10月11日，中國航天科技集團五院502所迎來建所60周年紀念。似是迎接這一重要的歷史時刻，9月15日發射的天宮二號，攜帶著502所研發的多臺200Nms控制力矩陀螺產品遨遊太空。該產品被喻為天宮二號的「定海神針」。
「定海神針」的典故出自《西遊記》，傳聞當年大禹治水時，為測江河深淺，取一鐵棒，可隨心長短，入江河湖海，深淺立現。水患平定後，大禹將此鐵丟入大海，取意海河永固；後被東海龍君所得，供奉起來，稱為「定海神珍鐵」。
那麼，200Nms控制力矩陀螺對於「天宮二號」來說到底有多重要呢？
小設備大作用
200Nms控制力矩陀螺屬於控制力矩陀螺的一種，後者英文縮寫為CMG（以下簡稱CMG）。CMG是太空飛行器在太空調整姿態的執行部件，通過高速旋轉的輪子來獲得角動量，並通過改變角動量的方向來對外輸出力矩。在物理學中，角動量是和物體到原點的位移和動量相關的物理量，用來描述物體轉動的狀態。
在角動量守恆定律中，運動物體如果受到的合外力為零或不受外力作用時，則物體動量的大小和方向都保持不變。但是一旦這種平衡受到破壞，那麼物體的轉動速度就會加快。而CMG存在的意義，就是保持微妙的力的平衡。
「CMG問世之前，衛星和空間站等太空飛行器一般通過飛輪和自控發動機實現太空飛行器的姿態穩定控制與姿態機動。」502所產品設計工程師李剛在接受《中國科學報》記者採訪時回憶道，「不過這兩者都存在不足，通過飛輪實現太空飛行器的姿態穩定控制時，太空飛行器的姿態機動速度一般小於0.1度/秒；而如果通過姿控發動實現太空飛行器的姿態機動時，則會消耗燃料，也就是推進劑，進而影響太空飛行器的在軌壽命。推進劑耗盡後，太空飛行器壽命終結。」
CMG的出現則彌補了這些缺陷，它既能實現姿態機動控制，姿態機動速度達到幾度每秒甚至十幾度每秒，而且不消耗燃料，保證太空飛行器的在軌壽命。「以人為例，飛輪和CMG是人的肌肉系統，根據大腦的控制，調解人體的平衡的轉向，飛輪的調控力度與範圍小、響應慢；CMG的調控力度與範圍大、響應快。」李剛打了個比方。沒有CMG，衛星和空間站這類太空飛行器的靈活性會差很多，調整變化的能力也會很小。
而搭乘天宮二號的200Nms CMG則是為其量身定製的，以不到50公斤的小小身軀，穩住重量為8噸的天宮二號，甚至讓重達16噸的天宮與神舟的組合體在太空按照所要求的姿勢運行。
自主智造
關於CMG的研究，國外的研究起步較早。早在上世紀50年代，美國和前蘇聯就開展了大型CMG的研製工作，並相繼將研製成功的設備投入到和平號空間站、天空實驗室和國際空間站等太空飛行器的使用中。但在中國，那時候CMG還只是相關學術領域的概念，距離應用相差甚遠。
502所的科研人員經過十幾年的努力攻克了我國航天事業發展的這一瓶頸，終於成功打破技術壁壘，在天宮二號上應用我國自主研發的CMG產品。回憶起開發過程，李剛提到了作為結構異常複雜、研製難度很高的空間機電部件，200Nms單框架控制力矩陀螺的研製過程中突破了多項關鍵技術。
首先，控制力矩陀螺整機設計技術的研發成功，讓502所的研究人員首次掌握了高精度、大轉動慣量、複雜結構空間執行部件的整機設計技術。其次，研究人員還首次實現了大型空間執行機構的產品研製、功能和性能驗證、系統應用策略。第三，CMG的成功誕生，讓我國首次在空間慣性執行部件上實現了高轉速（9500r/min）、大轉動慣量的長壽命轉子軸系，並且實現了額定轉速（9500r/min）下高速轉子的精密動平衡，動平衡等級達到GO.4級（國際最高級）。此外，研究人員還應用數字控制技術實現了高精度高穩定度控制技術，應用效果良好。
「200Nms控制力矩陀螺是我國首次在軌應用的CMG產品，是我國成為繼美俄以後第三個在軌成功應用CMG的國家。」李剛補充道，「而且，200Nms控制力拒陀螺優勢多多，其能效比高，能連續、精確輸出力矩，且不消耗燃料，不易引起震動等。」
CMG家族
除了200Nms，502所CMG家族還擁有其他成員，200Nms只是拉開了中國在軌使用CMG產品的序幕。
根據格局及不同類型太空飛行器特殊需求，502所開發出不同類型的CMG產品，如長壽命CMG、低成本CMG、高精度CMG、高動態響應CMG等。「為滿足未來太空飛行器的需求，我們還正在開展變速CMG、高穩定CMG、機電一體化CMG等照片的研發工作。」李剛介紹說。
現在，502所CMG團隊已經研發出角動量範圍覆蓋0.1Nms到1500Nms的CMG產品與相應變速控制力矩陀螺，形成滿足我國各類空間飛行器姿態機動與姿態控制需求的全系列CMG產品型譜。其中，5Nms CMG具有結構小、重量輕的優點，主要服務於小衛星平臺；10Nms、25Nms CMG具有動態響應快、力矩解析度高的優點，主要服務於中小衛星平臺；70Nms~200Nms CMG具有輸出力矩大、動態響應快的優點，主要服務於中型衛星平臺；1000Nms~1500Nms CMG具有輸出力矩大、可靠性高的優點，主要服務於大型衛星平臺和空間站平臺。
未來，我國的太空飛行器都會擁有定製的「定海神針」遨遊在太空。