科技日?qǐng)?bào)記者?張 曄?實(shí)習(xí)生?季天宇?
5月29日,天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船在海南文昌發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射。8小時(shí)后,天舟二號(hào)與天和核心艙完成對(duì)接,“快遞包裹”順利抵達(dá)目的地。作為貨運(yùn)飛船的天舟二號(hào)此次挑起“太空快遞員”的重任,主要任務(wù)是為空間站提供補(bǔ)給,給航天員日后在太空的生活與工作提供保障。
遙遙天河,天舟二號(hào)如何將太空“包裹”安全送達(dá)?
遠(yuǎn)不止帶貨這么簡(jiǎn)單
根據(jù)計(jì)劃,中國(guó)將于今年6月發(fā)射神舟十二號(hào)載人飛船,3名航天員屆時(shí)將乘坐飛船前往天和核心艙,并在那工作、生活3個(gè)月。為了滿足航天員日常生活所需,天舟二號(hào)提前出發(fā),滿載著貨物奔向天和核心艙。
天舟二號(hào)的神秘“包裹”里裝了啥?首先是食物補(bǔ)給,太空餐桌上的美食“花樣”不少,魚(yú)香肉絲、宮保雞丁等特色菜肴供應(yīng)充足。航天員進(jìn)行太空行走必備的艙外航天服,天舟二號(hào)也貼心送到。這些艙外航天服重量達(dá)100多公斤,共有6層,具有防輻射、防高低溫、壓力調(diào)整等作用,還具備生命保障系統(tǒng)。
“包裹”里的貨物,遠(yuǎn)不止航天員日常所需物品,天舟二號(hào)的使命也不僅限于此。
“空間站在地球低軌道運(yùn)行,會(huì)受到殘存大氣阻力的影響而逐漸降低軌道高度。所以,在空間站軌道降低到一定高度時(shí),就必須提升它的軌道高度,這就需要加注燃料。此次天舟二號(hào)攜帶了3噸推進(jìn)劑,它們將在空間站的軌道維持方面發(fā)揮重要作用?!比珖?guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專(zhuān)家龐之浩說(shuō)。
此外,空間站建成后,平臺(tái)設(shè)施的搭建安裝等所需材料都要基于貨運(yùn)飛船的運(yùn)輸。“貨物卸載后,貨運(yùn)飛船也可以用作空間站的附加活動(dòng)室,開(kāi)展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn),有的國(guó)家航天員甚至在里面休息?!饼嬛普f(shuō),可見(jiàn)在今后,貨運(yùn)飛船的用途將會(huì)越來(lái)越廣。
載荷比世界第一
5月末發(fā)射貨運(yùn)飛船,6月份發(fā)射載人飛船,兩次發(fā)射時(shí)間間隔非常之近,為什么貨物和航天員要分開(kāi)運(yùn)送??jī)纱伟l(fā)射任務(wù)合二為一,豈不是更加方便且節(jié)約成本嗎?
“實(shí)踐證明,這種人貨分開(kāi)的運(yùn)輸方式,既能增加貨物的運(yùn)載量,又能降低成本,還很安全。”龐之浩說(shuō)。
早在上世紀(jì)70年代,蘇聯(lián)就開(kāi)始建造空間站。但是,當(dāng)空間站建成運(yùn)行后,空間站的燃料及航天員的能量補(bǔ)給嚴(yán)重不足,蘇聯(lián)便嘗試使用人貨混裝的載人飛船解決此問(wèn)題。但這種載人飛船每次只能為空間站運(yùn)送幾百千克的貨物,效率非常低下,成本也極高。無(wú)奈之下,航天專(zhuān)家嘗試將“聯(lián)盟號(hào)”載人飛船改造成“進(jìn)步一號(hào)”貨運(yùn)飛船,直接向空間站運(yùn)送貨物,效果反而出人意料地好。
從此,不少?lài)?guó)家積極發(fā)展貨運(yùn)飛船,也正因?yàn)檫@些“專(zhuān)職”的貨運(yùn)飛船,空間站在軌長(zhǎng)期載人航天的需求被大大滿足,人類(lèi)在太空駐留的時(shí)間才得以不斷刷新。
這次天舟二號(hào)嚴(yán)格控制平臺(tái)自身重量,最大程度提高貨物運(yùn)輸能力——發(fā)射重量13.5噸,運(yùn)貨能力則達(dá)到6.9噸,超過(guò)了飛船自重。“要知道,每次我國(guó)發(fā)射‘神舟’載人飛船滿載3人時(shí),只能攜帶約300千克貨物?!饼嬛普f(shuō)。而此次天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船以最小的結(jié)構(gòu)重量達(dá)到最大的裝貨能力,載荷比達(dá)到了51%,這項(xiàng)重要指標(biāo)位居世界第一。
8小時(shí)就可安全運(yùn)抵
從地面“發(fā)貨”到太空順利“簽收”,僅耗時(shí)約8小時(shí),天舟二號(hào)憑借快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)完成了這一壯舉。
采用標(biāo)準(zhǔn)模式交會(huì)對(duì)接,從貨運(yùn)飛船進(jìn)入軌道,再到追上空間站完成對(duì)接,整個(gè)過(guò)程大概需要繞地球飛行30多圈,運(yùn)行兩天多的時(shí)間。而采用快速交會(huì)對(duì)接模式只需要繞地球運(yùn)行4圈,大大減少了耗時(shí)。如此一來(lái),載人飛船的快速救援、空間站的應(yīng)急維修、資源的供給調(diào)動(dòng)都會(huì)更加靈活、及時(shí)。掌握這項(xiàng)技術(shù)的目前只有俄羅斯和中國(guó)。
為了實(shí)現(xiàn)快速交會(huì)對(duì)接,研制團(tuán)隊(duì)突破了諸多技術(shù)。原本,航天器遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段需要地面干預(yù),如今這項(xiàng)工作完全交由航天器的星上計(jì)算機(jī)自主運(yùn)行。
發(fā)射和對(duì)接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)和撞擊,這將給運(yùn)輸物資中的精密儀器帶來(lái)不小傷害。如何保護(hù)這些嬌貴的精密儀器,讓他們順利完成太空任務(wù)?這就需要采用“軟包裝”來(lái)實(shí)現(xiàn)精密儀器的裝載、運(yùn)送。
為此,研制團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了可控阻尼的控制思路?!斑@種包裝與傳統(tǒng)的硬連接不同,它包裹在泡沫或氣囊袋里面,再一起固定在貨架上,能為裝載對(duì)象提供一個(gè)柔軟、高阻尼的分布式系統(tǒng)支撐,從而起到良好的隔離減震效果。”龐之浩表示。
據(jù)了解,我國(guó)將于今年9月、10月分別實(shí)施天舟三號(hào)和神舟十三號(hào)載人飛船任務(wù)。飛行乘組也將由3名航天員組成,在軌駐留6個(gè)月。屆時(shí),提前出發(fā)的天舟三號(hào)會(huì)做好保障工作,迎接航天員的到來(lái)。
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