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发货到签收仅8小时,天舟二号这样送“快递”

来源:科技日报2021-06-16 10:00

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  5月29日,天舟二号货运飞船在海南文昌发射场成功发射。8小时后,天舟二号与天和核心舱完成对接,“快递包裹”顺利抵达目的地。作为货运飞船的天舟二号此次挑起“太空快递员”的重任,主要任务是为空间站提供补给,给航天员日后在太空的生活与工作提供保障。

  遥遥天河,天舟二号如何将太空“包裹”安全送达?

  远不止带货这么简单

  根据计划,中国将于今年6月发射神舟十二号载人飞船,3名航天员届时将乘坐飞船前往天和核心舱,并在那工作、生活3个月。为了满足航天员日常生活所需,天舟二号提前出发,满载着货物奔向天和核心舱。

  天舟二号的神秘“包裹”里装了啥?首先是食物补给,太空餐桌上的美食“花样”不少,鱼香肉丝、宫保鸡丁等特色菜肴供应充足。航天员进行太空行走必备的舱外航天服,天舟二号也贴心送到。这些舱外航天服重量达100多公斤,共有6层,具有防辐射、防高低温、压力调整等作用,还具备生命保障系统。

  “包裹”里的货物,远不止航天员日常所需物品,天舟二号的使命也不仅限于此。

  “空间站在地球低轨道运行,会受到残存大气阻力的影响而逐渐降低轨道高度。所以,在空间站轨道降低到一定高度时,就必须提升它的轨道高度,这就需要加注燃料。此次天舟二号携带了3吨推进剂,它们将在空间站的轨道维持方面发挥重要作用。”全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩说。

  此外,空间站建成后,平台设施的搭建安装等所需材料都要基于货运飞船的运输。“货物卸载后,货运飞船也可以用作空间站的附加活动室,开展空间科学实验,有的国家航天员甚至在里面休息。”庞之浩说,可见在今后,货运飞船的用途将会越来越广。

  载荷比世界第一

  5月末发射货运飞船,6月份发射载人飞船,两次发射时间间隔非常之近,为什么货物和航天员要分开运送?两次发射任务合二为一,岂不是更加方便且节约成本吗?

  “实践证明,这种人货分开的运输方式,既能增加货物的运载量,又能降低成本,还很安全。”庞之浩说。

  早在上世纪70年代,苏联就开始建造空间站。但是,当空间站建成运行后,空间站的燃料及航天员的能量补给严重不足,苏联便尝试使用人货混装的载人飞船解决此问题。但这种载人飞船每次只能为空间站运送几百千克的货物,效率非常低下,成本也极高。无奈之下,航天专家尝试将“联盟号”载人飞船改造成“进步一号”货运飞船,直接向空间站运送货物,效果反而出人意料地好。

  从此,不少国家积极发展货运飞船,也正因为这些“专职”的货运飞船,空间站在轨长期载人航天的需求被大大满足,人类在太空驻留的时间才得以不断刷新。

  这次天舟二号严格控制平台自身重量,最大程度提高货物运输能力——发射重量13.5吨,运货能力则达到6.9吨,超过了飞船自重。“要知道,每次我国发射‘神舟’载人飞船满载3人时,只能携带约300千克货物。”庞之浩说。而此次天舟二号货运飞船以最小的结构重量达到最大的装货能力,载荷比达到了51%,这项重要指标位居世界第一。

  8小时就可安全运抵

  从地面“发货”到太空顺利“签收”,仅耗时约8小时,天舟二号凭借快速交会对接技术完成了这一壮举。

  采用标准模式交会对接,从货运飞船进入轨道,再到追上空间站完成对接,整个过程大概需要绕地球飞行30多圈,运行两天多的时间。而采用快速交会对接模式只需要绕地球运行4圈,大大减少了耗时。如此一来,载人飞船的快速救援、空间站的应急维修、资源的供给调动都会更加灵活、及时。掌握这项技术的目前只有俄罗斯和中国。

  为了实现快速交会对接,研制团队突破了诸多技术。原本,航天器远距离导引段需要地面干预,如今这项工作完全交由航天器的星上计算机自主运行。

  发射和对接过程中会产生强烈的震动和撞击,这将给运输物资中的精密仪器带来不小伤害。如何保护这些娇贵的精密仪器,让他们顺利完成太空任务?这就需要采用“软包装”来实现精密仪器的装载、运送。

  为此,研制团队创新性地提出了可控阻尼的控制思路。“这种包装与传统的硬连接不同,它包裹在泡沫或气囊袋里面,再一起固定在货架上,能为装载对象提供一个柔软、高阻尼的分布式系统支撑,从而起到良好的隔离减震效果。”庞之浩表示。

  据了解,我国将于今年9月、10月分别实施天舟三号和神舟十三号载人飞船任务。飞行乘组也将由3名航天员组成,在轨驻留6个月。届时,提前出发的天舟三号会做好保障工作,迎接航天员的到来。(实习生 季天宇 记者 张 晔)

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