“太空快递”已送达

百家 作者:澎湃新闻 2021-05-30 10:52:41 阅读:294

央视新闻客户端、人民日报客户端


据中国载人航天工程办公室消息,天舟二号货运飞船入轨后顺利完成入轨状态设置,于5月30日5时01分,采用自主快速交会对接模式精准对接于天和核心舱后向端口,整个过程历时约8小时。


天舟二号货运飞船与天和核心舱完成自主快速交会对接。


天舟二号携带了航天员生活物资、舱外航天服及空间站平台设备、应用载荷和推进剂等,与天和核心舱完成交会对接后,转入组合体飞行阶段,将按计划开展推进剂补加和空间应用项目设备测试等工作。


5月30日5时01分,天舟二号货运飞船和天和核心舱顺利实现快速交会对接。天舟二号货运飞船成为首个停靠空间站核心舱的航天器。


在轨时间最长的交会对接


作为首个与我国空间站进行对接的航天器,天舟二号携带了多人多天的生活物资,包括空气、食物和出舱航天服,以及大量推进剂和空间站实验设备,为空间站提供推进剂补加和轨道维持等服务,被形象地称为太空“快递小哥”。

天舟二号货运飞船由货物舱、推进舱两个舱段组成。中国航天科技集团八院承担了电源分系统、对接机构分系统、推进舱结构与总装、测控通信子系统、总体电路分系统推进舱电缆网等研制任务。

满载货物的天舟二号货运飞船,把物资和设备送进核心舱、实现推进剂补加,必须在船与舱之间建立起高可靠的刚性连接,这离不开八院805所抓总研制的对接机构分系统。

交会对接,是指两个航天器(飞船、空间实验室、空间站等)在空间轨道上会合、并在结构上连成一个整体的技术,是实现空间站、太空平台和空间运输系统的空间装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨道上服务的先决条件。

我国是世界上第三个独立掌握太空交会对接技术的国家,自2011年以来,共实施了10次空间交会对接,圆满实现了首次无人/载人交会对接,并验证了在轨补加技术,为空间站建设打下了坚实的基础。

但与以往任务不同,此次空间站对接的吨位大、对接后组合体飞行时间长,是迄今在轨时间最长的交会对接。为了适应天和核心舱22吨的对接目标、以及未来空间站180吨的对接任务,八院805所设计师对第一代对接机构进行了升级改进,创新性地提出可控阻尼的控制思路,用来缓冲大吨位航天器对接过程中产生的撞击能量。

经过544次仿真分析和317次地面试验后,设计师充分验证阻尼器的各项功能和性能指标,使原本8吨的对接能力提升到180吨,确保了大型航天器对接的可靠性和安全性。

与天舟一号相比,天舟二号的技术更进一步


与天舟一号时的快速交会对接相比,天舟二号的技术更进一步。

中国航天科技集团五院的科研人员为飞船增加了“全相位自主交会对接方案”。无论目标飞行器在入轨时和空间站的相对位置有1/4圈、半圈乃至整圈,天舟二号货运飞船都能以最快速度或者在规定时间点到达。天舟一号任务时,需要人工辅助把飞船送到距离天宫二号一定的位置,然后由飞船自主去对接。这次天舟二号增加了远距离自主导引,飞船能够利用北斗导航来实现远距离的全自主导航计算及制导与控制。也就是说,以后天舟飞船对空间站的造访过程中,人只负责监视,整个飞行和交会对接的过程是全自主的。

当然,当货运飞船需要手控交会对接的时候,坐在空间站内的航天员还能通过手控遥操作,驾驶货运飞船完成与空间站的交会对接或撤离。

为了精准对接,由中国航天科工集团二院25所研制,安装在天舟二号货运飞船上的微波雷达作为关键测量敏感器,能在交会对接过程中输出高精度测距、测速及测角信息,为空间站建设中的交会对接任务提供有力支撑。为了缓冲大吨位航天器对接过程中产生的撞击能量,中国航天科技集团八院研制出了对接机构分系统,创新性地研发了可控阻尼器,在船—舱间建立起高可靠的刚性连接,让天舟二号货运飞船的主动对接机构与核心舱的被动对接机构“温柔”地交会对接。

天舟二号货运飞船与天和核心舱交会对接模拟图。图片:中国航天科技集团五院

整个交会对接设计还体现了能源高效利用的宗旨。天舟二号货运飞船和天和核心舱各自有两套独立的能源系统,一旦对接后,两个航天器可以互相输送电能资源,实现组合体能源的高效利用。专家打比方说,这种“双向并网”技术,就好比两个手机,既可以单独充电,还可以互相充电。当阳光照射情况复杂时,如果单个航天器能量不足,另一个可以及时补充,实现能源最大化利用。

跟高大的空间站核心舱相比,天舟二号货运飞船的“身材”可谓是短小精悍。送上去的物资包括了160余件大大小小的货包以及2吨推进剂,占了整个货船重量的一半以上,载货比超过50%,属于国际领先水平。这里面有两件重要“宝贝”——两套航天员舱外服,每件重100多公斤,是航天员抵达核心舱后执行舱外任务的必备物资。此外,还有“太空按摩仪”和“太空冰箱”等有特色的物件随货船升空。

其中,中国航天科工集团所属航天三江红峰公司研制的“太空按摩仪”主要用于对航天员进行电脉冲刺激,协助航天员进行肌肉疲劳恢复和肌肉力量训练,防止长期飞行试验造成的肌肉萎缩。中国航天科工集团三院306所特制的隔热保温的“太空冰箱”,帮助保护货船里关键的医疗检测和保障物资。

在太空撑起了一把“遮阳伞


天舟二号货运飞船飞行模式复杂,与核心舱形成组合体在轨飞行期间,飞船尾部对着太阳的区域,可能会出现推进舱内的发动机温度环境过高的情况。为了减少太阳热流的影响,推进舱总装设计团队增加了特殊的遮光隔热装置,为正推发动机在太空撑起了一把“遮阳伞”。

据八院天舟货运飞船推进舱总装主任设计师李传吟介绍,研制团队为此做了大量的仿真分析,新增遮光板后,发动机喷管处温度大幅降低,可对发动机工作性能产生有效保护,从而为空间站组合体的在轨飞行控制提供有力支撑。

当核心舱与货运飞船成功对接后,在组合体的飞行模式下,为确保各舱段及货运飞船自身的发电能力,核心舱与货运飞船将实现并网供电。核心舱可为货运飞船提供最高2000瓦的供电;同时,货运飞船也能为核心舱提供1000瓦左右的供电,以应对空间站可能出现的特殊情况。

为了接受来自核心舱2000瓦的电力“馈赠”,货运飞船还需经历“高压并网”的适应过程。同时,还可通过分流调节器,将太阳电池翼多余的电进行分流,实现电源分系统的智能化管理。此外,根据锂离子蓄电池在轨寿命周期,研制人员设置了7种充电控制方式,确保飞船的供电万无一失。

让航天员在天地间高速通信


在八院电子所研制团队的攻关下,天舟二号货运飞船的以太网通信功能也进行了全面升级,增加了空间站天地互联网数据代传功能和天地互联网组播分发功能,在不增加通道带宽的情况下,使地面、空间站能同时收发视频、音频数据。

据八院电子所设计师邓松峰介绍,正是有了这台功能升级的“通信神器”,未来航天员在空间站里的生活将不再枯燥,航天员可以视频通话,也可以即时接入移动终端,还可以上网冲浪、听音乐、看视频,天地间的距离将不再遥远。



本期资深编辑 邢潭

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