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"快递小哥"上天啦!首个送往太空的包裹——天舟一号飞行任务全解读【图】

2017年04月21日 10:1510000人浏览字号:T|T

    伴随着一阵剧烈的轰鸣,长征七号运载火箭从文昌航天发射场,托举我国第一艘货运飞船天舟一号直刺苍穹,飞向茫茫太空。

    这一天是4月20日,农历谷雨,春季最后一个节气,老话说这一天后,大地气温将迅速回升,农作物迎来生长旺季。

    南海之滨,古邑文昌,发射场内火箭飞向天际的冲力,也正加快中国航天迈向“空间站时代”的脚步。

    “各号注意,1小时准备!”18时41分许,文昌航天发射场上空,传来任务01指挥员王光义清脆沉着的口令。

    发射程序进入临射倒计时。

    这是一个熟悉的声音——去年6月25日,我国自主研制的新一代运载火箭长征七号,在这里成功首飞,点火发射口令就由王光义下达。

    如今,这个声音将创造新的历史——天舟一号飞行任务实施,是中国载人航天工程空间实验室任务的收官之战,一旦实现太空货物补给和燃料补加,就意味着中国航天器将在太空上飞得更久。

    夜幕渐渐笼罩,灯火渐渐通明。

    30度、90度、180度……通天塔双臂在夜幕下缓缓张开,长征七号运载火箭与天舟一号货运飞船组合体落落大方露出真容——

    修长的箭体上,“中国航天”四个蓝色大字格外醒目,火箭顶部,雾气蒸腾中的五星红旗依稀可见。

    15分钟、10分钟、5分钟……发射时间越来越近。

    72岁的龙楼镇居民薛贵绪站在自家3层小洋楼里,屏住呼吸盯着远方依稀可见的发射场。他望向老家星光村的方向说:“要知道,卫星发射场可是建在我家的老房子宅基地上的。”

    这种速度让他感觉到不可思议:远处发射场里的幢幢科研试验楼,仿佛像一夜间拔地而起。如今,天舟一号要从这里启航,踏上拥抱天宫二号的征程。

    “1分钟准备!”

    紧抱火箭的摆杆迅速摆开,发射塔架上与火箭相连的各系统设备瞬间脱落,发射进入读秒程序。发射场气氛骤然紧张起来。

    “5、4、3、2、1,点火!”

    19时41分,大地震动,烈焰飞腾,托举天舟一号的长征七号运载火箭缓缓起飞,逐渐加速……

    发射场沸腾了!

    此时,火箭尾焰灼烧空气发出巨大的轰鸣声,现场不少人捂上了耳朵,但也掩饰不住兴奋,欢笑声、快门声、赞叹声此起彼伏。

    天舟一号和天宫二号对接演示动画

    “‘零窗口’发射!”有人脱口赞叹。数月来,发射场参试人员谈论最多的,就是“零窗口”。

    “零窗口”发射是指将火箭在一定长度的发射窗口时间内,在紧贴窗口上沿的最优时间发射。根据测算,今天,天舟一号的发射窗口只有1分钟!

    助推器分离、一二级分离、抛整流罩……巨幅显示屏上,火箭飞行的实时仿真动画,准确地显示着火箭的飞行状态。

    “船箭分离!”,天舟一号货运飞船发射任务取得圆满成功!

    天舟一号“天空加油”演示动画

    这一夜,航天人书写了新的里程碑。

    此刻,离开长征七号火箭的陪伴,天舟一号货运飞船正独自向太空进发。对她来说,她的“长征”才刚刚开启。

    揭秘天舟一号:何以成我国第一艘货运飞船

    随着4月20日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。团团采访有关专家,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,体量与和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顿多货物不在话下,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面向我国空间站建造和运营物资运输补给任务的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它货物装载以及提供能源、控制动力等的需求。

    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,三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,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它生活物资,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。

    这并不容易,说白了,货包设计,过硬不行,容易对货架进行磕碰,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了更好的适应性和合理的货包绑扎方式。

    太空加油:

    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。

    航天科技集团五院载人航天总体部研究室主任黄震说,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。

    黄震说,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——天宫二号将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。

    张崇峰说,在轨推进剂补加,主要通过安装在对接机构上的4路推进剂补加液路浮动断接器来实现。这就相当于“加油的管路”和“油枪”都安装在了对接机构产品上。

    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。张崇峰说,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非常高的要求。

    快速对接:

    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。

    黄震告诉团团,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的产生的资源消耗,同时,更大程度上地保障飞行器,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,要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,8吨级航天器的交会对接,已经是高难度动作了,但与空间站建设中所要涉及的交会对接相比,仍然是“轻量级”的。这就要求对接机构不断升级。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。

    “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,受控地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来了。

    天舟一号却是“主动牺牲”,带着可能还未殆尽的能量,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,有的不免就沦为了太空垃圾。

    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、安全的太空环境做出自己的贡献。

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