噴氣點火不划算）

例如，國際空間站曾遭遇科學號實驗艙突然點火的事故，國際空間站至少翻轉了540度，只好讓星辰號服務艙以及進步MS-17貨運飛船的發動機點火，恢復了正常姿態。這令指揮人員不得不考慮額外增加發射任務，用來彌補損失的燃料。對這次姿態調整的成本之大，大家應該有個概念了。

【不消耗燃料的調姿，是什麼原理？】

中國天宮空間站配備的這款【控制力矩陀螺】一般被簡稱為“動量輪”。它透過高速旋轉的飛輪，積蓄一定的角動量，然後根據需求，改變角動量的方向，令空間站相應的改變自身的姿態，從而實現姿態控制。

（六個大圓球，就是天宮空間站動量輪）

（動量輪原理簡單演示動圖）

如果空間站組合體有超過一個艙段帶有動量輪，而且這些艙段不是軸線一致，就可以透過互相垂直的多個動量輪，實施更復雜的操縱，也就是實現三軸上的完美姿態控制。

相比傳統的姿控系統，動量輪有著零燃料消耗的天然優勢，而且它的控制精度比傳統發動機高得多，可快可慢，可隨時增減調節，可精確調整方向，對空間站上各種各樣的柔性部件達到了干擾最小化。所以，對於大型空間站，動量輪的優勢巨大。

（天宮空間站展品包括了動量輪部分，朝向不同是為了確保任意方向都可實現三軸控制）

【動量輪原理簡單，想實用還有很高的技術門檻】

就天宮空間站而言，它使用的動量輪還有一大挑戰，那就是艙內外環境巨大差異帶來的各種問題。太空站內外存在200多度的溫差，加上真空度差異，給動量輪的潤滑和散熱，帶來了很大的技術挑戰。這要求相關產品擁有出色的熱控設計。另外，艙內產品部分必須有著完善的減振降噪，否則多個飛輪將嚴重影響艙內的工作和生活條件。

（開普勒望遠鏡動量輪故障，只能消耗燃料調姿，壽命大減）

由於太空環境的惡劣，國外航天器動量輪失效的不在少數，很多重點工程，比如開普勒望遠鏡，就因個別動量輪故障，導致昂貴的裝置只用了幾年就要被迫退役。

動量輪並非替代使用燃料的姿態控制發動機。它控制能提供的扭矩較小，所以假如空間站需要較大幅度的姿態變化，動量輪將無法滿足要求，此時可以啟動姿態控制發動機。

而且動量輪也只是實現物體的姿態變化，並不能改變飛行速度，所以還是有侷限性。

【打造太空動量輪，全球僅三個國家有這技術】

在研發歷程中，中國首先投入軌道應用的是200牛米秒控制力矩陀螺。2011年，天宮一號成功入軌，它配置了6臺這一型號的力矩陀螺。其在軌成功的應用，豎立了中國空間控制技術的一個全新里程碑，這也令中國成為全球第三個掌握這一控制技術的國家。

（200牛米秒控制力矩陀螺）

此後，中國陸續研製了角動量範圍覆蓋0。1牛米秒到1500牛米秒的動量輪，實現了覆蓋中國各級別空間飛行器姿態控制的需求，完全自主地掌控了這一領域。新一代的動量輪精度高、響應快、壽命長、可靠性高，為此後的大量航天器提供了有力的支援。