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天舟,快递一哥点亮太空征程
2017-04-21 08:24:01 来源: 经济日报
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  图片说明:长征七号遥二运载火箭与天舟一号货运飞船组合体在垂直转运中。 (新华社发)

  4月20日19时41分,中国文昌航天发射场,天舟一号货运飞船乘坐长征七号运载火箭升上太空。作为我国首艘货运飞船,“快递一哥”天舟有哪些独门绝活,又将在这场首秀中迎来哪些大考?请看《经济日报》记者从海南文昌发回的报道。

  关键词1:“新”

  我国空间站货运系统首秀

  天舟一号飞行任务是我国空间站货物运输系统的首次飞行试验。

  在我国载人航天工程中,有“神舟”和“天舟”两大系列飞船。大家所熟知的神舟系列飞船是载人飞船,已经11次飞上太空,刚刚开启首秀的天舟飞船只管运货,是新入职的太空快递员。

  “天舟一号由货物舱和推进舱组成,总长10.6米,舱体最大直径3.35米,整船最大装载状态下重量可达13.5吨。天舟一号的个头比天宫二号和神舟飞船都要大,是我国目前发射的体积最大、重量最重的航天器。”航天科技集团五院天舟一号副总设计师徐小平对记者说。

  与载人飞船神舟系列不同,天舟不需要具备上升段载人能力,也无须载人返回能力,只需要在轨期间具备接纳飞行员进舱取货的能力。这让天舟可以省去座椅、应急救生等许多与载人有关的系统,运送更多的货物。

  作为太空快递的大力士,天舟一号的上行载货比、货物运输等综合能力比肩甚至优于国际现役货运飞船。它能将超过6吨的物资运上太空,接近天宫一号载荷能力的2倍,高于俄罗斯货运飞船进步号M型和美国的天鹅座飞船扩展型。

  天舟一号还迈出了我国载人航天器型谱化设计的第一步。

  我国航天界较早使用“型谱”概念的是运载火箭。然而,勇敢迈出载人航天器型谱化设计第一步的则是天舟一号。针对运输货物的不同类型和需求,天舟系列货运飞船设计了“全密封”“半开放”“全开放”三种型谱,按照模块化思路搭建平台型谱,推进舱模块公用,货物舱模块根据任务要求选择。模块化设计让飞船建造类似于搭“积木”,降低了研制成本,缩短了周期。作为首发货运飞船,天舟一号设计为全密封型谱状态。

  新的不仅是飞船。这是我国空间站货物运输系统在文昌航天发射场的首次实用性亮相,“首秀”考验了各大相关系统的配合。

  “这是文昌航天发射场首次采用零窗口发射。”天舟一号飞行任务发射场区指挥部指挥长张学宇说,由于此次任务中天舟一号货运飞船入轨后要和天宫二号准确对接,对发射精度要求很高,发射窗口不是一个时间范围,而是一个确定的时间点,这就是航天人所说的“零窗口”,对火箭和发射场系统的可靠性提出了很高要求。

  “这次任务是长征七号首次应用飞行。”航天科技集团一院长征七号火箭副总设计师助理胡晓军说,为了任务的成功,本次飞行的长征七号遥2火箭较去年首飞的长征七号遥1火箭作出了75项改进,发射场的地面设施设备也有26项变化。

  “首秀”的天舟一号还大胆采用了七大类国产新研核心元器件,首次大规模推动核心元器件自主可控。“作为飞行验证平台,天舟核心元器件全部国产化,其中多是第一次经受太空飞行考验,这会为将来建设空间站和载人飞船升级换代打好基础。”徐小平说。

  关键词2:“难”

  太空加油、二代对接、天基测控

  天舟一号起飞前已在地面经历了上千小时测试验证、上百次大型试验考核,上天之后它还将迎来太空大考,突破几个国际公认的载人航天技术难题。

  太空加油就是天舟一号的新技能。

  汽车需要加油,未来空间站长期在轨也需要“加油”。此前,掌握了在轨推进剂补加技术的国家只有俄罗斯和美国。其中,实现在轨加注应用的只有俄罗斯。欧空局、加拿大、日本等也在积极探索,国际上在该领域的比拼从未停歇。

  10年前,俄罗斯曾提出可以提供技术合作,中国的航天人却开始了自主研发。

  近10年来,接下这个任务的中国航天科技集团公司六院801所研制团队从零开始攻坚克难,从补加方案论证、系统设计,到金属膜盒贮箱、压气机、浮动断接器等关键单机的研制,再到补加原理试验、系统试车、可靠性试验,闯过了一道又一道难关。

  现在,这项技术即将迎来太空飞行的考验。天舟一号将与天宫二号实施我国首次推进剂在轨补加,并计划开展多次推进剂补加试验。

  徐小平说:“这个技术很关键,将为我国空间站组装建造和长期运营扫清在能源供给问题上的最后障碍。”

  天舟一号还将突破自主快速交会对接技术。

  6年前,中国航天器完成首次太空交会对接,本次对接有何不同呢?

  “如果把神舟八号载人飞船对接机构称为第一代对接机构,那么天舟一号货运飞船对接机构可称为第二代产品,这次是第二代产品的首飞。”航天科技集团八院载人飞船系统、空间实验室系统副总设计师张崇峰介绍。

  二代对接用时更短,效率大幅提高。此前,我国掌握的交会对接技术需要耗时两天左右,天舟一号将开展自主快速交会对接试验,实现6.5小时内完成两个航天器之间的交会对接。

  二代对接技术将实现“重量级”大吨位航天器对接。过去神舟和天宫的交会对接,是两个8吨级航天器对接,属于“轻量级”。新的对接机构,必须保证未来空间站建造阶段8吨至180吨航天器实现各种方式的对接,是“重量级”对接。

  在此次任务中,天舟一号与天宫二号将实现3次交会对接,这在我国载人航天历史上还是第一次。连续三次对接对于对接机构的控制、空间环境寿命、重复对接性能提出了更高要求。

  天舟一号任务还是我国首次以天基测控为主实施飞行控制。

  “以往,我们对航天器的跟踪、测控以及在轨异常的及时监测处置,主要依赖陆基测控站和海基测量船。”徐小平说,这一次,天舟一号任务的测控系统“搬”到了天上,将通过中继卫星实现对航天器在轨飞行的全程跟踪。与地基测控相比,天基测控范围宽、可以减少大量人力,还可以让天舟一号中各种载荷的实验数据实时下传,可谓好处多多,但“中继系统也是特别复杂的系统,技术上有很多挑战”。

  关键词3:“长”

  任务持续时间半年以上

  重任在肩的天舟一号将在太空中驻留相当长的时间。

  天舟一号入轨后,将与天宫二号自动交会对接,形成组合体,在轨飞行约2个月。之后,天舟一号撤离天宫二号,进入独立运行阶段,独立飞行时间不少于3个月。掐指一算,天舟一号将在轨飞行至少5个多月的时间,这可是目前我国载人航天任务中,时间跨度最大的一次。

  这么长的时间当然不能浪费。整个任务期间,除了3次推进剂补加、3次交会对接的重头戏外,天舟一号还将开展空间应用和航天技术等多领域的实验项目。

  天舟一号在满足运输货物需求的同时,还最大限度发挥了平台效能,随船搭载了几十台载荷设备,在轨开展十余项载荷试验,实现“一次飞行、多方受益”的目标。

  载人航天工程空间应用系统副总设计师李绪志介绍,空间应用系统在天舟一号上将开展微重力对细胞增殖和分化影响研究等4项科学实验研究及技术验证试验。“比如说,微重力对细胞影响的实验之一就将帮助我们寻找骨质流失的分子靶点,为开发治疗骨质疏松的药物提供依据。”

  天舟一号任务虽然不载人,却也将为航天员系统提供相关实验数据。航天员系统副总设计师黄伟芬介绍,本次任务将搭载1套舱外航天服结构服,获取有关力学和温度数据,为舱外航天服改进提供设计依据;天舟一号上搭载的乘员生活物资按3人30天的需求量配置,主要为质量模拟件;还将开展天舟一号空气微生物和表面微生物采样检测,验证货船微生物控制方案,并为将来方案改进提供有效依据。

  据悉,既定任务完成之后,天舟一号将视情开展拓展试验和应用。在所有飞行任务结束后,天舟一号将经由地面飞控工作人员决策,完成我国航天器的首次主动离轨受控陨落,坠落于南太平洋指定区域。这将让天舟一号避免成为太空垃圾,为打造洁净、安全的太空环境作出贡献。

  天舟一号不是普通的太空快递员,作为中国太空“快递一哥”,它肩负着我国未来空间站货运系统首次大考,是一个承前启后的关键角色。

  “此次任务是中国载人航天工程空间实验室阶段的最后一次发射,也是我们建造空间站之前的最后一次发射。”中国载人航天工程总设计师周建平说,“天舟一号任务成功后,空间实验室任务就完成了,我们可以开始建造空间站了。”

  天舟一号上天了,中国空间站也不远了。我们期待着,天舟系列快递为中国人的太空征程加油,点亮我们探索星辰大海的航灯。

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【纠错】 责任编辑: 陈听雨
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