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天舟首飛成功 “太空加油”突破國外技術封鎖
送交者: 丹绯衣 2017年04月20日18:55:11 于 [天下论坛] 发送悄悄话

  大公網420日訊(記者劉凝哲)4201941分,搭載天舟一號貨唢w船的長征七號遙二咻d火箭,在我國文昌航太發射場點火發射,約596秒後,飛船與火箭成功分離,進入預定軌道,發射取得圓滿成功。

  天舟一號是中國首艘貨唢w船,也是中國迄今為止送入太空最重的航天器。作為中國載人航太工程第二步空間實驗室階段的收官之戰,天舟一號將向天宮二號空間實驗室咚6噸左右的貨物,並進行難度極高的“太空加油”,為中國載人空間站建設清除最後的技術障礙。不僅如此,從天基測控到快速、繞飛交會對接,以及實施主動離軌受控隕落,天舟一號任務還將創造中國載人航太工程的多個紀錄。

 

  420日傍晚,海南文昌,搭載天舟一號飛船的長征七號咻d火箭發射前。中新網

  天舟一號總長10.6米,採用貨物艙和推進艙兩艙結構組成,艙體最大直徑3.35米,整船最大裝載狀態下重量達13.5噸,是中國目前體積最大、重量最重的載人航天器。依照計畫,天舟一號主要任務目標包括,驗證“太空加油”技術,全面考核貨唢w船的功能和性能,開展貨唢w船控制組合體、繞飛至前向交會對接、快速交會對接等試驗,以及開展空間應用及技術試驗。

  驗證推進劑在軌補加技術,也就是俗稱的“太空加油”,是天舟一號任務的最重要目標。“太空加油”的過程,是在天舟一號與天宮二號對接之後,通過兩個航天器之間產生的氣體壓力,把推進劑從天舟一號上輸送到天宮二號上。說起來簡單,但實際操作的難度卻很高,要保證航天器準確對接,又要滿足密封要求。

 

  17日,長征七號遙二咻d火箭與天舟一號貨唢w船組合體轉咧涟l射區。資料圖

  在天舟一號之前,掌握“太空加油”技術的國家只有俄羅斯和美國,且僅有俄羅斯曾實現過在軌應用。10年前,曾有航太強國的專家放言,中國搞不出太空加油。來自中國航太科技集團6801所一支平均年齡32歲的科研隊伍,卻用事實證明著中國航太的實力。

  天舟一號被稱為中國的太空“快遞小哥”,高效快速、使命必達是其特點。天舟一號的體量與和天宮二號空間實驗室基本相當,但可咚拖喈旍蹲陨碇亓康挠6噸貨物,載荷能力接近天宮二號的2倍,高於俄羅斯研製的進步號M型和美國的天鵝座飛船擴展型。其載貨能力同樣高於日本和歐洲的貨唢w船,快遞貨物可謂經濟實惠。

 

  天舟一號前端為貨物艙,後端為推進艙。資料圖

  太空快遞,“快”字當頭,在天舟一號之前,中國的空間交會對接大約需要耗時2天左右,但天舟一號將交會對接的時間控制在幾個小時內。快速交會對接的實現,有利於提高飛行器在軌飛行的可靠性,減少交會對接過程中包括軌道控制等在內的產生的資源消耗,同時,更大程度上地保障飛行器,方便空間站突發事件應急處理。

  與此前的神舟系列載人飛船不同,天舟一號在飛行任務結束後,經由地面實施主動離軌,通過兩次降軌控制,受控地墜落於南太平洋指定區域。據介紹,較之一般衛星在使命完成後,在大氣層燒毀的結束方式,天舟一號首次採用主動離軌方式,並能受控地落到預定區域。這既避免自身成為太空垃圾、避開離軌過程中的不可控因素,又能為打造潔淨、安全的太空環境作出貢獻。

  值得一提的是,為提前驗證中國載人空間站中所用的關鍵元器件,天舟一號首次使用了七大類國產新研核心元器件,這將未來空間站建設的關鍵命脈牢牢握在中國自己手中。此外,天舟一號貨唢w船還首次採用天基測控體制為主的設計原則,將原來在地面或海上的測量系統""到天上,這實現了對航天器在軌飛行關鍵事件的全程跟蹤。

 

  417日,長征七號遙二咻d火箭與天舟一號貨唢w船組合體在垂直轉咧小4蠊W製圖

  天舟系列邁出中國載人航天器譜型化第一步

  宇航通用產品型譜化,是世界各個航太強國一直在探索研究的問題。俄羅斯聯盟號系列飛船作為世界上最早並且至今仍在有效郀I的載人飛船,是載人飛船型譜化應用的成功典範。中國連續升空的十一艘載人航太神舟系列飛船,雖然取得十一捷的戰績,但不能稱之為型譜化。天舟一號則以三種型譜的設計,邁出中國載人航天器型譜化的第一步。

  航太專家表示,所謂航天器的型譜化,並不是將已有的不同規格的同類產品簡單羅列、組合,或者不斷改進現有產品的特性、功能,而是以最少數目的不同規格產品為標誌的、能滿足較長時期及一定範圍內全部使用要求的產品系列。比如,201611月升空的中國新一代大推力咻d火箭長征五號,就為中國咻d火箭的系列化、型譜化發展奠定了基礎。

  天舟系列貨唢w船是中國載人空間站的重要組成部分,主要任務是為空間站補加推進劑和咻斬浳铮瑏K將空間站廢棄物帶回大氣層燒毀。針對咻數呢浳锏牟煌愋秃托枨螅熘巯盗胸涍飛船設計了“全密封”、“半開放”、“全開放”三種型譜。

  天舟一號是貨唢w船的首發型號,採用全密封型譜,其主要用於咻斕杖讼钠贰⒚芊馀搩仍O備與試驗載荷。半密封貨唢w船除了可以咻斆芊馀搩蓉浳锿猓可以滿足包括太陽電池翼等艙外物資的咻斝枨蟆H_放貨唢w船主要用於大型艙外貨物的咻敗

  據介紹,天舟系列貨唢w船按照模組化思路搭建平臺型譜,設計有推進艙模組、密封貨物艙模組、半密封半開放貨物艙模組和全開放貨物艙模組。其中,推進艙模組公用,貨物艙模組則根據任務要求選擇,構成“全密封”、“半開放”和“全開放”貨唢w船。這種類似於"搭積木"的方式,降低了研製成本,縮短了週期,可以通過有限的飛行試驗快速提高平臺可靠性。

  長七火箭二度征空  多項更改保天舟

  咚吞熘垡惶柹盏拈L征七號火箭,是繼20166月首飛成功後的第二次飛行。據介紹,為實現天舟一號與天宮二號的交會對接和“太空加油”,長七火箭必須實現"零窗口"發射。與首發火箭相比,咚吞熘垡惶柹盏拈L七遙二火箭技術狀態變化更改涉及發射場操作和使用維護的占30%,這極大提升了火箭在發射場的操作方便性和安全性。

  長征七號咻d火箭總長53.1米,芯級直徑3.35米,捆綁42.25米助推器,起飛重量597噸,咻d能力將達到近地軌道13.5噸、太陽同步軌道5.5噸,為滿足載人空間站工程,發射貨唢w船的需求而研製的新一代高可靠、高安全的中型液體咻d火箭,採用"兩級半"構型,達到國外同類火箭先進水準。

  與首發火箭相比,用於發射天舟一號的長七遙二火箭的操作方便性和安全性大幅提升,涉及整流罩、蓄壓器、芯級工作蓋板等多個方面。同時,針對文昌發射場為瀕海發射場,具有高溫、高濕和高鹽霧等特點,長七火箭通過在箭上部段對接面處設計"F"形小支架支撐,有效解決了冷凝水結冰的問題,並為整流罩保溫衣,以小設計解決了大問題。

  長征七號火箭是中國新一代高可靠高安全的中型咻d火箭,將成為中國未來航太發射任務的"主力軍"。據介紹,預計到2021年左右,長征七號將逐步替代現有的長征二號、長征三號、長征四號系列火箭,承擔中國80%左右的航太發射任務。

  【國際比較】貨唢w船服務太空近40年 中國天舟具後發優勢

  從世界第一艘貨唢w船進步一號於19781月在蘇聯拜科努爾航太中心升空,貨唢w船已為人類在太空的長期駐留服務近40年。為滿足載人空間站建設,特別是太空人在空間站的長期駐留,中國從2011年開始研製天舟系列貨唢w船。天舟飛船能夠咚6噸貨物,實現“太空加油”,並能獨立自主飛行3個月。航太專家表示,與其他國家的貨唢w船相比,天舟飛船的功能更加全面,性價比更高。

  上世紀70年代,前蘇聯的進步一號貨唢w船與禮炮6號空間站對接,為太空人送去了1.3噸食物、給養、零件備份和科學儀器,還為空間站帶去了1噸重的推進劑和氧氣,這令人類在太空長期駐留成為可能。進步號服役至今,仍在為國際空間站提供著貨叻⻊铡

  與進步號同時為國際空間站提供貨叻⻊盏模有歐空局的自動轉唢w行器ATV和日本研製的HTV。歐洲的ATV重量超過20噸,可以為空間站咻敿s8噸的貨物,加壓貨艙擁有48立方米的巨大容積,重量和貨吡吭谝延械暮驼谘醒u的貨唢w船中都是最大的。

  日本的HTV的空載重量約10.5噸,可以將6噸重的貨物送往國際空間站。與ATV不同,HTV不會與空間站交會對接,而是飛到空間站附近,由空間站的機械臂將其"抓捕"並停靠在國際空間站和諧號節點艙的靠泊口上。

  商業飛船是近期世界航太界關注的焦點。美國SpaceX公司研製的龍飛船,以及天鵝座貨唢w船,都曾為國際空間站執行過貨呷蝿铡

  據報導,中國自主研發首艘貨唢w船天舟一號起飛重量約13噸,物資上行能力約6噸,推進劑補加能力約為2噸,具備獨立飛行3個月的能力。專家表示,天舟貨唢w船充分繼承了過去天宮一號、二號空間實驗室和神舟飛船積累的技術基礎,與進步號和ATV類似,具有“太空加油”的能力。此外,天舟貨唢w船不但是中國未來空間站的補給飛船,由於它具備較長時間的獨立自主飛行能力,因此還可以作為空間科學試驗的平臺。

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