天舟二号飞船与天和核心舱完成自主快速交会对接(图)

人民日报客户端/新华社 0

据中国载人航天工程办公室消息,天舟二号货运飞船入轨后顺利完成入轨状态设置,于5月30日5时01分,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,整个过程历时约8小时。

天舟二号携带了航天员生活物资、舱外航天服及空间站平台设备、应用载荷和推进剂等,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应用项目设备测试等工作。

  




据人民日报客户端报道,5月30日5时01分,天舟二号货运飞船和天和核心舱顺利实现快速交会对接。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。

据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大约2-3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8个小时,而且无需地面干预,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。

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有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的时候,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。

整个交会对接设计还体现了能源高效利用的宗旨。天舟二号货运飞船和天和核心舱各自有两套独立的能源系统,一旦对接后,两个航天器可以互相输送电能资源,实现组合体能源的高效利用。专家打比方说,这种“双向并网”技术,就好比两个手机,既可以单独充电,还可以互相充电。当阳光照射情况复杂时,如果单个航天器能量不足,另一个可以及时补充,实现能源最大化利用。

跟高大的空间站核心舱相比,天舟二号货运飞船的“身材”可谓是短小精悍。送上去的物资包括了160余件大大小小的货包以及2吨推进剂,占了整个货船重量的一半以上,载货比超过50%,属于国际领先水平。这里面有两件重要“宝贝”——两套航天员舱外服,每件重100多公斤,是航天员抵达核心舱后执行舱外任务的必备物资。此外,还有“太空按摩仪”和“太空冰箱”等有特色的物件随货船升空。其中,中国航天科工集团所属航天三江红峰公司研制的“太空按摩仪”主要用于对航天员进行电脉冲刺激,协助航天员进行肌肉疲劳恢复和肌肉力量训练,防止长期飞行试验造成的肌肉萎缩。中国航天科工集团三院306所特制的隔热保温的“太空冰箱”,帮助保护货船里关键的医疗检测和保障物资。

喜报!

5月30日清晨5时01分,天舟二号货运飞船在成功发射约8小时后,中国航天器的“浪漫之吻”再度在太空上演,天舟二号货运飞船与中国空间站天和核心舱顺利实现了快速交会对接,中国空间站时代的首单“快递”也就此派送成功!



拍摄:吕炳宏




拍摄:吕炳宏


交会对接是两个航天器(飞船、空间实验室、空间站等)在空间轨道上会合并在结构上连成一个整体的关键技术,是实现空间站、太空平台和空间运输系统的空间装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨道上服务的先决条件。

我国是世界上第三个独立掌握太空交会对接技术的国家。自2011年11月3日对接机构首次亮相以来,迄今为止我国共实施了10次空间交会对接,圆满实现首次无人/载人交会对接。



天舟二号货运飞船特效图 图源:航天科技五院


据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大约2天时间,过程中还需要大量的人工参与。而此次天舟二号与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”,整个过程历时仅8个小时左右,无需地面干预,就像无人驾驶汽车一样。

天舟二号货运飞船 图源:航天科技五院

交会对接的提速无疑大大提升了中国空间站的各项保障能力。据航天科技集团五院的专家介绍,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,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,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。

在此前的交会对接环节中,天舟一号货运飞船完成交会对接动作主要依赖地面测控,通过地面生成的轨道参数注入指令,货运飞船发动机的开机时长、开机点位都要依靠地面指令,这使得测控人员的压力很大。为了实现此次快速交会对接,科研人员通过把天舟二号货运飞船交会对接中的各项信息植入软件,飞船在太空中能更智能、更快速地“随机应变”。基本上可以做到全天候、360度交会对接。

据环球时报-环球网记者了解,除了飞船为快速交会对接做出了一系列的技术改进,执行此次发射任务的长征七号遥三运载火箭也为快速交会对接进行了大量优化设计。

据中国航天科技集团所属中国运载火箭技术研究院透露,本次发射任务要实现货运飞船与天和核心舱的交会对接,需要将货运飞船发射到天和核心舱所在的空间轨道面,这样才能保证两个航天器顺利“牵手”,这就要求火箭必须按照预先计算好的时间,分秒不差点火升空,也就是我们说的“零窗口”。虽然长七火箭已经具备了“零窗口”发射技术,但为了更好地适应故障情况,提高火箭按时发射的能力,科研人员在长征七号运载火箭上首次采用自动获取起飞时间进行入轨目标参数在线迭代修正技术,对飞行弹道、落点等进行评估,并分析不同工况、不同起飞时间对入轨精度和运载能力的影响,并通过大量的数字和半实物仿真,最终将精确到秒的“零窗口”拓展为120秒的“窄窗口”,也就是说,如果火箭起飞时间的偏差在2分钟以内,火箭就可以根据起飞时间自行修正飞行轨迹,进而保证货运飞船仍然能够进入核心舱所在的轨道面,提升了长七火箭对发射任务的适应性。

据航天科技集团五院的专家介绍,天舟二号货运飞船计划在轨运行一年。作为空间站的“储物间”,天舟二号货运飞船既要保障航天员日常生活、工作物资随取随用,还要收纳各种废弃物、以及人体排泄物,并在离轨时坠入大气层一并烧毁。

此次天舟二号货运飞船上共携带有160余件大大小小的货包,为方便航天员上天后取用、查找货物,天舟二号上配置了一套信息管理系统。每件货物根据不同用途都会粘贴一个标签,这个标签本身具备无线射频识别功能,使用RFID专用设备,就可以对一定范围内区域的货物进行识别。智能定位以后,就可以更便捷的找到货物了。

据环球时报记者了解,目前已知的天舟二号携带的货物中,不仅包括空间站推进剂以及各种空间实验设备、实验资料等“包裹”,还包括鱼香肉丝、宫爆鸡丁等未来航天员在轨生活所享用的“外卖”。而其中最引人注目的当数两套单件重达100多公斤的航天员舱外服,相信如此“重磅”的装备也必然会助力中国航天员在太空中创造不一样的惊喜。据航天科技集团五院的专家介绍,此次天舟货运飞船携带的物资可以供3名航天员在太空中生活3个月,这将创造中国航天员驻留太空时长新的记录,让我们期待他们的到来!

月下飞天舟:天舟二号飞船飞行任务全解读


新华社海南文昌5月29日消息,中国文昌,夜漫南海,圆月当空。

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,在位于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”。

“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。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了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做燃料,还将助推器主捆绑结构的安装间隙由5毫米压缩到4毫米,这不仅减少了火箭飞行时的振动,也增加了助推传力。

“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。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次发射任务,其中4次货运飞船发射都将由长征七号火箭“承运”。“环环相扣,就像接力赛跑,每发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。

为确保运载能力和满足交会对接的需求,科研团队对长征七号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2分钟左右的“窄窗口”。通俗地说,如果火箭起飞时间出现了2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。

细心的人们会发现,这一次火箭点火的瞬间,“大力水手”的尾部没有出现因四氧化二氮不充分燃烧而形成的红色“烟雾”,取而代之的是如同棉花糖般的“白烟”。

那是因为长征七号装备了具有自主知识产权的新型液氧煤油发动机,煤油在不充分燃烧条件下,产生的颗粒和水蒸气混合凝结,形成的“烟雾”呈白色。

仅此一项技术改进,长征七号的推力提高了60%。

“快递小哥”穿梭天地走廊

大大小小包裹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,但装的物资却达到了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”。

“去”的时候,天舟二号可为空间站送去各种生活物资、推进剂、平台维修设备附件及各种消耗品、载荷设备等补给物资。“回”的时候,天舟二号还将带走和销毁空间站废弃物。

与天舟一号相比,天舟二号在构型上与其基本一致,采用了全密封货物舱和推进舱组合而成的两舱构型,总长10.6米,最大直径3.35米。

在承担的任务上,天舟二号则有其鲜明的特点。

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稳当固定住,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”。除了运输生活物资、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,天舟二号和空间站之间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、查找自己想找的物资,“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。

天舟二号有存放垃圾的职能,是一个太空“垃圾桶”。航天员在空间站里产生的生活垃圾、人体排泄物,都会集中到天舟二号舱内存放。完成使命后,天舟二号将带走这些废弃物,在坠入大气层的过程中一同烧毁。

18立方米货物装载体积,除了留出航天员舱内活动空间,还同时具备这么多的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重大作用。

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“拆快递”的惊喜。

“滨海福地”续写航天新篇


没有建成发射场之前,海南文昌以侨乡闻名,120多万祖籍文昌的海外侨胞分居在世界50多个国家和地区。

历史上,文昌还是“一里三进士”的文化之乡、诞生了200多位军队高级将领的将军之乡。因为三面临海,负氧离子含量高,文昌居民的平均寿命高达81.85岁,是一个人杰地灵的福地。

2007年8月,我国决定在海南文昌建设新一代最先进的航天发射场。2009年9月,文昌航天发射场在文昌市龙楼镇破土动工。继酒泉、太原、西昌3大发射场之后,文昌航天发射场于2016年全面建成并投入使用,文昌这块“滨海福地”又多了一个“航天城”的美誉。

作为中国首个开放性滨海航天发射场,也是世界上为数不多的低纬度发射场,文昌航天发射场主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务。5年来,天舟一号、天问一号、嫦娥五号、天和核心舱、天舟二号……一个个大国重器从这里飞向太空。

这一次,文昌航天人在承压中奋战,在坚守中前行,按照“确保万无一失、圆满成功”的要求,严格落实载人航天工程质量标准,专题组织发射区综合检查,全面检查设备设施、特燃特气、物资器材等准备情况,仅推进剂加注抢险、消防救护等演练就组织了数十次。

航天发射是一项高风险的科技活动。原定于5月20日凌晨的天舟二号发射任务,因技术原因推迟实施,发射场系统承受着不小的压力。

与传统发射任务相比,天舟二号发射任务,不仅要将飞船精确送入预定轨道,还要将货运飞船发射到天和核心舱所在的空间轨道面内,实现货运飞船与天和核心舱的交会对接。一旦火箭起飞时间偏离了发射窗口,将错过空间站所在的轨道面,导致货运飞船需要较长时间的轨道调整,消耗更多的推进剂,甚至影响交会对接任务。

为确保发射任务在既定窗口时间进行,文昌航天发射场的气象保障人员加强对雷电、强降水、浅层风、高空风的技术研究,收集整理了场区近15年的气象数据,为天舟二号的“窄窗口”发射提供分时分段、精细精确的气象保障。发射场短时预报准确率达到95%以上,具备提前7天预报发射日天气、提前8小时准确预报窗口天气的监测能力。

长征七号火箭是一型低温推进剂火箭。低温推进剂蒸发量大,为确保运载能力和发动机启动条件要求,发射前需要开展一系列复杂的动作,哪个环节出现异常都将影响发射。5月16日,船箭组合体转运至发射区后,发射场不分昼夜满负荷运转,部署强化统一领导,加强组织指挥、资源连续保障、重大风险防控,总装、测试、合练……

高强度发射任务也将一批年轻技术骨干摔打磨砺成才,一批“高学历”“善决策”“能担当”的科技人才活跃在航天发射前沿阵地,成为航天事业薪火相传的支撑。

“3个月内连续承担3次重大航天发射任务,文昌航天发射场综合测试发射能力得到持续提升。”西昌卫星发射中心党委书记董重庆说,文昌航天发射场纬度低、发射效费比高,射向宽、安全性好,海运便捷、可行性强,无毒无污染、绿色环保,在建设航天强国的征程中独具优势、堪当重任。 阅读原文

文章来源: 留园 查看原文
https://www.6parknews.com/newspark/view.php?app=news&act=view&nid=486539
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