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天舟一号货运飞船结构原理

时间:2017-04-21 09:04:36   作者:   来源:   阅读:622   评论:0
    天舟一号货运飞船,由中国空间技术研究院(中国航天科技集团五院)研制的一款货运飞船,也是中国首个货运飞船。天舟一号具有与天宫二号空间实验室交会对接、实施推进剂在轨补加、开展空间科学实验和技术试验等功能。天舟一号任务则作为我国空间实验室任务的收官之战。
    天舟一号为全密封货运飞船,采用两舱构型,由货物舱和推进舱组成。全长10.6米,最大直径3.35米,起飞质量约13吨,太阳帆板展开后最大宽度14.9米,物资运输能力约6.5吨,推进剂补加能力约为2吨,具备独立飞行3个月的能力。 

    天舟一号货运飞船于2017年4月20日19时41分在海南文昌航天发射场由长征七号遥二运载火箭发射升空,天舟一号发射获得圆满成功。

研制背景

    神舟十号任务完成后,中国载人航天工程全面进入空间实验室和空间站研制阶段。而在空间实验室阶段,将突破并验证推进剂补加技术、再生式环控生保技术等关键技术,为空间站建造奠定基础。
    2016年9月15日,天宫二号发射成功,将用于进一步验证空间交会对接技术及一系列空间试验,这标志着我国全面进入空间实验室和空间站任务实施阶段。
    为了对空间实验室中航天员长期驻留和空间科学实验进行支持,需要通过货运飞船进行货物补给。
    如果说载人飞船是天地往返的载人工具,那么货运飞船就是天地间运货的工具。中国的天舟一号货运飞船基于神舟飞船和天宫一号的技术研发,只运货不运人,货物运载量将是俄罗斯进步号无人货运飞船的3倍,在功能、性能上都处于国际先进水平。

基本参数

全长
  
10.6米
最大直径 3.35米
太阳帆板展开后最大宽度 14.9米
起飞质量 13吨
最大上行货物运载量 6.5吨
最大推进剂补加量 2吨

主要特点

结构特点

    结构尺寸
    天舟一号货运飞船由3.35米直径的货物舱和2.8米直径的推进舱组成。
 货物舱用于装载货物,而推进舱为整个飞船提供动力与电力。推进舱两侧各有一翼太阳能帆板(共三板),后部安装了4台变轨用主发动机。此外飞船还安装了24台姿控发动机。
天舟一号货运飞船全长10.6米,最大直径3.35米,质量13吨、最大上行货物运载量约6.5吨。无论是直径、质量还是运载能力,天舟一号都将达到世界先进水平。
    运载能力
    天舟一号货运飞船的近地轨道上行运载能力约为6.5吨左右,高于俄罗斯联邦航天局研制的进步号M型(2.5吨)以及日本宇宙航空研究开发机构的H-II运载飞船(6.0吨),低于欧洲空间局的自动运载飞船(7.6吨)。
    下行运载能力约为6.0吨左右。载荷比即运载货物的质量与货运飞船船体本身的质量之比,天舟一号货运飞船的载荷比高达48%,高于日欧的货运飞船。
    三维设计
    天舟一号货运飞船采用了三维数字化设计技术,建立的全三维仿真分析与协同设计模式已经形成成果并在其他航天器设计领域推广。
天舟一号货运飞船结构原理
天舟一号货运飞船结构原理
天舟一号货运飞船结构原理

功能特点

    在轨推进剂补加,天舟一号最大特点是承担推进剂补加任务。
    天舟一号推进剂补加能力约为2吨。它拥有两个独立设计的推进剂储箱,不仅为天宫二号携带一箱推进剂,用于自身控制的推进剂也可以“转让”。推进剂补加是“慢工出细活”的过程,需要5天左右时间。货运飞船的设计是3到5天完成对接,因为没人,不用很着急,可以用更多圈次来节省调姿所需的燃料。燃料省得越多,可用于补加的就越多。
    以前无人及载人飞船的对接机构主要是电路连接,为了补加燃料,货运飞船跟天宫二号增加了液体连接,而且推进剂和氧化剂分别有不同接口。燃料补加共有30多个步骤,流程十分复杂。出现应急情况还要进行在轨处置,需要地面飞控系统进行复杂的操作。
快速交会对
    天舟一号将开展快速交会对接试验,整个过程仅用4到6圈就能完成,此技术成熟后可用于载人飞船对接。
搭载设备
    天舟一号上搭载了非牛顿引力实验等10余项应用载荷共40台设备,要进行13项太空试验。设备可以装在货物仓内部或悬挂在船体外侧,这样既提高了空间利用率,也最大程度满足了不同试验的需求。
任务保障
    为了确保升空后运行万无一失,北京飞控中心已在地面与天宫二号、神舟十一号及天舟一号建立无线通信链路,用真实的测控站和任务软件模拟了任务全过程,确保接口匹配,控制协同。这一联试过程比真实任务更为复杂,覆盖了各种应急控制分支。从飞船发射后的大气层外救生到应急返回,北京飞控中心对各类应急预案均进行了检验,已经完成了任务全态模式演练。这也是空间实验室和飞船出厂必须经历的一个环节。目前,该中心针对长征七号火箭首飞、天宫二号、神舟十一号、天舟一号等任务建立了多个型号任务团队,同步开展联调联试工作,为后续执行各项任务奠定了坚实的基础。

主要用途

    天舟货运飞船旨在补给空间实验室以及未来中国空间站的推进剂、空气、航天员的饮料、食物以及用于维修空间站的更换设备,以延长空间实验室和空间站的运行寿命。
    货运飞船发射后会与空间实验室或空间站进行自动交会对接。为空间实验室或空间站自动补加推进剂以及空气。饮水、食物、以其他器物设备则需驻空间实验室或空间站的航天员从货运飞船上搬运到站内。同时,货运飞船亦可充当空间站的“垃圾桶”,航天员取出货运飞船升空携带的物品后,可将站内的废弃物品搬运到货运飞船上,关闭气闸后,货运飞船脱离空间站,返回地球时废弃物连同货运飞船在大气层中烧毁。

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