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发射一艘货运飞船对中国究竟意味着什么?

发布时间:2017-04-20 14:35 来源:中青在线 作者:来点科学

  相比于人们所熟悉的“神舟”载人飞船、“天宫”空间实验室,“天舟”的到访某种程度上带着一些神秘色彩,它不载人,只运货,也因此成为我国第一艘货运飞船。在我国成功发射了11艘载人飞船,并将11名航天员安全送入太空之后,航天人才将这艘“运货”的飞船推上太空舞台。

  尽管亮相时间最晚,意义却不可小觑,天舟一号飞行任务被称作空间实验室飞行任务的收官之战。一旦任务成功,中国载人航天工程就全面走完“第二步”,接下来就是第三步,即中国空间站的建设。这也是为何说天舟一号任务之后,我国将迈进“空间站时代”。

  天舟一号货运飞船即将飞往太空,与天宫二号空间实验室进行交会对接,开展推进剂在轨补加、空间科学和技术等试验验证。这些对中国人意味着什么,对中国空间站的建设又意味着什么呢?

  从外形上看,天舟一号和天宫二号并无太大区别,对门外汉来说,似乎都是两个舱体加两个“翅膀”——太阳能帆板。但细究起来,区别却不少,比如体格上,天舟一号就要“大”很多,这艘由航天科技集团五院负责抓总研制的货运飞船,是我国目前为止体积最大、重量最重的航天器——如此才能运送更多的货物。

  在航天科技集团五院天舟一号总设计师白明生看来,要搞清楚天舟一号在我国载人航天工程中的位置,还要从我国的载人空间站计划说起。

  上世纪90年代初期,我国正式启动载人航天工程,并确立“三步走”发展战略。第一步可以称作载人飞船阶段,主要任务是研制载人飞船,将航天员送到太空,开展空间应用实验并返回。在此期间,2003年神舟五号飞船完成首次载人飞行任务;2005年神舟六号飞船完成多人多天飞行试验任务。至此,中国载人航天工程实现了第一步战略任务目标。

  接下来是第二步——空间实验室阶段。这一阶段掌握了交会对接技术,成功对航天员中期驻留太空进行了验证。现在,第二步还剩下最后一项任务,就是天舟一号的飞行任务。

  要建造长期有人照料的载人空间站,“人(航天员)”和“空间站”是两项最基本也是最重要的因素。空间站要运行,航天员要工作、生活,空间站运转所需的燃料即推进剂,以及人员相应的工作、生活物资必不可少,这就需要有一个专门的运输工具,负责运输货物补给并为空间站“加油”——这个重要使命就由货运飞船担当。

  从我国载人航天工程起步到现在,已经有了人员往返天地的工具,即载人飞船;能够实现航天器间的交会对接;能够保证航天员在太空工作一段时间,即一个月左右;甚至可以完成人员出舱活动——所有这些都是 第三步建设空间站的基础。

  第一步、第二步是准备,目前准备工作即将完成。一旦天舟一号完成任务,便意味着我国具备了向在轨运行航天器补给物资、补加推进剂的能力,这一能力是确保未来我国空间站在轨长期载人飞行的前提

  首先是“补给物资”。根据白明生的介绍,目前的神舟飞船,一次除运送航天员外,还能携带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、氧气和备份材料——这就需要更大的货运飞船,一次性把几吨重的货物送上去——天舟一号一次能将不少于6吨的货物带上天。

  其次是“补加推进剂”。事实上,天舟一号货运飞船最大的亮点,正是与天宫二号空间实验室交会对接后,完成太空在轨推进剂补给,即我们通俗称谓的“太空加油”,开展推进剂在轨补加技术验证,为我国后续大型空间站建设奠定基础。

  这是国际公认的载人航天技术难题,航天科技集团五院天舟一号副总设计师徐小平告诉记者,目前仅有俄罗斯和美国有过类似的工程应用,国际空间站的这部分功能主要由俄罗斯完成。

  徐小平说,“太空加油”和我们平时在陆地上加油并不一样,天舟一号与天宫二号对接之后,通过两个航天器之间产生的气体压力,把推进剂从天舟一号上源源不断输送到天宫二号上,虽然看起来和地面加油差不多,但要真正实现起来,却并不容易。

  一方面要保证两个飞行器能准确的对接,另一方面,又要满足密封的要求,不让推进剂泄漏。为此,科研人员研制出“可浮动”的浮动断接器,对接时允许一定的偏差,以保证更好的对接,之后再“锁死”进行“加油”。徐小平说,由于这些技术在地面没有办法模拟实现,所以必须要在太空环境中实际操作,才能够检验技术的可靠性,而这也赋予了天舟一号更艰巨的任务。

  此外,天舟一号将与天宫二号将进行的三次交会对接,也是为未来的空间站建设做准备——第一次交会对接后将测试货运飞船对组合体的控制能力,第二次交会对接是从不同接口方向进行对接。

  航天科技集团五院载人航天总体部研究室主任黄震介绍,未来空间站包括核心舱和两个实验舱,与货运飞船形成组合体后由货运飞船提供主动力,其目的主要在于尽量减少空间站动力、能源等消耗,延长空间站寿命;核心舱前后方向与垂直下方分别设有对接口,未来去往空间站执行任务的载人飞船或货运飞船很可能从不同方向进行交会对接。

  因此,第一次、第二次交会对接检验的,都是未来空间站运营所必须的能力。

  更具看点的是,在最后一次交会对接中,天舟一号将采用自主快速交会对接技术。在天舟一号之前,我国掌握的交会对接技术需要耗时两天左右时间,快速交会对接将时间控制在6个小时左右。

  掌握该项技术,有利于提高飞行器在轨飞行的可靠性,提高航天员舒适性,进一步减轻地面跟踪、测控工作的强度和难度。另外,对于未来空间站来说,一旦遇到突发事件可以快速处理,提高了应急能力,为未来空间站提供了安全保障。

  中国载人空间站建设初期将建造三个舱段,包括核心舱、实验舱I、实验舱II,每个规模20多吨,基本构型为T字形,核心舱居中,实验舱分别连接两侧,预计2022年前后建成。

  如今,随着空间实验室任务接近尾声,我国未来空间站的实景也越来越清晰地展现在人们面前。

  文字:邱晨辉 王公为

  图片来源:中国空间技术研究院 部分图片来源于网络

  微信编辑:蔡宁宁

  监制:刘健 堵力

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【责任编辑:赵悦】
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