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  • 天舟天宫首次实施“太空加油”

        天舟一号由航天科技集团公司第五研究院载人航天总体部负责抓总研制。从项目立项,到产品运抵海南文昌发射场,过去整整六年的时间里,天舟一号“隐姓埋名”苦练内功,经历了上千小时测试验证,经受了上百次大型试验考核,百炼成钢。它继承了来自我国载人飞船以及空间实验室的成熟技术,也创下了七个第一。 

        天舟一号凝结了货运飞船系统多年来心血和汗水的结晶,天舟一号飞行任务作为空间实验室任务的收官之战,空间站工程的关键一战,是我国载人航天工程稳中求进的重要一步。天舟一号拉开了我国货运飞船飞天的序幕,后续各型货运飞船的天地往返将成为常态。

        首次执行

        货运飞船飞行试验任务

        天舟系列货运飞船是承担我国空间站建造和运营物资运输补给任务的,全新研制的载人航天器。

        因为天舟一号“只运货、不送人”,它被一些媒体形象地称为“快递小哥”。“小哥”身高10.6米,体宽3.35米,体量与和天宫一号目标飞行器、天宫二号空间实验室相当,但肚大能容,运送相当于自身重量的6吨多货物不在话下,上行载货比优于国际现役货运飞船,快递货物经济实惠。

        首次在轨实施

        飞行器间推进剂补加    

        未来空间站长期在轨也需要“加油”,这项任务就由“天舟”系列货运飞船来完成。在天舟一号之前,掌握了在轨推进剂补加技术的国家只有俄罗斯和美国,其中,实现在轨加注应用的只有俄罗斯。

        在天舟一号飞行任务中,天舟一号与目前正在轨飞行的我国首个空间实验室——天宫二号将实施我国首次推进剂在轨补加,并计划开展多次推进剂补加试验,突破和掌握推进剂补加技术,为我国空间站组装建造和长期运营扫清在能源供给问题上的最后障碍。

        首次以天基测控体制为主

        实施飞控    

        以往,我们对航天器的跟踪、测控以及在轨异常的及时监测处置,主要依赖陆基测控站和海基测量船。这就需要耗费大量的人力物力建造、维护地面测控站和海上测量船,研制人员奔波在各个站点之间开展相关试验,并且受到跨国、跨境地域限制。    

        天舟一号货运飞船首次采用了以天基测控体制为主的设计原则。简单来说,就是将原本在地面或海上的测量系统“搬”到了天上,避免了在地面或海上的地域限制,实现了对航天器在轨飞行的关键事件的全程跟踪,以确保对在轨异常的及时监测处置,降低了人力物力财力等成本。

        首次大规模推动

        核心元器件自主可控    

        为了带动元器件自主研制,加速实现元器件的自主可控,提前验证空间站中所用的关键元器件,作为飞行验证平台的天舟一号首次大刀阔斧地使用了七大类国产新研核心元器件,将未来空间站建设的关键命脉牢牢握在手中。

        首次开展

        全自主快速交会对接试验  

        在天舟一号之前,我国掌握的交会对接技术需要耗时两天左右时间,天舟一号将开展自主快速交会对接试验,将交会对接的时间控制在几个小时内。快速交会对接的实现,有利于提高飞行器在轨飞行的可靠性,减少交会对接过程中包括轨道控制等在内的产生的资源消耗,同时,更大程度上地保障飞行器,主要是未来空间站的安全,方便空间站突发事件应急处理。

        首次搭载多项空间应用

        与技术试(实)验载荷

        作为运货的“快递小哥”,天舟一号在满足运输货物需求的同时,还最大限度地发挥了平台效能,随船搭载了几十台载荷设备,在轨开展十余项载荷试验,实现“一次飞行、多方受益”的目标。

        首次实施

        主动离轨受控陨落

        天舟一号将在飞行任务结束后,经由地面飞控工作人员决策,实施主动离轨,通过两次降轨控制,受控地坠落于南太平洋指定区域。相较于一般卫星在使命完成后,随着推进剂的消耗殆尽,而缓慢降轨,最终在大气层烧毁的结束方式,天舟一号首次采用主动离轨方式,并能受控地落到预定区域,既避免自身成为太空垃圾、避开离轨过程中的不可控因素,又能为打造洁净、安全的太空环境作出自己的贡献。   本报记者 孙乐琪 J245

        揭秘

        “太空加油”如何实现?

        天舟一号货运飞船最大的亮点,是与天宫二号空间实验室交会对接后,完成太空在轨推进剂补给,即人们通俗称谓的“太空加油”。

        那么,“太空加油”和我们平时在陆地上加油有什么不同?天舟一号与天宫二号对接之后,通过两个航天器之间产生的气体压力,把推进剂从天舟一号上源源不断输送到天宫二号上,虽然看起来和地面加油差不多,但要真正实现起来,却并不容易。

        既要保证它能准确地对接,又能满足密封的要求,推进剂是绝对不能泄漏的,这样的话浮动断接器是可浮动的,两个对接机构对接上肯定是有一定的偏差的。通过浮动来消除这个偏差的影响,实现准确对接。由于这些技术在地面没有办法模拟实现,所以必须要在太空环境中实际操作,才能够检验技术的可靠性,而这也赋予了天舟一号更艰巨的任务。

        “太空加油”技术是由航天科技集团六院801所研制团队独立自主攻克的,从补加方案论证、系统设计,到金属膜盒贮箱、压气机、浮动断接器等关键单机的研制,再到补加原理试验、系统试车、可靠性,国外技术的封锁被攻克,一道又一道难题被攻克,一项又一项空白被填补。   本报记者 孙乐琪 J245

        全自主绕飞怎样实现?

        全自主绕飞是中国航天科技集团公司五院502所专门为飞船自动寻找空间站对接口而发展的技术。天舟一号货运飞船绕天宫二号的全自主绕飞就是为了验证该项技术。

        天舟一号在与天宫二号进行第一次拥抱合体后将撤离,伴随着天宫二号180度转向,通过全自主绕飞,加速赶到天宫前方,从“前”侧与天宫二号进行第二次的对接。

        绕飞是一种高难度的太空工作,需要飞行器进行多次变轨和姿态机动来完成,以确保航天器能从多个方向与空间站对接,是空间站建造和运营的关键技术之一。

        与神舟十号载人飞船在地面人员支持下进行的绕飞不同,此次货运飞船绕飞过程中的制导、调姿及进入5千米保持点均是船上制导导航与控制系统的计算机自主规划完成,不需要地面人员干预。两个重达十几吨的飞行器在高速飞行过程中完成“上下绕圈”和“翻跟斗”,其最大的风险就是碰撞,所以,要求两者的轨迹和姿态必须精准受控。除了要避免碰撞,“全自主”还需要规划出最优的绕飞轨迹,“自主”完成在特定位置的变轨控制,在预定的时间点到达预定的位置,以消耗尽量少的燃料。

        “如果把神舟十号的绕飞比作是‘领着’小朋友学走路,那么此次货运飞船的绕飞则是‘看着’小朋友自己走路。”502所货运飞船副总设计师张强说。

        本报记者 孙乐琪 通讯员 刘欢 J245