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中国又厉害了!刚刚,第一艘货运飞船天舟一号发射成功!

发布时间:2017-04-20 19:53 来源:中青在线 

  终于,外太空迎来了来自中国的货运飞船:天舟一号。

  伴随着一阵剧烈的轰鸣,长征七号运载火箭从文昌航天发射场,托举我国第一艘货运飞船天舟一号直刺苍穹,飞向茫茫太空。

  这一天是4月20日,农历谷雨,春季最后一个节气,老话说这一天后,大地气温将迅速回升,农作物迎来生长旺季。

  南海之滨,古邑文昌,发射场内火箭飞向天际的冲力,也正加快中国航天迈向“空间站时代”的脚步。

  “各号注意,1小时准备!”18时41分许,文昌航天发射场上空,传来任务01指挥员王光义清脆沉着的口令。

  发射程序进入临射倒计时。

  这是一个熟悉的声音——去年6月25日,我国自主研制的新一代运载火箭长征七号,在这里成功首飞,点火发射口令就由王光义下达。

  如今,这个声音将创造新的历史——天舟一号飞行任务实施,是中国载人航天工程空间实验室任务的收官之战,一旦实现太空货物补给和燃料补加,就意味着中国航天器将在太空上飞得更久。

  夜幕渐渐笼罩,灯火渐渐通明。

  30度、90度、180度……通天塔双臂在夜幕下缓缓张开,长征七号运载火箭与天舟一号货运飞船组合体落落大方露出真容——

  修长的箭体上,“中国航天”四个蓝色大字格外醒目,火箭顶部,雾气蒸腾中的五星红旗依稀可见。

  15分钟、10分钟、5分钟……发射时间越来越近。

  72岁的龙楼镇居民薛贵绪站在自家3层小洋楼里,屏住呼吸盯着远方依稀可见的发射场。他望向老家星光村的方向说:“要知道,卫星发射场可是建在我家的老房子宅基地上的。”

  这种速度让他感觉到不可思议:远处发射场里的幢幢科研试验楼,仿佛像一夜间拔地而起。如今,天舟一号要从这里启航,踏上拥抱天宫二号的征程。

  “1分钟准备!”

  紧抱火箭的摆杆迅速摆开,发射塔架上与火箭相连的各系统设备瞬间脱落,发射进入读秒程序。发射场气氛骤然紧张起来。

  “5、4、3、2、1,点火!”

  19时41分,大地震动,烈焰飞腾,托举天舟一号的长征七号运载火箭缓缓起飞,逐渐加速……

  发射场沸腾了!

  此时,火箭尾焰灼烧空气发出巨大的轰鸣声,现场不少人捂上了耳朵,但也掩饰不住兴奋,欢笑声、快门声、赞叹声此起彼伏。

  天舟一号和天宫二号对接演示动画

  “‘零窗口’发射!”有人脱口赞叹。数月来,发射场参试人员谈论最多的,就是“零窗口”。

  “零窗口”发射是指将火箭在一定长度的发射窗口时间内,在紧贴窗口上沿的最优时间发射。根据测算,今天,天舟一号的发射窗口只有1分钟!

  助推器分离、一二级分离、抛整流罩……巨幅显示屏上,火箭飞行的实时仿真动画,准确地显示着火箭的飞行状态。

  “船箭分离!”,天舟一号货运飞船发射任务取得圆满成功!

  天舟一号“天空加油”演示动画

  这一夜,航天人书写了新的里程碑。

  此刻,离开长征七号火箭的陪伴,天舟一号货运飞船正独自向太空进发。对她来说,她的“长征”才刚刚开启。

  揭秘天舟一号:何以成我国第一艘货运飞船

  随着4月20日文昌航天发射场的一声巨响,天舟一号,这个隐匿了6年的我国第一艘货运飞船,终于露出了庐山真面目。

  作为我国载人空间站工程的重要组成部分,货运飞船顾名思义要承担为空间站运输货物和“加油”的重担,并负责将未来空间站里的废弃物带回大气层烧毁。

  航天科技集团五院天舟一号总设计师白明生说,从2011年项目立项,到如今一飞冲天,过去整整6年时间,天舟一号 “隐姓埋名”苦练内功,经历了上千小时测试验证,以及上百次大型试验考核。小编采访有关专家,试着揭开天舟一号的神秘面纱。

  “快递小哥”:

  载货比优于国际现役货运飞船

  天舟一号“只运货、不送人”,因此被一些媒体形象地称为“快递小哥”。

  “快递小哥”身高10.6米,体宽3.35米,体量与和天宫一号目标飞行器、天宫二号空间实验室相当,但肚大能容,运送相当于自身重量的6顿多货物不在话下,上行载货比优于国际现役货运飞船,快递货物经济实惠。

  这也是我国建造货运飞船的目的所在。按照白明生的说法,未来,我们要建造长期有人照料的空间站,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而全新研制的载人航天器。

  天舟一号是两舱结构,由货物舱和推进舱组成,白明生说,这可以最大限度地满足它货物装载以及提供能源、控制动力等的需求。

  值得一提的是,天舟一号之所以能运那么多的货物,一个“简约而不简单”的货架功不可没。这个货架的专业术语是“高效承载货架设计”。

  表面上看,这个货架和普通的书架类似,但根据航天科技集团五院专家的说法,其细节和构型都是经过多轮分析讨论的结果,货架采用一种基于蜂窝板、碳纤维立梁的梁板结构,还精心设计了一种大承载轻量化预埋结构,经过测试,三个这种结构就可以承载一台豪华轿车。

  航天科技集团五院载人航天总体部研究室主任黄震也提到,天舟一号要运送的物资中,不乏一些精密的仪器设备和宇航员用品,发射段受力又大,生怕磕碰,因此只用高强度的货架是行不通的。

  对于敏感的电子器件、机械硬件系统以及其它生活物资,科研人员通常采用“软包装”或类似方法来实现装载、运送。这种“软包装”与传统的硬连接不同,先将货物包裹在泡沫或气囊袋里,再一起固定在货架上,而非与运载工具的内部货架结构直接相连接。

  这并不容易,说白了,货包设计,过硬不行,容易对货架进行磕碰,过软也不行,不能有效保护货物。黄震说,由于“软包装”为装载对象提供了一个柔软的、分布式系统的支撑,可以为货物的上行运输提供了更好的适应性和合理的货包绑扎方式。

  太空加油:

  首次在轨实施飞行器间推进剂补加

  就像汽车需要加油,未来空间站长期在轨也需要“加油”,这项任务就由“天舟”系列货运飞船来完成。

  航天科技集团五院载人航天总体部研究室主任黄震说,在天舟一号之前,掌握了在轨推进剂补加技术的国家只有俄罗斯和美国,其中,实现在轨加注应用的只有俄罗斯。欧空局、加拿大、日本等也在此方面进行着积极的研究探索,国际上在该领域的比拼从未停歇。

  黄震说,在天舟一号飞行任务中,天舟一号将与目前正在轨飞行的我国首个空间实验室——天宫二号将实施我国首次推进剂在轨补加,并计划开展多次推进剂补加试验,突破和掌握推进剂补加技术,为我国空间站组装建造和长期运营,扫清在能源供给问题上最后的障碍。

  一个看似无关的对接机构,将在这个过程中扮演重要角色。航天科技集团八院空间实验室系统、载人飞船系统副总设计师张崇峰说,对接机构并不直接参与空间推进剂补加任务,但是它为补加任务提供了平台和初始条件。

  张崇峰说,在轨推进剂补加,主要通过安装在对接机构上的4路推进剂补加液路浮动断接器来实现。这就相当于“加油的管路”和“油枪”都安装在了对接机构产品上。

  按照他的说法,“油枪”能不能准确无误地插入加“油口”,那就得看对接的初始精度了。张崇峰说,天舟一号要顺利地把推进剂供给天宫二号,两个对接机构必须对接得严丝合缝——这对空间交会对接的精度提出非常高的要求。

  快速对接:

  首次开展全自主快速交会对接试验

  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,天舟一号将开展自主快速交会对接试验,将交会对接的时间控制在6.5个小时。

  一个形象的比喻是,天舟一号跨出了从“普通列车”迈向“高铁”的一大步,能做到更快、更舒适、更稳妥地运输货物。

  黄震告诉小编,快速交会对接的实现,有利于提高飞行器在轨飞行的可靠性,减少交会对接过程中包括轨道控制等在内的产生的资源消耗,同时,更大程度上地保障飞行器,主要是未来空间站的安全,方便空间站突发事件应急处理。

  6年前,神舟八号和天宫一号完成了我国航天器的首次太空交会对接;6年后,我国第一艘货运飞船天舟一号,要与天宫二号空间实验室的交会对接,将再次吸引全世界的目光。

  张崇峰说,如果把神舟八号载人飞船对接机构称为第一代对接机构,那么,天舟一号货运飞船对接机构可称为第二代产品,这是第二代产品的首飞。

  两代产品的背后,是航天器吨位的差异。

  神舟飞船和天宫飞行器都是8吨级的航天器,两者必须沿着质心轴线运动。捕获、校正后,两者要处于无偏心的位置,才能顺利实现交会对接。

  张崇峰说,8吨级航天器的交会对接,已经是高难度动作了,但与空间站建设中所要涉及的交会对接相比,仍然是“轻量级”的。这就要求对接机构不断升级。新的对接机构,必须保证未来空间站建造阶段8-180吨航天器实现各种方式的对接。

  更大型航天器的交会对接将会产生巨大的对接能量,对于对接机构的缓冲耗能能力提出了很高的要求。张崇峰说,这也是空间站建设必须突破的一项技术。

  “牺牲”也不同:

  首次实施主动离轨受控陨落

  值得一提的是,天舟一号将在飞行任务结束后,经由地面飞控工作人员决策,将实施主动离轨,通过两次降轨控制,受控地坠落于南太平洋指定区域。

  这也是中国航天器的第一次——实施主动离轨受控陨落。

  形象点说,一般的航天器是“灯熄人亡”,在完成使命后,随着推进剂的消耗殆尽,也宣告着其寿命的尽头来了。

  天舟一号却是“主动牺牲”,带着可能还未殆尽的能量,主动选择离开轨道,准备“就义”。

  “牺牲”的地点也不同。一般的卫星是缓慢降轨,最终在大气层烧毁,有的不免就沦为了太空垃圾。

  天舟一号则可以落到南太平洋的指定区域,既避免离轨过程中的不可控因素,也将为打造洁净、安全的太空环境做出自己的贡献。

  漫画解析“天舟一号”

  · 1 ·

  添粥一号?天舟一号!

  · 2 ·

  靠个大肚皮,打通中国空间站最后一公里

  · 3 ·

  我是太空快递员,我骄(读“嚼 ”)傲

  · 4 ·

  其实“太空加油”才是俺的最大使命?

  · 5 ·

  为啥是第一?就是说再见也不走寻常路

  发射一艘货运飞船对中国究竟意味着什么?

  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 张文军 王玉磊 刘远航 蔡宁宁

  图片/中国空间技术研究院

  视频素材/中国空间技术研究院

  漫画/@地草莓 (个人公号:怪兽舰队)

  编辑/张力友

  中国青年报·中青在线出品

【责任编辑:姜继葆】
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