在太空里什么最贵？有人说是空气有人说是淡水，但航天从业者会告诉你，太空里最贵的东西是重量。现代航天器是减重到极致的产物，就拿我国的空间站天宫一号来说，每增加1克重量带来的成本投入就高达半两黄金。所以每一个航天工程师都会拼命给自己的航天器减重，以控制本就十分高昂的制造成本。
【天宫一号】
既然是减重，自然就要抛弃所有没有必要的重量，但随着天宫一号在电视画面中出现的次数越来越多，有一些航空爱好者发现，天和核心舱的对接舱门周围却装着6个球型装置。根据工程师的介绍，这6个球都由金属制成，总重量高达1吨，为此付出的成本可想而知，那么问题来了这些金属球到底是何方神圣，竟然能让寸土寸金的空间站分出如此多的重量给它们。
【天宫上的大铁球】
虽然看起来结构并不复杂，但这6个大铁球的来历相当不简单，在西方这个装置被称为CMG，中文名字叫控制力矩陀螺，专门用于控制航天器在飞行中的姿态。大致相当于飞机上的舵机和翼面，如果没有这些大铁球，宇航员就无法操纵航天器完成各种各样的飞行科目。
【陀螺内部示意图】
CMG的构造非常特殊，其球体内部存在一个钢制飞轮，而实现航天器的姿态控制则是依靠内部的转子。简单来说转子会以一个恒动的角速度旋转，这一过程中就会产生一个恒定的角动量。CMG会改变转子所在的框架组件方向来产生不同的角动量方向，这就输出了足以改变航天器姿态的陀螺力矩。
【CMG装置】
CMG的好处在于是通过改变力的方向完成航天器姿态的调整，这就意味着无需消耗宝贵的航天器燃料。要知道在太空中补充燃料一次的成本就是一个天文数字，别看CMG的重量成本也很高，但实际上却大大减少了长期运营航天器的开销，所以天宫这样的空间站必须要配备CMG系统，否则即便是中国的钱包也会瑟瑟发抖。
【天宫一号】
不过在某些紧急情况下，航天器姿态可能需要大幅度快速调整，所以天宫上也保留了传统的喷气发动机来改变力矩。但一般的航天活动仅靠CMG就完全能够满足要求，例如为航天科研实验提供一个稳定的飞行环境，或者和新来的空间站舱段完成对接，CMG已经成为了天宫上最为重要的姿态控制装置。
【CMG装置测试】
CMG听起来高端大气上档次，实际上却并非新鲜产物，也算不上革命性的高精尖科技。控制力矩陀螺运用的最基本的物理定律，早在上个世纪投入运营的国际空间站上就已经存在这种装置，如果再往前追溯，控制力矩陀螺在航海和导航上的应用甚至出现在19世纪。
【国际空间站上的CMG】
在人类探索海洋的时代，由于远洋风急浪大，哪怕是经验最丰富的水手也可能被海浪颠簸的头晕眼花，根本无法正常工作。为了降低船只受到的颠簸，各国造船业都开始安装一种被称为减摇陀螺的新装置，其效果要远超传统的压水仓，不光减轻了航行中的颠簸，还保证了风浪天气下航行的安全。减摇陀螺实际上就是一种力矩控制陀螺。
而国际空间站上的力矩控制陀螺也和天宫上的国产产品有一些差异，国际空间上的CMG装置总共安装了4个，数量比天宫还少两个。考虑到国际空间站的规模更大，改变姿态需要的转向力更大，所以这4个CMG的重量也大得多，天宫的CMG总重量约为1吨，而国际空间站的CMG却达到了1吨多。
【CMG装置内构】
根据NASA公布的数据，为了让400多吨重的国际空间站能够在轨道上维持姿态，CMG的角动量高达4760N.m.s，这一数据在所有空间站平台里是最大的。除了天宫和国际空间站，一些卫星上也装备了CMG装置，就是因为效果好而且成本低，卫星可以把本就不多的燃料用于维持轨道高度而非姿态控制上。
CMG能有多省钱，天宫可能还感受不出来，但服役多年的国际空间站却对此有着极为深刻的印象。在国际空间站刚刚问世的年代，调整空间站姿态用的是最传统的喷气反推装置。每一次细微的调整都要消耗一些燃料，这就导致每年光是空间站在燃料上的开销就高达10亿美元，那可是上个世纪的10亿美元，换算成今天的购买力，这个数据会更加惊人。
【喷气反推装置】
而在安装了CMG以后，这笔开销自然就节省下来，再加上CMG的运行依赖的是电力，而这些电力又可以靠空间站的太阳能电池板提供，等于摊平了这笔费用，CMG的省钱效果可见一斑。唯独会产生额外开销的是CMG的更换，毕竟里面的转子一刻不停地运转也会产生相当大的消耗，所以每隔一段时间，就会有航天飞机携带新的CMG组建利用机械臂协助舱外航天员更换。
【航天飞机机械臂】
好在这样的维修飞行同样也会承担空间站人员的轮换和物资补给任务，所以产生的费用还在可以接受的范围内。除了CMG，目前世界上的航天强国还在争先恐后地研究霍尔推进器，相比于传统的喷气推进和力矩推进，霍尔推进器是一种粒子推进器，其速度没有上限也不存在功能问题，因此也被看作是星际航行的未来主力。
资料来源：
【1】走近天宫一号了解天宫一号[J]. 科技视界, 2011.
【2】天宫一号——开篇载人空间站工程 ．中国载人航天[引用日期2020-11-18]
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