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天舟一号示意图 中国空间技术研究院供图

  

随着4月20日海南文昌航天发射场的一声巨响,天舟一号,这个隐匿了6年的我国第一艘货运飞船,终于露出了庐山真面目。

作为我国载人空间站工程的重要组成部分,货运飞船顾名思义要承担为空间站运输货物和“加油”的重担,并负责将未来空间站里的废弃物带回大气层烧毁。

航天科技集团五院天舟一号总设计师白明生说,从2011年项目立项,到如今一飞冲天,过去整整6年时间,天舟一号 “隐姓埋名”苦练内功,经历了上千小时测试验证,以及上百次大型试验考核。中国青年报·中青在线记者采访有关专家,试着揭开天舟一号的神秘面纱。

“快递小哥”:载货比优于国际现役货运飞船

天舟一号“只运货、不送人”,因此被一些媒体形象地称为“快递小哥”。

“快递小哥”身高10.6米,体宽3.35米,体量与天宫一号目标飞行器、天宫二号空间实验室相当,但肚大能容,运送相当于自身重量的6吨多货物不在话下,上行载货比优于国际现役货运飞船,快递货物经济实惠。

这也是我国建造货运飞船的目的所在。按照白明生的说法,未来,我们要建造长期有人照料的空间站,就需要输送航天员所需的生活工作物资,空间站运转所需的推进剂。天舟系列货运飞船就是为承担我国空间站建造和运营物资运输补给任务而全新研制的载人航天器。

天舟一号是两舱结构,由货物舱和推进舱组成,白明生说,这可以最大限度地满足货物装载以及提供能源、控制动力等需求。

值得一提的是,天舟一号之所以能运那么多的货物,一个“简约而不简单”的货架功不可没。这个货架的专业术语是“高效承载货架设计”。

表面上看,这个货架和普通的书架类似,但根据航天科技集团五院专家的说法,其细节和构型都是经过多轮分析讨论的结果,货架采用一种基于蜂窝板、碳纤维立梁的梁板结构,还精心设计了一种大承载轻量化预埋结构,经过测试,3个这种结构就可以承载一台豪华轿车。

航天科技集团五院载人航天总体部研究室主任黄震也提到,在天舟一号要运送的物资中,不乏一些精密的仪器设备和宇航员的用品,发射段受力又大,生怕磕碰,因此只用高强度的货架是行不通的。

对于敏感的电子器件、机械硬件系统以及其他生活物资,科研人员通常采用“软包装”或类似方法来实现装载、运送。这种“软包装”与传统的硬连接不同,先将货物包裹在泡沫或气囊袋里,再一起固定在货架上,而非与运载工具的内部货架结构直接相连接。

这可不容易。说白了,货包设计,过硬不行,容易造成货架的磕碰;过软也不行,不能有效保护货物。黄震说,由于“软包装”为装载对象提供了一个柔软的、分布式系统的支撑,可以为货物的上行运输提供更好的适应性和合理的货包绑扎方式。

“太空加油站”:首次在轨实施飞行器间推进剂补加

就像汽车需要加油,未来空间站长期在轨也需要“加油”,这项任务就由“天舟”系列货运飞船来完成。

黄震说,在天舟一号之前,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、日本等也在此方面进行着积极的研究探索,国际上在该领域的比拼从未停歇。

他进一步解释,在天舟一号飞行任务中,天舟一号将与目前正在轨飞行的我国首个空间实验室——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,突破和掌握推进剂补加技术,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最后的障碍。

一个看似无关的对接机构,将在这个过程中扮演重要角色。航天科技集团八院空间实验室系统、载人飞船系统副总设计师张崇峰说,对接机构并不直接参与空间推进剂补加任务,但是它为补加任务提供了平台和初始条件。

按照他的说法,“油枪”能不能准确无误地插入加“油口”,那就得看对接的初始精度了。天舟一号要顺利地把推进剂供给天宫二号,两个对接机构必须对接得严丝合缝——这对空间交会对接的精度提出了非常高的要求。

“高铁时代的对接”:首次开展全自主快速交会对接试验

在天舟一号之前,我国掌握的交会对接技术需要耗时两天左右时间,天舟一号将开展自主快速交会对接试验,将交会对接的时间控制在6.5个小时。

一个形象的比喻是,天舟一号跨出了从“普通列车”迈向“高铁”的一大步,能做到更快、更舒适、更稳妥地运输货物。

黄震告诉记者,快速交会对接的实现,有利于提高飞行器在轨飞行的可靠性,减少交会对接过程中包括轨道控制等在内产生的资源消耗,同时,更大程度地保障飞行器,主要是未来空间站的安全,方便空间站突发事件应急处理。

6年前,神舟八号和天宫一号完成了我国航天器的首次太空交会对接;6年后,我国第一艘货运飞船天舟一号与天宫二号空间实验室的交会对接,将再次吸引全世界的目光。

张崇峰说,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,这是第二代产品的首飞。

两代产品的背后,是航天器吨位的差异。

神舟飞船和天宫飞行器都是8吨级的航天器,两者必须沿着质心轴线运动。捕获、校正后,两者要处于无偏心的位置,才能顺利实现交会对接。

张崇峰说,新的对接机构,必须保证未来空间站建造阶段8~180吨航天器实现各种方式的对接。

更大型航天器的交会对接将会产生巨大的对接能量,对于对接机构的缓冲耗能能力提出了很高的要求。张崇峰说,这也是空间站建设必须突破的一项技术。

就是“牺牲”也不同:首次实施主动离轨受控陨落

值得一提的是,天舟一号将在飞行任务结束后,经由地面飞控工作人员决策,将实施主动离轨,通过两次降轨控制,受控坠落于南太平洋指定区域。

这也是中国航天器的第一次——实施主动离轨受控陨落。

形象点说,一般的航天器是“灯熄人亡”,在完成使命后,随着推进剂的消耗殆尽,也宣告着其寿命的尽头到了。

天舟一号却是“主动牺牲”,带着可能还未用尽的能量,主动选择离开轨道,准备“就义”。

“牺牲”的地点也不同。一般的卫星是缓慢降轨,最终在大气层烧毁,有的不免会沦为太空垃圾。

天舟一号则可以落到南太平洋的指定区域,既避免离轨过程中的不可控因素,也将为打造洁净、安全的太空环境作出自己的贡献。(邱晨辉 蔡宁宁)


来源:嘉兴在线—嘉兴日报    作者:摄影 记者 冯玉坤    编辑:李源    责任编辑:胡金波
 
 
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