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天舟一号货运飞船上的秘密

时间:2017-04-21 09:25:18   作者:   来源:   阅读:203   评论:0
    作为我国载人空间站工程的重要组成部分,天舟一号货运飞船的主要任务是为空间站运送货物和推进剂等物资。形象的被人们称为“太空快递员”,那么天舟一号货运飞船上有哪些秘密呢?

承载能力与人性化设计双保障

    先看一组数据:天舟一号身高10.6米,体宽3.35米,最大装载状态下重量达13.5吨,由货物舱和推进舱两舱结构组成,是我国目前为止体积最大、重量最重的航天器。这次任务,天舟一号要为天宫二号带去6吨左右的货物和推进剂,其中有大大小小100多个货包。

    货物舱为圆柱形,舱壁周围为格状结构的货架,上面装有天蓝色把手,中间形成一个矩形过道。为了让未来的“客户”在舱内活动更安全、舒适,内部的地板采用了深色硬质结构,方便蹬踏,天花板为浅色。

    “上浅下深颜色的布局,可以营造出一种天地感,让人不会眩晕。”天舟一号货运飞船系统总体副主任设计师张健说,在失重环境下,把手位置的设计要合理,必须要装在容易使力的地方,就连舱内的仪表、计算机的每个旋钮力也都要经过测试,“包括到位的 咔 的那一下,都是严格要求的,让人知道拧到什么位置到位。”

天舟一号货运飞船上的秘密

“秘密武器”——确保货物安全抵达天宫二号

    据可靠消息,为了这一趟远差,“太空快递员”天舟一号准备了不少秘密武器。

第一件:“防晒霜”

    太空中的日晒强度比地球上猛烈千百倍,在太阳照射的情况下,天舟一号的表面会迅速升温,为了帮助推进舱中的设备“防暑降温”,聪明的天舟一号在自己皮肤上涂了一层“防晒霜”。这款太空版“防晒霜”其实是一种航天专用的白漆热控涂层,具有优良的散热性能。

第二件:高科技货包

    由于运送的货物中有不少精密仪器和航天员用品,天舟一号精心准备了一种高科技货包来装载货物。这种高科技货包,采用系列化设计,根据货物尺寸,可调节大小、形状。其外观呈乳黄色,采用新型的抗菌防潮防霉布料,里面则使用一种新研制的防火防潮且抗震的泡沫或者气囊来包裹货物,可确保部分货物在货包中安全地存放一年。

第三件:保驾护航利器

    早在出发前,天舟一号就“听过”关于太空垃圾给国际同行带来的困扰:“被小小一块10克的太空垃圾迎面撞上,只刮花了漂亮帅气的制服都算幸运,好几次甚至差点穿透制服被送进医院。”于是,为了运输过程更安全,天舟一号决定随身携带力学环境测量系统。

    这套“高大上”的系统不仅可以在天舟一号全飞行时段对传统的振动、冲击、噪音环境进行检测,还可以在第一时间感知到太空垃圾撞击的位置和受损程度,甚至还能检验飞船结构设计、货物装载合理性,为在轨损伤修复和结构优化设计提供帮助。

第四件:相对测量子系统

    这套系统不仅可以确保天舟一号与天宫二号首次交会对接的自主可控,安全性大大提高,还因为新增的整秒脉冲输出功能,为全船的相关设备都提供了高精度的时间基准。换个通俗的说法,就是能够让天舟一号快速准确地找到客户位置,在客户要求的时间内将货物送达。

    不只是“快递小哥”,天舟一号将完成多项使命任务,实际上,天舟一号远远不只是一个“快递员”这么简单,其他任务也不少。

任务1

    “太空加油”

    就像汽车需要加油,未来空间站长期在轨也需要“加油”。天舟一号这次就要进行一次在轨推进剂补加技术验证,为天宫二号在轨加注。这项分为29个步骤,每步都需要精细控制,整个“加油”过程要持续好几天。在天舟一号之前,只有俄罗斯和美国掌握了这项技术,其中,实现应用的只有俄罗斯。

任务2

    “太空芭蕾”

    在第一次交会对接后,天舟一号将与天宫二号上演一场高难度的“太空芭蕾”——天宫二号转体180度,天舟一号从天宫二号下方绕飞,同时转体180度,加速赶到天宫二号前方,最终从“前”向与天宫二号进行一次交会对接。这项名为绕飞至前向交会对接的试验是为了确保未来航天器能从多个方向与空间站对接而进行的演练。

任务3

    “从绿皮火车到高铁动车的升级”

    天舟一号将完成快速交会对接试验,把之前需要2天左右的交会对接过程提速到6个小时左右,就像是从乘坐“绿皮火车”变为乘坐“高铁”。这意味着可以缩短航天员在飞船狭小空间中滞留的时间,使载人太空飞行变得更加舒适、惬意,还可以让无法经历长时间运输的货品尽快送达,同时,更大程度上保障未来空间站的安全,方便空间站突发事件的应急处理。

任务4

    “带着天宫二号一起飞”

    天舟一号与天宫二号交会对接后,将开展货运飞船控制组合体试验,接过组合体飞行的“控制权”,带着天宫二号一起飞。这样做的原因是,在主飞行器短时出现问题的情况下,另一航天器就可以发挥作用,进行“抢救”。

任务5

    高大上的空间应用及技术试(实)验

    虽然,天舟一号的主要功能是“运货”,但在满足运输货物需求的同时,天舟一号还可以最大限度地发挥平台效能,随船搭载了几十台载荷设备,将在轨开展十余项载荷试(实)验。同时,为了避免自身成为太空垃圾,天舟一号将在完成飞行任务后,首次实施主动离轨,落于南太平洋预定安全海域,为打造一个洁净、安全的太空环境作出贡献。

    汽车加油见多了,“太空加油”怎么办?

    据新华社电成功发射的天舟一号是我国自主研制的首艘货运飞船,被形象地称为中国航天的“快递小哥”。天舟一号与天宫二号将进行3次交会对接,并将首次进行在轨补加推进剂的试验,即“太空加油”。

    中国航天科技集团公司五院天舟一号总设计师白明生说,天舟一号货运飞船最大看点是“太空加油”,只有突破这一技术障碍,中国未来空间站的运营才有稳定的基础。据介绍,目前国际上掌握了在轨推进剂补加技术的只有俄罗斯和美国等少数国家。欧空局、加拿大、日本等机构和国家在此方面也进行着积极的研究探索。

    此次“太空加油”选用的是无增压气体损耗的气体回用法,雷剑宇介绍了在轨推进剂补加的大致过程:当天舟一号和天宫二号对接锁紧后,首先检查补加装置和管路的气密性,随后天宫二号上的压气机将手风琴状的储箱中的气体压回气瓶中,在天舟一号和天宫二号的燃料储箱间形成了压力差。随后,推进剂在压力差的作用下,自动从压力高的天舟一号储箱流入压力低的天宫二号储箱,当两侧压力恢复一致时,加注工作完成,最后还要把管路中残留的推进剂清除干净,确保两航天器分离时不会有残存的推进剂扩散到空间,污染对接机构和航天器表面。

    雷剑宇解释说,通常所说的推进剂,其实是分为燃烧剂和氧化剂两种,两者不能“见面”,否则会发生爆炸,所以推进剂补加系统实际是由燃烧剂加注系统和氧化剂加注系统两套系统独立组成的,两套系统加注时序不同,采用物理隔离,每套系统中还有一组备份管路。

    “因为太空推进剂补加过程很复杂,分为29个步骤,每步都需要精细控制,整个补加过程要持续五天。”雷剑宇说。

    数据显示,将1公斤重的东西送入太空,要花费几十万美元,所以这个愿望不太现实。

    据新华社电连日来,围绕飞船的各种信息和解读纷至沓来,新华社记者采访飞船研制单位——中国航天科技集团五院的权威专家,梳理了一些有关天舟一号的“非常规”问题,以便大家更好地了解这个承担起我国空间物资输送使命的中国航天新锐。

    问题1:神舟系列载人飞船是于1999年首次发射成功的,至今已经发射了十一艘,天舟一号直到2017年才首飞,这是因为货运飞船研制难度更大吗?

    白明生(天舟一号货运飞船总设计师):神舟系列飞船与天舟系列飞船研发的先后顺序,是由我国载人航天工程“三步走”发展战略决定的。按照计划,天宫二号空间实验室任务结束后,我国将建造长期有人照料的空间站,这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,全新研制的载人航天器。

    问题2:天舟系列飞船可以运送航天员吗?

    徐小平(天舟一号货运飞船副总设计师):天舟系列飞船“只运货、不送人”,运送航天员是神舟系列飞船的任务。虽然天舟系列飞船个头更大、空间更多,但其舱段构型和舱内布局都是专门为输送物资设计的,更强调的是“大肚能容”,而不是神舟飞船的安全舒适,并不能用来运送人员。不过可以肯定的是,飞天的“行李”交由天舟来运,神舟飞船就能更加全神贯注地运送航天员了。

    问题3:天舟系列飞船能给航天员补充新鲜的蔬菜和水果吗?

    王为(天舟一号货运飞船主任设计师):没问题,这本来就是天舟系列飞船的职责所在。将来,天舟系列飞船给空间站输送物资时,地面人员会精心挑选一些新鲜果蔬,用抗菌防潮的专用货包包装好,在发射前通过整流罩操作口、货运飞船操作口装进飞船。一切顺利的话,快速交会对接技术可以让航天员们在飞船发射后六七个小时,就能品尝到来自祖国的新鲜美味。

    问题4:天舟系列飞船能够运送的最大货物尺寸是多少?

    贾东永(天舟一号货运飞船机械总体主任设计师):天舟系列飞船能够运送物资的最大重量超过6吨。如果从货物尺寸上来说,这次发射中采用的全封闭飞船,单件货物最大尺寸就会受到交会对接通道的限制。如果将来采用全开放飞船,运输二三十米长的大型舱外货物是没有任何难度的,再加上有些货物运输时可以折叠,最大尺寸到底能有多大,就看工程技术人员的想象力了。

    问题5:普通人将来能通过天舟飞船送快递吗?

    张健(天舟一号货运飞船系统总体副主任设计师):国外有统计数据显示,要将1公斤重的东西送入太空,大约要花费几十万美元。这个数据虽说听起来不够精确,却真实反映出航天事业离不开强大的经济支撑作后盾。换句话说,普通人如果想通过天舟飞船向空间站快递货物,仍然是不太现实的。

    俄罗斯“进步”货运飞船

    俄罗斯“进步”货运飞船是人类第一艘货运飞船,首艘飞船于1978年1月20日在拜科努尔航天中心发射。“进步”货运飞船为无人驾驶飞船,由仪器舱和货舱组成,货舱容积6.6立方米,可运送2.6吨各类货物。燃料舱带1吨燃料,可自行飞行4天。最新型“进步MS”系列飞船具有防护太空垃圾和微陨石的能力。“进步”货运飞船不可回收,一般在完成补给任务后,航天员会将空间站上产生的各种生活垃圾和     废物填入飞船,飞船随后离轨自行销毁。

    欧洲自动转移飞行器

    欧洲的货运飞船为自动转移飞行器,全长10米,最大直径为4.5米,重量约10吨,其运货能力可达7吨。2008年至2014年,自动转移飞行器共发射5次,今后将不再发射。目前,欧洲航天局正研制可运送货物返回地球的货运飞船,预计在2017年或2018年首飞。

    美国“龙”飞船

    “龙”飞船由美国太空探索公司研发,飞船带有热防护罩,可在返回地球时耐受极高温安全降落,实现回收并重复使用,这使得“龙”飞船成为第一种具备大量货物下行能力的货运飞船。“龙”飞船长5.9米,最大直径3.6米,自重4.2吨,其运送载荷最大质量6吨,返回载荷最大质量3吨。迄今,“龙”飞船为国际空间站执行11次货运任务,成功10次。

    日本HTV货运飞船

    日本的HTV货运飞船被命名为“鹳”,“鹳”在日本传说中是幸福之鸟。HTV货运飞船最大直径为4.4米,全长约10米,可运送5.7吨的货物与燃料,目前已发射6艘。HTV货运飞船不会自动与空间站对接,而是飞到空间站附近,由空间站的机械臂将其“抓捕”并停靠在空间站节点舱的靠泊口上。


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