“太空快遞” 穩(wěn)穩(wěn)送達(dá)
發(fā)布時(shí)間:2021-07-30
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  5月29日20時(shí)55分,在經(jīng)歷了推遲發(fā)射的波折后,長征七號(hào)遙三運(yùn)載火箭從位于海南的文昌航天發(fā)射場(chǎng)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)火升空,將天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道,發(fā)射取得圓滿成功。5月30日5時(shí)01分,天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船與空間站天和核心艙在近地軌道精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)自主快速交會(huì)對(duì)接后穩(wěn)穩(wěn)???,天和核心艙迎來第一位“訪客”。

  連續(xù)兩次推遲發(fā)射,長征七號(hào)火箭成功排故后將貨運(yùn)飛船送入太空

  此次負(fù)責(zé)將天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船托舉上天的,是天舟貨運(yùn)飛船的“老搭檔”——長征七號(hào)火箭,這是一款專門為了滿足中國空間站工程發(fā)射貨運(yùn)飛船需求而研制的新一代中型運(yùn)載火箭。

  此次“太空快遞”的送達(dá),可謂一波三折。5月20日凌晨,原本計(jì)劃在文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船,中國載人航天工程辦公室臨時(shí)發(fā)布消息:因技術(shù)原因推遲實(shí)施,發(fā)射時(shí)間另行確定。火箭團(tuán)隊(duì)迅速組織問題排查,有序推進(jìn)故障分析。

  據(jù)中國航天科技集團(tuán)一院院長王小軍介紹,火箭連續(xù)2次推遲發(fā)射,3次準(zhǔn)備發(fā)射,其間經(jīng)歷了推進(jìn)劑全卸出——能夠取得最終的發(fā)射勝利,是研制隊(duì)伍用艱苦卓絕的工作換來的。航天人在工作中堅(jiān)持“嚴(yán)、慎、細(xì)、實(shí)”,是為勝利而戰(zhàn),為使命而戰(zhàn),為榮譽(yù)而戰(zhàn)。

  此次長征七號(hào)火箭發(fā)射意義重大。按空間站在軌建造任務(wù)規(guī)劃,今明兩年我國共實(shí)施11次飛行任務(wù),包括3次空間站艙段發(fā)射,4次貨運(yùn)飛船發(fā)射及4次載人飛船發(fā)射。用中國航天科技集團(tuán)一院長征七號(hào)運(yùn)載火箭主任設(shè)計(jì)師徐利杰的話說,“2年11次任務(wù),環(huán)環(huán)相扣,就像接力賽跑,每發(fā)任務(wù)的成敗都關(guān)乎中國空間站建造計(jì)劃能否順利實(shí)施?!?/p>

  此次發(fā)射距離長征七號(hào)遙二運(yùn)載火箭發(fā)射已過4年,其間開展了大量的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì),使長征七號(hào)遙三運(yùn)載火箭更加可靠、智能、經(jīng)濟(jì)。作為一款全數(shù)字化控制火箭,長征七號(hào)遙三運(yùn)載火箭既能在8級(jí)大風(fēng)中轉(zhuǎn)場(chǎng),也能在雨中發(fā)射,惡劣天氣條件下依然可以確保送載荷精準(zhǔn)入軌。除了空間站建造階段2年4次發(fā)射任務(wù)之外,后續(xù)進(jìn)入空間站運(yùn)營階段后,長征七號(hào)運(yùn)載火箭也將保持每年2次發(fā)射的頻率。

  5月29日晚,在文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功完成貨運(yùn)飛船發(fā)射任務(wù)后,遠(yuǎn)望6號(hào)船、西安衛(wèi)星測(cè)控中心、北京航天飛行控制中心、北京空間信息傳輸中心等組成的航天測(cè)控系統(tǒng),合力完成貨運(yùn)飛船的發(fā)射、入軌和交會(huì)對(duì)接的測(cè)控任務(wù),一路護(hù)航天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船奔赴天和核心艙,為后續(xù)任務(wù)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

  天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船負(fù)責(zé)向空間站運(yùn)輸物資、補(bǔ)給燃料并帶走廢棄物

  天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船攜帶了航天員生活物資、艙外航天服及空間站平臺(tái)設(shè)備、應(yīng)用載荷和推進(jìn)劑等,與天和核心艙完成交會(huì)對(duì)接后,轉(zhuǎn)入組合體飛行階段,將按計(jì)劃開展推進(jìn)劑補(bǔ)加和空間應(yīng)用項(xiàng)目設(shè)備測(cè)試等工作。

  據(jù)介紹,與神舟載人飛船不同,天舟貨運(yùn)飛船只運(yùn)貨不送人。4年前,天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室成功交會(huì)對(duì)接并完成推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加試驗(yàn)。作為中國空間站工程的重要組成部分,天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船是首個(gè)與我國空間站核心艙進(jìn)行對(duì)接的航天器,負(fù)責(zé)向空間站運(yùn)輸物資、補(bǔ)給燃料并帶走廢棄物。

  天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船由全密封貨物艙和推進(jìn)艙兩艙組成,采用型譜化、模塊化設(shè)計(jì)思想開展平臺(tái)構(gòu)型和布局設(shè)計(jì)??傞L10.6米,發(fā)射重量13.5噸,上行物資總重高達(dá)6.8噸,在軌壽命不小于1年,供電能力不小于2700瓦。

  據(jù)中國航天科技集團(tuán)五院天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船總指揮馮永介紹,天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船攜帶了3人3個(gè)月航天員消耗品、艙外航天服及平臺(tái)物資,以方便航天員在太空的衣、食、住、行和工作開展。除了生活物資,貨運(yùn)飛船還帶了推進(jìn)劑,將在對(duì)接期間為核心艙進(jìn)行燃料加注與姿態(tài)控制。天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船還帶了實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)資料等,等到神舟十二號(hào)載人飛船將航天員送至天和核心艙,再由航天員在軌取出這些實(shí)驗(yàn)物資并安裝。

  天舟貨運(yùn)飛船總體性能達(dá)到國際先進(jìn)水平,在設(shè)計(jì)上充分體現(xiàn)了中國特色。據(jù)中國航天科技集團(tuán)五院天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船總設(shè)計(jì)師白明生介紹:“團(tuán)隊(duì)對(duì)于天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船的設(shè)計(jì)原則,包括要嚴(yán)格控制平臺(tái)自身重量,最大程度提高貨物運(yùn)輸能力,還要充分整合平臺(tái)資源,滿足空間站推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加、航天員駐留資源補(bǔ)給以及設(shè)備維修維護(hù)更換等不同種類貨物運(yùn)送需求。”

  天舟二號(hào)和天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船在構(gòu)型上基本一致,但也有著自己的鮮明特色。

  跟高大的空間站核心艙相比,天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船的“身材”可謂是短小精悍。上行物資包括了160余件大大小小的貨包以及2噸推進(jìn)劑,占了整個(gè)貨船重量的一半以上,載貨比超過50%。這里面有兩件重要“寶貝”——兩套航天員艙外服,每件重100多公斤,是航天員抵達(dá)核心艙后執(zhí)行艙外任務(wù)的必備物資。此外,還有“太空按摩儀”和“太空冰箱”等有特色的物件隨貨船升空。其中,中國航天科工集團(tuán)所屬航天三江紅峰公司研制的“太空按摩儀”主要用于對(duì)航天員進(jìn)行電脈沖刺激,協(xié)助航天員進(jìn)行肌肉疲勞恢復(fù)和肌肉力量訓(xùn)練,防止長期飛行造成的肌肉萎縮。中國航天科工集團(tuán)三院306所特制的隔熱保溫的“太空冰箱”,則可以幫助保護(hù)貨運(yùn)飛船里關(guān)鍵的醫(yī)療檢測(cè)和保障物資。

  天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船還實(shí)現(xiàn)了智能便捷的設(shè)計(jì)。天舟二號(hào)作為儲(chǔ)藏室,既要保障航天員日常生活、工作物資隨取隨用,還要收納廢棄物,最終離軌墜入大氣層燒毀。艙內(nèi)貨物裝載空間高達(dá)18立方米,為了實(shí)現(xiàn)布局合理、重量均衡,方便航天員上天后取用貨物,貨船艙內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特殊的設(shè)計(jì),擺放規(guī)律,并利用蜂窩板形成一個(gè)個(gè)貨格,每個(gè)貨格都可以裝載多個(gè)規(guī)格的貨包。這樣的貨包能很好地匹配內(nèi)部承載的貨物,還能像積木一樣組合放置在貨格內(nèi)。為方便航天員快速查找和取用物資,貨船系統(tǒng)還配置了一套信息管理系統(tǒng),為貨物打上標(biāo)簽,航天員能通過專用設(shè)備對(duì)一定范圍內(nèi)貨物進(jìn)行識(shí)別和定位。

  據(jù)專家介紹,后續(xù),天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船后向?qū)印⑸裰凼?hào)載人飛船前向?qū)涌臻g站核心艙,將完成中國空間站首個(gè)“一”字構(gòu)型。

  中國“太空港”迎來第一艘飛船???/p>

  5月30日5時(shí)01分,天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船采用自主快速交會(huì)對(duì)接模式,精準(zhǔn)對(duì)接于天和核心艙后向端口,天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船成為首個(gè)??靠臻g站核心艙的航天器。

  空間交會(huì)對(duì)接是載人航天活動(dòng)的基本技術(shù)之一,是實(shí)現(xiàn)空間站和空間運(yùn)輸系統(tǒng)的裝配、回收、補(bǔ)給、維修、航天員交換及營救等在軌服務(wù)的先決條件。

  據(jù)中國航天科技集團(tuán)五院天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船副總設(shè)計(jì)師黨蓉介紹,以往飛船的交會(huì)對(duì)接從發(fā)射到具備交會(huì)對(duì)接條件需要2—3天時(shí)間,過程中還需要大量人工參與。此次天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船與天和核心艙對(duì)接采用的是快速交會(huì)對(duì)接技術(shù),其最大的特點(diǎn)就是“快”,整個(gè)過程歷時(shí)約8個(gè)小時(shí),且無需地面干預(yù),就像無人駕駛汽車一樣。

  快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)之所以重要,在于將來不僅能縮短航天員在飛船狹小空間中滯留的時(shí)間、減少航天員不必要的體力與精力付出,同時(shí)也可以保證一些“時(shí)鮮貨(比如生物制劑等)”盡快送達(dá)空間站。在安全方面,一旦空間站等航天器突遇緊急情況,快速交會(huì)對(duì)接可以迅速反應(yīng),向空間站提供各種急需的物資或救助被困的航天員。

  與天舟一號(hào)時(shí)的快速交會(huì)對(duì)接相比,天舟二號(hào)的技術(shù)更進(jìn)一步。中國航天科技集團(tuán)五院的科研人員為飛船增加了“全相位自主交會(huì)對(duì)接方案”。無論目標(biāo)飛行器在入軌時(shí)和空間站的相對(duì)位置是1/4圈、半圈乃至整圈,天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船都能以最快速度或者在規(guī)定時(shí)間點(diǎn)到達(dá)。天舟一號(hào)任務(wù)時(shí),需要人工輔助把飛船送到距離天宮二號(hào)一定的位置,然后由飛船自主去對(duì)接。這次天舟二號(hào)增加了遠(yuǎn)距離自主導(dǎo)引,飛船能夠利用北斗導(dǎo)航來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的全自主導(dǎo)航計(jì)算及制導(dǎo)與控制。也就是說,以后天舟飛船對(duì)空間站的“造訪”過程中,人只負(fù)責(zé)監(jiān)視,整個(gè)飛行和交會(huì)對(duì)接的過程是全自主的。

  當(dāng)然,當(dāng)貨運(yùn)飛船需要手控交會(huì)對(duì)接的時(shí)候,坐在空間站內(nèi)的航天員還能通過手控遙操作,駕駛貨運(yùn)飛船完成與空間站的交會(huì)對(duì)接或撤離。

  為了精準(zhǔn)對(duì)接,由中國航天科工集團(tuán)二院25所研制,安裝在天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船上的微波雷達(dá)作為關(guān)鍵測(cè)量敏感器,能在交會(huì)對(duì)接過程中輸出高精度測(cè)距、測(cè)速及測(cè)角信息,為空間站建設(shè)中的交會(huì)對(duì)接任務(wù)提供有力支撐。為了緩沖大噸位航天器對(duì)接過程中產(chǎn)生的撞擊能量,中國航天科技集團(tuán)八院研制出了對(duì)接機(jī)構(gòu)分系統(tǒng),創(chuàng)新性地研發(fā)了可控阻尼器,在船—艙間建立起高可靠的剛性連接,讓天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船的主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)與核心艙的被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)“溫柔”地交會(huì)對(duì)接。

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