太空新旅 天舟启程

2017-04-24 10:42:11 来源: 央视网 作者:
天舟一号,

央视网消息(焦点访谈):据中国载人航天工程办公室消息,经空间实验室飞行任务总指挥部研究决定:瞄准4月20日19时41分在海南文昌航天发射场发射天舟一号货运飞船。升空之后的主要任务是与在轨运行的天宫二号空间实验室实现自动交会对接并补加推进剂。“天舟”是我国货运飞船系列的总称。天舟一号作为我国第一艘货运飞船,它所承担的任务是空间实验室的收官之战,也是未来空间站后续建设的关键之战。那么,天舟一号突破了多少技术关口,要完成任务又要克服哪些困难呢?

曾经多次把航天员送上太空的“神舟飞船”是以“客运”为主。一次除运送航天员外,只能携带300公斤物品。但未来航天员要在空间站长期工作生活,就必须储备大量的食物、水、氧气和科研所需的材料,这些东西从哪里来呢?这就需要更大的货运飞船,一次将几吨的货物送到空间站。而天舟一号货运飞船就承担了这一任务,因此,它被亲切地称作“快递小哥”。那么,天舟一号货运飞船一次能搭载多少货物呢?

中国航天科技集团五院天舟一号货运飞船总设计师白明生介绍说,最多可以搭载5500公斤货物,加上推进剂达到6.5吨,能够运送三个航天员9个月吃住行的物品。

天舟一号货运飞船这个来自地球的“快递小哥”,将把货物送给太空中的天宫二号空间实验室。那么“快递小哥”天舟一号,给收件方都送了些啥呢?

据介绍有两类,一是飞行器上或者空间站可能会用到的一些新技术;还有一个是空间科学实验项目,比如说生物医学、人类医学一些前瞻性的、开创性的实验

因为天舟一号跟天宫二号对接的时候,天宫二号空间实验室中没有航天员,所以货物没有办法从天舟一号中搬出来,因此这次天舟一号的舱内是用相同重量的东西替代货物的重量进行试验。

作为“快递小哥”的天舟一号,想要考察它是否称职,就要看它的载货比。这个载货比是指货物重量占整个飞船的总重量的比例。天舟一号货运飞船的自身体重近13吨,荷载的货物和推进剂的总重量是6.5吨,载货比为0.48,这样的载货比已达到目前世界领先水平。

除了送货以外,未来的天舟飞船还要肩负着回收空间站中的垃圾和废物职责。

当天舟货运飞船装满垃圾和废物以后,就会跟空间站分离,带着这些垃圾到大气层燃烧销毁,永远跟我们说再见。

实际上,天舟一号货运飞船还有一个孪生兄弟,它和天舟一号分毫不差,是它的替补。如果天舟一号发生故障,不具备发射条件,那这个备份的替补选手才能上场转正。

其实“快递小哥”天舟一号非常能干,这次它还要在轨对天宫二号空间实验室进行推进剂的补加,俗称:太空加油。

没有燃料的空间站,就好比没有燃料的汽车和战斗机。但是太空加油可比给汽车和战斗机加油难多了,这到底有多难呢?

白明生说:“货运飞船跟天宫之间连通需要分毫不差,在天上两个飞行器对接总是有一些核心位移的偏差,这就需要在偏差的情况下能够对上去。”

这么难的“太空加油”还不止一次,而是要进行三次。这就意味着天舟一号货运飞船要跟天宫二号空间实验室进行三次交会对接。那为什么要进行多次交会对接呢?做个简单的比喻,如果说现在的天宫二号空间实验室是个一居室,将来到空间站阶段将通过多个飞行器对接在一起变成多居室。

这三次交会对接并不是简单的重复,而是各有目标、各有特点、各有难度。可以用三个“最”字来形容:第一次最耀眼、第二次最绕、第三次最快。第一次最耀眼,就是在太阳能照到的地方对接。在非常明亮刺眼的环境下,天舟一号不但要找到天宫二号,并且要进行交会对接。好比人们对着阳光追踪天上的小鸟,其挑战可想而知。

第二次对接最绕,是因为货船要从天宫二号空间站的后向绕飞到前向进行对接。就是当绕飞指令发出后,天舟一号首先要自己规划出最优的绕飞轨迹,然后自主变轨,自己调整姿态,走自己的路,不需要地面人员干预。

而第三次对接最快,则是一项全新的实验,要求两个航天器在6个小时左右实现对接。从以前的两到三天,48到72小时的时间,到6个小时自主完成交会对接,这速度的变化,可以说是从绿皮火车到高铁的升级。这样做可以让航天员更快进到空间站,包括以后有一些生物制剂,有时间要求的可以快速运输,在紧急情况下进行救援。

这次交会对接速度比以前快了近十倍,“快递小哥”又要克服哪些困难,突破哪些极限呢?

白明生说:“主要难点是在6小时里实现五次变轨,另外五次变轨对供电、能量平衡这些方面会带来很大的压力。”

送完货、加完油,天舟一号还要再把天宫二号推一把。为什么要推它一把呢?因为空间站在太空轨道运行,会受到残存大气阻力的影响而逐渐降低轨道高度,为了要保持原有的高度,就必须消耗燃料推动空间站上升。那这个任务为什么要交给天舟一号来做呢?

实际上,这里所说的“推一把”是个形象的比喻,目的是验证天舟一号货运飞船和天宫二号控组合体实验。

快递小哥“天舟一号”重13.5吨,天宫二号空间实验室重8.6吨,交会对接之后,这俩组合体的体重达到了20多吨,这两个庞然大物组合在一起飞行。尺寸大了,重量也大了,质心变化也大,在控制设计上考虑质心的动态变化还要能控制得住。

大家都知道,每一个“快递小哥”都有属于自己的一个座驾。而天舟一号货运飞船能够进入太空完成任务,就不能不提它的“小伙伴”,长征7号遥二运载火箭。“快递小哥”天舟一号的这个座驾可不一般,长征七号遥二火箭是被誉为中国航天进入太空的新动力,虽然是中型火箭,但是运载能力最为出众,真正是小身材、大能量。

长征七号遥二运载火箭跟天舟一号是第一次合作。由于天舟一号飞船发射之后将与天宫二号空间实验室交会对接,所以要求天舟一号入轨的精度特别高。因此这次发射时间被设定为零窗口。零窗口极具挑战性,因为以往的发射窗口,有的以小时计算,有的以天计算,在此期间如果发现问题,随时都能调整。但是这次的发射窗口不是一个时间范围,而是一个确定的时间点,一秒都不能差。这就是航天人所说的“零窗口”。

之所以要求零窗口是因为一天之中只有一个时间点,可以把天舟一号发出去,精确入轨。如果错过了这个时间点,只能推后发射。但是低温推进剂在火箭内保持长期加注状态,又增加了风险性,火箭发射的安全性和可靠性也面临挑战。零窗口的发射,更节约成本。为了确保此次发射的稳妥性,长征七号设计团队做了一些保障措施,把零窗口变成一个60秒的窗口,在60秒中,随时点火都能保证入轨精度。

天舟一号的发射,又开启了中国航天的新旅程。载人航天工程是一项高科技和高风险并存的事业。我国在这一领域的一点一滴的进步都是一代又一代的中国航天人用艰苦奋斗,勇于攻坚,开拓创新,无私奉献的精神铺就的。按计划,在2018年前后,“天和一号”空间站核心舱或将升空,这是我国空间站建造的重要起点。而到2022年前后,中国将完成空间站建设。

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责任编辑:赵卫华