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  • “快递小哥”何以“炼成”大力士

        外观上看天舟一号货运飞船的构造类似于天宫一号,都是由大直径的货物舱和小直径的推进舱组成,货物舱用于装载货物,推进舱为整个飞船提供电力和动力及装载补加推进剂。但是这只是表象,其实天舟一号内部有大大的玄机,天舟一号作为装载航天员快递的大力士,物资上行能力超过6吨。天舟一号高效承载有何秘密武器?

        高效承载 简约而不简单的货架

        对于天舟一号实现的大承载,内部采用的高效承载货架设计功不可没。货架采用一种基于蜂窝板、碳纤维立梁的梁板结构,形成大量的标准装货单元,传力效果好,结构与货物重量比达到8%。同时,采用适用于蜂窝板的预埋封边梁方法,巧妙地消除蜂窝板结构锐边,既避免划伤人手,又解决了边缘薄弱、易破坏的问题。

        为了不断挑战承载极限,设计师还精心设计了一种大承载轻量化预埋结构,既能适应传统刚性结构安装,又能适应柔性束缚带的连接承载,经过测试,三个这种预埋结构就可以承载一台豪华轿车。此外,大承载货架结构与密封舱主结构的连接环节也是结构设计一大亮点,碳纤维结合铝合金的设计,避免了在轨环境下内压载荷对结构造成的破坏。

        隔离减振 适应多种货物的货包

        由于天舟一号要运送的物资中有许多精密的仪器设备和宇航员用品,发射段受力又大,生怕磕碰,因此只用高强度的货架可不行,对于敏感的电子器件、机械硬件系统以及其他生活物资等通常采用“软包装”或类似方法来实现装载、运送。这种“软包装”与传统的硬连接不同,它是包裹在泡沫或气囊袋里面,再一起固定在货架上,而不是直接与运载工具的内部货架结构相连接。

        由于“软包装”为装载对象提供了一个柔软的、高阻尼的、分布式系统的支撑,可以获得一个高度隔离和减振的载荷环境,也为货物的上行运输提供了更好的适应性和合理的货包绑扎方式。货包设计过硬不行,容易对货架进行磕碰,过软也不行,不能有效保护货物。为了确定货物绑扎方式,结构和总装的研究人员在试验现场一待就是3个月,终于确定了绑扎方式和内部泡沫的设计。

        本报记者 孙乐琪 通讯员 孙维 刘峰 J245 

  • 为什么要快速交会对接?

        本次任务从发射到具备交会对接条件的时间从以天计缩短到了仅仅几个小时,此前从发射到交会对接,飞船需绕地球30多圈,而采用快速交会对接后仅需几圈。    

        本次验证的快速交会对接,从入轨到对接成功仅需要几个小时,且以飞船的自主制导和控制为主。那么这种“快速”有什么意义呢?

        从人的方面说,可以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,使载人太空飞行变得更加舒适、惬意。

        从任务角度来说,快速交会对接还可保障科研用品,特别是生物制剂等无法经历长期运输的货品尽快送达空间站,这对某些试验可能是至关重要,甚至是决定性的。

        从安全的角度来说,如果空间站等航天器突遇紧急情况,快速交会对接可以快速地对故障实施抢修与紧急救援等工作。

        此次快速交会对接,突破了航天器自主导航测轨、定轨、自主快速制导等技术,将复杂的测定轨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进行。在飞船入轨后,所有的测定轨、制导律计算、控制实施策略等均由飞船自主计算,无须地面干预,不仅节省了时间,还大大减小了地面人员的压力。

        本报记者 孙乐琪 J245  

  • 天舟一号开展哪些实验?

        中科院相关负责人介绍,天舟一号货运飞船上将主要开展微重力对细胞增殖和分化影响研究、两相系统实验平台的关键技术研究、非牛顿引力实验检验的关键技术验证、主动隔振关键技术验证等4项科学实验研究及技术验证试验。    

        其中“微重力对细胞增殖和分化影响研究”项目主要开展微重力环境对干细胞增殖分化、生殖细胞分化及骨组织细胞结构功能的影响。概括为主要是对“骨干”研究,聚集了该领域国内优秀的科研团队,研究内容是国际前沿和热点问题。

        骨研究方面,在空间微重力环境下开展包括人骨髓间充质干细胞向成骨细胞分化、骨与成骨细胞的增殖分化机制研究,基因编辑的成骨细胞分化研究,药物干预的成骨细胞增殖研究等。这些研究成果从骨质流失的分子机制、调控因子、药物干预等方面为空间人类活动和地面人群骨骼系统健康提供理论和技术基础,为开发抗骨质流失药物提供技术依据。

        干细胞研究方面,在空间微重力环境下开展诱导型多能干细胞向心肌分化、胚胎干细胞增殖分化、肝干细胞增殖等研究,这些研究是组织工程与再生医学的基础,为应用多能干细胞进行缺血性心脏疾病的治疗、肝干细胞移植治疗肝功衰竭等提供重要依据。我国是肝病大国,肝移植所用肝源稀缺,肝干细胞移植有很好的应用前景。

        生殖细胞研究方面,空间人类胚胎干细胞定向分化生殖细胞属国际首创,将填补国际空白。主要研究微重力环境下人生殖细胞发育与成熟的基本规律,为太空人类生殖提供理论依据和技术支持。

        “两相系统实验平台关键技术研究”项目开展微重力条件下流体的蒸发和冷凝实验研究,项目由我国科学家首次提出,也是国际上首次开展蒸发与冷凝组合空间实验,有望使我国在此领域率先获得科学成果和实验技术的突破。 本报记者 孙乐琪 J245

  • 天舟一号飞控
    面临六大难点

        北京飞控中心是天舟一号飞行任务的飞控“神经中枢”。北京航天飞行控制中心副总工程师、天舟一号任务型号总工程师孙军介绍,北京航天飞控中心在天舟一号飞行任务中面临六大难点:

        一是任务状态新。货运飞船瞄准空间站任务功能设计,新状态新技术新设备要求很多飞控工作要从“新”开始。    

        二是在轨时间长。天舟一号至少在轨飞行5个多月的时间,这是目前中心执行载人航天任务时间跨度最大的一次,对飞控系统稳定性可靠性提出了更高要求。   三是交会模式复杂。交会对接轨道调整为393公里后,增加了发射窗口计算和远距离导引段的不确定性因素,对飞控系统的动态适应性提出了更高要求。

        四是轨道控制频繁。任务期间中心要先后实施十几次轨道控制,而且控制要求多样,实施难度非常大。

        五是推进剂在轨补加实施周期长、风险高。任务中,中心将控制天舟一号实施我国首次“太空加油”,持续5天时间,步骤繁多,风险很大。

        六是快速交会对接控制精度要求高。首次实施快速交会对接,天地配合复杂、控制约束很多、精度要求很高。

        孙军表示,全体飞控人已准备了科学完备的飞控实施方案及应急控制实施方案,开展了上百次正常和应急过程联调演练,软硬件系统也已准备就绪。本报记者 代丽丽

        通讯员 姜宁 祁登峰 J205