| 北京时间5月29日20时55分,搭载着天舟二号货运飞船的长征七号遥三运载火箭,在海南省的文昌航天发射场点火发射。约604秒后,飞船与火箭成功分离,精确进入预定轨道。21时17分,太阳能帆板两翼顺利展开工作,发射取得圆满成功。兵马未动,粮草先行。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件快递“包裹”。
5月30日5时01分,天舟二号货运飞船与空间站天和核心舱在近地轨道精准实现自主快速交会对接后稳稳停靠,天和核心舱迎来第一位“访客”。
“大力水手”托举深空梦想
与敦实憨萌的“胖五”——也就是长征五号运载火箭——相比,长征七号遥三运载火箭的身材显得修长。但事实上,它总长53.1米,比“胖五”要短3米多。
作为新一代高可靠、高安全的中型液体运载火箭,长征七号是为满足搭载天舟系列货运飞船的专属需求量身研制的。因其“两级半”的构型,仅从外形来看,它比“胖五”的“一级半”构型更匀称——如果说“胖五”像举重运动员,长征七号则更像健身房里的教练。
“力气大”,是空间站建设对长征七号运载火箭最基本的要求。虽然不如“胖五”体态雍容,但长征七号的起飞重量达到597吨,近地轨道运载能力达到13.5吨,跻身中国火箭“四大力士”之列,是名副其实的“大力水手”,达到了国外同类火箭先进水平。
“大力水手”这一次的任务就是将满载大批物资的天舟二号货运飞船送到预定轨道。为了“力气大”,长征七号使用动力更强劲的液氧煤油作为燃料,还将助推器主捆绑结构的安装间隙由5毫米缩减到4毫米,不仅减少了火箭在飞行时的振动,也增大了助推传力。
“成功是我们唯一的选项。”回顾长征七号的研制过程,火箭总设计师程堂明用这句话来表明自己的信心和决心。自研制项目正式启动以来,长征七号团队瞄准空间站建设,以精益求精的铸“箭”精神和万无一失的严谨作风,全力以赴为使命和荣誉而战。
2016年6月25日,长征七号在新建成的文昌航天发射场首飞成功。
2017年4月20日,长征七号托举着天舟一号货运飞船腾空而起。这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的首次飞行试验。
这一次,长征七号又一次成功升空,为空间站天和核心舱送去生活物资、实验设施和推进剂,拿下了中国空间站工程建造阶段承上启下的又一重要环节。
按照空间站在轨建造任务规划,到2022年底,我国将连续实施11次发射,其中4次货运飞船都将由长征七号运载火箭“承运”。“环环相扣,就像接力赛跑,每次任务的成败都关乎中国空间站建造计划能否顺利实施。”长征七号运载火箭试验队主任设计师徐利杰说。
为确保运载能力,满足交会对接的需求,科研团队对长征七号运载火箭进行了大量优化改进设计,围绕技术状态确认、关键环节保证等方面开展了“再分析、再设计、再验证”,火箭的技术状态发生了100多项变化。
为满足飞船与空间站的交会对接需求,科研团队将精确到秒的发射“零窗口”拓展为两分钟左右的“窄窗口”。通俗地说,如果火箭起飞时间出现两分钟以内的偏差,火箭可以根据起飞时间自行修正飞行轨迹,保证货运飞船仍然能够进入核心舱所在的轨道面,为后续的交会对接奠定基础。
“快递小哥”穿梭天地走廊
大大小小的包裹160多件,两件分别重达100多公斤的航天员舱外服,还有3吨推进剂——天舟二号货运飞船并不是世界上最大的货运飞船,但装的物资达到了6.8吨,超过了飞船自重。
远离地球,空间站里吃的、穿的、用的乃至呼吸所需的物资,都要由货运飞船及时送达。天舟货运飞船与长征七号运载火箭一起,共同构成了空间站货物运输系统,实现了“人货分装”,成为中国载人航天工程中的“快递小哥”。
为了装得更多,科研团队根据货运飞船的圆形舱体结构,一共设计了26种不同尺寸规格、不同形状的货包,像搭积木一样组合放置进蜂窝板形成的一个个货格之中。每个货包都会被类似飞机座椅的安全锁扣固定住,单手就可以取下来。这些物资可以满足3名航天员3个月太空生活的需要。
不仅装得多,而且送得快。天舟二号的快速交互对接系统已经提前安排好入轨后的动作时序,节省了指令在天地间传达的时间,也免去地面临时注入程序的流程。从地面“发货”到“快递小哥”来敲门的时间大约7个小时,堪比“同城快递”,实现了空间站任务物资运输快速补给。
不仅送得快,天舟二号还设计了多个与密封舱隔离的“油箱”,具备“危险品运输资质”。除运输生活物资、实验设施外,天舟二号还携带了3吨推进剂,交会对接之后就摇身一变成为空间站的“加油站”。
不仅能加油,还能给空间站充电。天舟二号货运飞船有自己独立的能源系统,可以实现能源自给自足。靠泊空间站期间,天舟二号与空间站可以互相输送补充电能资源——靠泊期间的天舟二号处于休眠状态,自身能源需求小,富余出来的电能就可以输送到空间站,为航天员活动提供保障,同时支撑一些电能消耗较大的科学实验。
天舟二号还是一个“储藏室”。完成交会对接后,航天员会进出天舟二号取用生活和工作物资。为了让航天员在天上也可以方便快捷地取用、查找物资,“储藏室”里的每件货物上都粘贴了一个具备无线射频识别功能的标签,使用专用设备能进行智能定位。
18立方米货物装载体积,除留出航天员舱内活动空间外,还同时具备这么多功能且保持重量均衡,科研团队在布局设计上用足了智慧。强大的送货和补给能力,也将对延长空间站寿命和航天员在轨驻留时间起到巨大作用。
再过一段时间,中国航天员将搭乘神舟十三号载人飞船来到太空。相信他们在进入天和核心舱后,打开天舟二号货运飞船舱门的那一刻,一定会有“拆快件”的惊喜。
中国“太空港”迎来第一艘飞船停靠
5月30日5时01分,天舟二号货运飞船采用自主快速交会对接模式,精准对接于天和核心舱后向端口,天舟二号货运飞船成为首个停靠空间站核心舱的航天器。
空间交会对接是载人航天活动的基本技术之一,是实现空间站和空间运输系统的装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨服务的先决条件。
中国航天科技集团五院天舟二号货运飞船副总设计师党蓉介绍,以往飞船的交会对接从发射到具备交会对接条件需要2天~3天时间,过程中还需要大量人工参与。此次天舟二号货运飞船与天和核心舱对接采用的是快速交会对接技术,其最大的特点就是“快”,整个过程历时约8个小时,且无需地面干预,就像无人驾驶汽车一样。
快速交会对接技术之所以重要,在于将来不仅能缩短航天员在飞船狭小空间中滞留的时间、减少航天员不必要的体力与精力付出,同时也可以保证一些“时鲜货(比如生物制剂等)”尽快送达空间站。在安全方面,一旦空间站等航天器突遇紧急情况,快速交会对接可以迅速反应,向空间站提供各种急需的物资或救助被困的航天员。
与天舟一号时的快速交会对接相比,天舟二号的技术更进一步。中国航天科技集团五院的科研人员为飞船增加了“全相位自主交会对接方案”。无论目标飞行器在入轨时和空间站的相对位置是1/4圈、半圈乃至整圈,天舟二号货运飞船都能以最快速度或者在规定时间点到达。天舟一号任务时,需要人工辅助把飞船送到距离天宫二号一定的位置,然后由飞船自主去对接。这次天舟二号增加了远距离自主导引,飞船能够利用北斗导航来实现远距离的全自主导航计算及制导与控制。也就是说,以后天舟飞船对空间站的“造访”过程中,人只负责监视,整个飞行和交会对接的过程是全自主的。
当然,当货运飞船需要手控交会对接时,坐在空间站内的航天员还能通过手控“遥操作”,驾驶货运飞船完成与空间站的交会对接或撤离。
为了精准对接,由中国航天科工集团二院25所研制,安装在天舟二号货运飞船上的微波雷达作为关键测量敏感器,能在交会对接过程中输出高精度测距、测速及测角信息,为空间站建设中的交会对接任务提供有力支撑。为了缓冲大吨位航天器对接过程中产生的撞击能量,中国航天科技集团八院研制出了对接机构分系统,创新性地研发了可控阻尼器,在船—舱间建立起高可靠的刚性连接,让天舟二号货运飞船的主动对接机构与核心舱的被动对接机构“温柔”地交会对接。
(据新华社、《人民日报》、央视综合)
中国空间站模拟图
天舟二号模拟图 图据航天科技集团五院