一个角动量的实验

包括国际空间站、天宫空间站在内的许多航天器都采用力矩陀螺来对姿态进行精确控制，并且这种控制不消耗燃料，它使用电力驱动，而空间站上使用太阳能发电不花钱。

国际空间站通过安装在主桁架上的一组力矩陀螺来进行姿态控制，中国空间站的力矩陀螺则主要安装在核心舱外部（问天实验舱的那一组属于备份）。

核心舱外部的6个力矩陀螺

每个力矩陀螺里边都有一个沉重的钢轮，钢轮在电机的带动下以每分钟7000转的高速度旋转，从而产生约1000Nms的角动量；钢轮被安装在一组万向节上，实际上它能在计算机的控制下任意改变自转轴的角度。空间站上的姿态控制计算机会根据任务需要、结合传感器数据来计算改变姿态所需要的扭矩，然后调整相应陀螺自转轴的方向。中国空间站采用带动量管理的力矩平衡姿态（TEA）控制模式，使姿态角控制精度优于0.1°，姿态稳定度优于0.005°/s，达到国际领先水平。

一组动量轮的角度变化产生扭矩变化

长时间高速旋转对机械构件的损耗很大，因此力矩陀螺也是空间站上相对容易出故障的部件。尽管理论上只需要3个陀螺就能完成姿态控制，空间站上也有足够的陀螺实现冗余，但“有备无患”永远是航天人需要考虑的问题。曾经国际空间站上四个陀螺一下坏了两个，给姿态管理造成很大麻烦；而早年Skylab天空实验室三个陀螺坏了俩，造成美国唯一的空间站提前报废。

天宫空间站早早地就把维修备件带上太空的另一个原因是，天舟四号货运飞船最多能带6.9吨的物资，这次在携带必要的补给之外还有充足的载荷余量，提前把这么重的东西送到空间站存放在备品仓库里，就不用担心它未来跟其它重要的设备抢位置。

咱中国人从来不打无准备之仗。

天舟飞船货运能力世界第一

有朋友说这么重的东西航天员能不能拿得动？别担心，空间站是微重力状态，航天员移动170公斤重的陀螺仪完全没问题。只是质量越大惯性也越大，因此在移动过程中需要小心地控制速度，确保它不与别的东西发生碰撞就可以了。