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“天舟一号”发射:解决世界难题

时间: 2017年04月21日 | 作者: 宋杰 | 来源: 环球科学
“天舟一号”不仅要为空间站运送物资,还承担了一些重要的科学实验任务。

如果说中国航天人的征途是“星辰大海”,那么“天舟一号”就是“星辰大海”中的生命之舟。天舟一号货运飞船,由中国空间技术研究院(中国航天科技集团五院)研制的一款货运飞船,也是中国首个货运飞船。在1992我国确定的载人航天“三步走”的发展战略中,发射载人飞船为第一步,突破航天员出舱活动技术、空间飞行器的交会对接技术,发射空间实验室为第二步,在第二步中同时要解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题,为第三步建造空间站做准备。天舟一号的成功发射将是我国载人航天工程“三步走”战略计划“第二步”的收官之作。

 

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中国载人航天工程“三步走”战略计划(图片来源于新华社)

 

作为货运飞船,天舟一号的首要任务就是运输航天员所需的生活工作必需品以及空间站所需的推进剂等。它庞大的身躯(10.6m,3.35m)以及两舱结构设计(货物仓和推进舱)最大限度满足了货物装载提供能源控制动力等需求。天舟一号在近地轨道上的运载能力为6.5吨左右,高于俄罗斯联邦航天局研制的进步号M型(2.5吨)以及日本宇宙航空研究开发机构的H-II运载飞船(6.0吨)但是,如果你认为天舟一号仅仅是“太空货物的搬运工”那就大错特错了,天舟一号还有以下几个非常重要的任务。

 

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长征七号遥二运载火箭与天舟一号货运飞船组合体垂直转运完毕(图片来源于中新网)

 

开展空间科学实验

 

天舟一号上总共搭载了40台设备,在独自飞行三个月内,要进行13项太空试验。空间应用系统将在天舟一号上开展多项科学实验研究及技术验证试验,其中的“非牛顿引力实验检验的关键技术验证”获得的试验结果将为我国卫星重力测量”、“空间引力波探测等空间计划提供重要支撑“主动隔振关键技术验证”将为空间站高微重力实验平台研制奠定技术基础两相系统实验平台关键技术研究将在欧空局相关项目之前实施,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微重力对细胞增殖和分化影响研究项目研究微重力等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,成果有望应用于心脏、肝脏疾病的治疗、器官移植、生殖健康,以及预防和治疗骨质变化疾病等方面

 

实现太空“加油”

 

天舟一号天宫二号将首次实施推进在轨补加。为什么天宫一号不需要“太空加油,天宫二号需要加油?相比于天宫一号而言,天宫二号进行了大批量的空间应用试验,航天员在轨的时间也长了一倍,但天宫二号的重量却和天宫一号相同,因此就需要给力的天舟一号货运飞船为天宫二号实施“太空加油”。

 

“太空加油”看似简单,却是公认的世界性难题,目前掌握了在轨推进剂补加技术的国家仅有俄罗斯和美国,其中真正应用在轨加注的国家只有俄罗斯。另外欧空局、日本等国家也在这个领域进行着积极的探索国际竞争非常激烈。因为太空航天器在轨运行期间,需要消耗推进剂来维持轨道和姿态,但航天器发射时所携带的推进剂的量是一定的,推进剂消耗完毕,就意味着航天器寿命的终结,必须通过不断给空间站提供推进剂,维持空间站长期运行。因此中国要建造空间站,必须要掌握这项关键技术天舟一号作为我国全新设计的货运飞船,拥有两个独立设计的推进剂储箱,不仅为天宫二号携带一箱推进剂,用于自身控制的推进剂也可以进行“转让”,推进剂补加能力约为2吨。在飞行中将多次开展补加推进剂试验,熟练掌握和控制该项技术,为我国空间站的建立提供能源支持。

 

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天舟一号与天宫二号实施推进剂在轨补加示意图(图片来源于搜狐网)

 

实现自主超快速交对接

 

交会对接试验相信大家都已陌生,早在2011年11月3日凌晨1时35分,天宫一号目标飞行器就已与神舟八号飞船顺利完成我国的首次交对接。但是,在天舟一号上天前,我国掌握的交会对接技术需要耗时长达两天时间,天舟一号将首次使用自主交对接技术,可以将以前的两天时间缩短为6个小时,大大减少了过程中资源消耗,比如轨道资源等。也会进一步提高飞行器在轨飞行的可靠性以及航天员的舒适度,更大程度保障未来空间站的安全。值得一提的是,自主快速交会对接,需要超远程精确控制能力,可以说,快速交会对接的实现针尖对麦芒都更加困难

 

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天舟一号与天宫二号进行三次对接(图片来源于新浪网)

 

实现主动离轨受控陨落

 

在天舟一号圆满完成自己的各项任务后,它在回来的路上还肩负着最后一项神秘使命。我们知道,一般卫星完成使命后,随着推进剂消耗殆尽,卫星失去动力运行轨道将会慢慢降低,直到落入大气层被烧毁,在这个过程中,会产生一部分轨道碎片(太空垃圾),包括航天器表面脱落的材料,遗漏出来的液体固体等。这些太空垃圾有可能成为未来航天器的杀手,据统计,与大于10厘米的太空垃圾碰撞或可“杀死”航天器。天舟一号在降落的过程中,将全程经由地面飞行控制人员控制,主动离开既定轨道,坠落在预定的安全海域。天舟一号的受控降落,不仅减少了离轨过程中的不确定因素,而且还避免自身成为太空垃圾可以为打造洁净安全的太空环境尽了自己最后一份力。

 

中国航天事业自1956年创建以来,从无到有,从小到大,从弱到强,经过几代航天人艰苦卓绝的奋斗,我国走出了一条自力更生、自主创新的发展道路。今年的4月24日,中国航天事业发展将迎来61周年的纪念日,同时这也是第二个“中国航天日”。即将出征的“天舟一号”货运飞船是给第二个“中国航天日”最好的献礼。

 

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中国未来空间站示意图(图片来源于军事中国网)


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