中国空间站天和核心舱迎来第一位“访客”。5月29日20时55分,天舟二号货运飞船在海南文昌发射场成功发射,并在约8个小时后,于5月30日5时01分与天和核心舱顺利实现快速交会对接。与神舟载人飞船不同,天舟货运飞船只运货、不送人,被称为太空“快递小哥”。那么,这位“快递小哥”的运力有多强?给中国人在太空的“新家”送了什么货?又是如何“派件”的呢?
“小哥”运力有多强?
天舟运货能力6.9吨,处于国际领先水平
今年4月29日,我国成功发射天和核心舱,迈出中国空间站在轨组装建造第一步。这也意味着自2019年7月19日天宫二号从太空返回地球家园后,浩瀚太空再次迎来“中国宫”。本次任务是天舟货运飞船和长征七号运载火箭组成的空间站货物运输系统开展首次应用性飞行,目的是为天和送“外卖”。
据天舟二号货运飞船系统副总设计师党蓉介绍,天舟二号是货运飞船系列的第二艘,在以前的发射任务中,外界给货运飞船起了一个名字叫太空“快递小哥”,这源于它送货的主要功能。虽然叫“快递小哥”,但天舟二号的块头还是很大的,这一次装载货物总质量达到6.8吨,超过飞船的自重。
“目前世界上最大运载能力超过5吨的现役货运飞船只有两型,中国的天舟就是其中之一,天舟货运飞船的运载能力处于国际领先水平。”天舟二号货运飞船总体副主任设计师雷剑宇说。
据介绍,天舟货运飞船由货物舱和推进舱两舱组成,采用型谱化、模块化设计思想开展平台构型和布局设计,发射重量13.5吨,运货能力6.9吨。但是,“大块头”并不笨,拥有“大智慧”。相对之前的天舟一号,天舟二号有快速交会对接能力,仅用几个小时就可以完成对接,能更好地发挥“快递”功能。
“外卖”里都有什么?
有鱼香肉丝、宫保鸡丁,还有3吨推进剂
为了让货运飞船发挥更强大的送货功能,天舟二号采用了两舱结构的设计,即货物舱和推进舱。这次天舟二号的货物舱分装成160多个包裹,固定在像蜂巢一样的货格里。推进舱携带了3吨推进剂,除了供空间站运行需要,还为货运飞船自身提供动力支持。
未来搭载神舟载人飞船来到天和核心舱的航天员们,将在这所太空之家生活几个月到半年,因此天舟二号送去的“快递”里,首先就有各种生活物资,以方便他们在太空的“衣、食、住、行”和工作。
值得一提的是,其中的航天食品具有明显的中式特色。食物不仅有主副之分,讲究荤素搭配,更有独特的风味,甚至有鱼香肉丝、宫保鸡丁等。此外,天舟二号还将带去实验设备、实验资料等物资,包括两件下一步航天员要使用的舱外航天服,每件重100多公斤。完成交会对接形成组合体以后,未来航天员会从天和核心舱进到货物舱来取放货物,航天活动产生的废弃物也会存放在货运飞船的货物舱里。
天舟二号货运飞船系统主任设计师杨胜介绍,空间站将地面的物流管理技术也应用其中,航天员通过扫描二维码的方式,便能获得货物的位置信息和产品信息。系统还能对产品信息的库存数量做到动态掌控,把空间站货物一分一厘的变化都记录下来,从而确保航天员的工作生活更加轻松便捷。
“时鲜货”如何保证?
快速交会对接不用地面干预,安全又可靠
“以往飞船的交会对接从发射到具备交会对接条件需要2到3天时间,过程中还需要大量的人工参与。而此次天舟二号与天和核心舱对接,整个过程历时约8小时,不用地面干预,就像无人驾驶汽车一样。”党蓉说。
快速交会对接不仅可以缩短航天员在飞船狭小空间中滞留的时间,也可以保证一些“时鲜货”——比如生物制剂等尽快送达空间站。如果空间站等航天器突遇紧急情况,快速交会对接可以迅速做出反应,向空间站提供各种急需的物资或救助被困的航天员。
为了此次快速交会对接,研制团队突破了航天器自主导航测轨、定轨、自主快速制导等技术,将复杂的算法和远距离导引技术工程化,把原来远距离导引段需要地面干预的工作交由航天器的星上计算机自主运行,为快速交会对接顺利实施做好各种准备。
为了适应天和核心舱22吨级对接目标及未来空间站180吨的对接任务,让货运飞船的主动对接机构与核心舱的被动对接机构“温柔”地“吻”上去,设计师对第一代对接机构进行升级改进,创新性地提出了可控阻尼的控制思路,来缓冲对接过程中产生的撞击能量。经过500多次仿真分析和300多次地面试验后,设计师充分验证了阻尼器的各项功能和性能指标,使原本8吨的对接能力提升到74吨,乃至180吨,大大提升了大型航天器对接的可靠性和安全性。
为何两次推迟送货?
参数异常、箭体结冰,绝不带一丝隐患上天
距离天和核心舱发射升空30天后,中国向空间站核心舱成功发出了第一份快递“包裹”。可是,长征七号遥三运载火箭为何两次推迟发射呢?
5月19日下午1时许,长征七号遥三运载火箭进入负12小时发射流程。当晚9时40分许,发射指控大厅中的数据信息显示:“一个压力值参数异常!”哪里出了问题?两名总装人员换好服装、戴好面罩,从50厘米见方的舱门钻进零下183摄氏度的箭体内。“找到了!”两次核查后,问题暴露,但很快后方传来消息,这并不是元凶。5月19日晚11时50分许,距离发射预定时间还有不到2小时,各方一致决定:推迟发射。
失落占据了试验队员的心情,大家感到“心凉了半截”。然而,大家更明白:这是经过慎重研究的结果,绝不能让火箭带一丝隐患上天。
5月20日,试验队员先后分4拨再次进舱排查故障,找到了新问题,并经过系列措施扭转局面。然而,负8小时液氧推进剂补加之后,异常再次出现,发射再度终止。长征七号是名副其实的“冰箭”,火箭第一次推迟发射后,试验队员发现箭体出现结冰现象。
针对发射场传回的数据,后方保障人员马上追溯事件链,对现有的所有异常参数合并同类项,并提取8个不同方面的问题单独进行深入的理论分析和复现试验。5月25日,归零工作接近尾声。26日,模拟发射演练;27日、28日,加注准备;29日,推进剂加注,晚8时55分,火箭成功发射!
“太空快递”成常态?
下月发射载人飞船,航天员将驻留“中国宫”
天舟二号与天和核心舱完成交会对接后,转入组合体飞行阶段,将按计划开展推进剂补加和空间站应用项目设备测试等工作。那么,“中国宫”后续将怎么建造?中国载人航天工程办公室主任郝淳表示,空间站建造是中国载人航天“三步走”战略的第三步,自2010年立项以来,目前已进入空间站建造的关键时期。
据介绍,空间站建造分为空间站关键技术验证和空间站建造两个阶段进行,每个阶段各规划了6次飞行任务,共12次。其中,2020年5月,长征五号B运载火箭首飞成功。2021年,要实施关键技术验证阶段的5次飞行任务,其中包括发射天和核心舱。之后是5月发射天舟二号货运飞船,6月神舟十二号载人飞船,3名航天员将在轨驻留3个月。9月和10月将分别发射天舟三号货运飞船和神舟十三号载人飞船,“其中神舟十三号有3名航天员,他们将在轨驻留6个月。今后,6个月的驻留就是航天员乘组在轨的常态。”
2022年,我国将全面进入空间站在轨建造阶段,一共规划6次飞行任务,包括两次空间站舱段问天、梦天的发射任务,还包括两艘货运飞船和两艘载人飞船的发射任务。“这两艘载人飞船也都分别载有3名航天员乘组,在轨驻留6个月左右。”郝淳说。到年底,中国空间站将完成在轨建造,并转入后续的应用阶段。
本版稿件均据新华社电