這位"快遞小哥"是個"心機Boy" 看看天舟一號有啥秘密

　　

　　昨日,搭載著天舟一號貨運飛船的長征七號遙二運載火箭,在我國文昌航天發射場點火發射,約596秒後,飛船與火箭成功分離,進入預定軌道,發射取得圓滿成功。新華社發

　　中國首艘貨運飛船天舟一號在海南文昌航天發射場發射成功, 將完成多項使命任務

　　據新華社電 4月20日晚,中國海南文昌航天發射場,搭載著天舟一號貨運飛船的長征七號遙二運載火箭點火升空,中國首單“太空快遞”正式發出,預計兩天后送達天宮二號。

　　作為中國載人空間站工程的重要組成部分,首艘貨運飛船天舟一號“只運貨,不送人”,因此被形象地稱為“太空快遞員”,一亮相便成為了目前中國最受關注的“快遞小哥”。未來幾個月,天舟一號將在太空中獨自完成它的首單“太空快遞”任務。

　　“心機Boy”

　　承載能力與人性化設計雙保障

　　先看一組數據:天舟一號身高10.6米,體寬3.35米,最大裝載狀態下重量達13.5噸,由貨物艙和推進艙兩艙結構組成,是我國目前為止體積最大、重量最重的航天器。這次任務,天舟一號要為天宮二號帶去6噸左右的貨物和推進劑,其中有大大小小100多個貨包。

　　説到貨物艙的設計,“太空快遞員”天舟一號絕對是個“心機Boy”。

　　貨物艙為圓柱形,艙壁周圍為格狀結構的貨架,上面裝有天藍色把手,中間形成一個矩形過道。為了讓未來的“客戶”在艙內活動更安全、舒適,內部的地板採用了深色硬質結構,方便蹬踏,天花板為淺色。

　　“上淺下深顏色的佈局,可以營造出一種天地感,讓人不會眩暈。”天舟一號貨運飛船系統總體副主任設計師張健説,在失重環境下,把手位置的設計要合理,必須要裝在容易使力的地方,就連艙內的儀錶、計算機的每個旋鈕力也都要經過測試,“包括到位的 咔 的那一下,都是嚴格要求的,讓人知道擰到什麼位置到位。”

　　“秘密武器”

　　確保貨物安全抵達天宮二號

　　據可靠消息,為了這一趟遠差,“太空快遞員”天舟一號準備了不少秘密武器。

　　第一件:“防曬霜”

　　太空中的日曬強度比地球上猛烈千百倍,在太陽照射的情況下,天舟一號的表面會迅速升溫,為了幫助推進艙中的設備“防暑降溫”,聰明的天舟一號在自己皮膚上涂了一層“防曬霜”。這款太空版“防曬霜”其實是一種航天專用的白漆熱控涂層,具有優良的散熱性能。

　　第二件:高科技貨包

　　由於運送的貨物中有不少精密儀器和航天員用品,天舟一號精心準備了一種高科技貨包來裝載貨物。這種高科技貨包,採用系列化設計,根據貨物尺寸,可調節大小、形狀。其外觀呈乳黃色,採用新型的抗菌防潮防霉布料,裏面則使用一種新研製的防火防潮且抗震的泡沫或者氣囊來包裹貨物,可確保部分貨物在貨包中安全地存放一年。

　　第三件:保駕護航利器

　　早在出發前,天舟一號就“聽過”關於太空垃圾給國際同行帶來的困擾:“被小小一塊10克的太空垃圾迎面撞上,只刮花了漂亮帥氣的制服都算幸運,好幾次甚至差點穿透制服被送進醫院。”於是,為了運輸過程更安全,天舟一號決定隨身攜帶力學環境測量系統。

　　這套“高大上”的系統不僅可以在天舟一號全飛行時段對傳統的振動、衝擊、噪音環境進行檢測,還可以在第一時間感知到太空垃圾撞擊的位置和受損程度,甚至還能檢驗飛船結構設計、貨物裝載合理性,為在軌損傷修復和結構優化設計提供幫助。

　　第四件:相對測量子系統

　　這套系統不僅可以確保天舟一號與天宮二號首次交會對接的自主可控,安全性大大提高,還因為新增的整秒脈衝輸出功能,為全船的相關設備都提供了高精度的時間基準。換個通俗的説法,就是能夠讓天舟一號快速準確地找到客戶位置,在客戶要求的時間內將貨物送達。

　　不只是“快遞小哥”

　　天舟一號將完成多項使命任務

　　實際上,天舟一號遠遠不只是一個“快遞員”這麼簡單,其他任務也不少。

　　任務1

　　“太空加油”

　　就像汽車需要加油,未來空間站長期在軌也需要“加油”。天舟一號這次就要進行一次在軌推進劑補加技術驗證,為天宮二號在軌加注。這項分為29個步驟,每步都需要精細控制,整個“加油”過程要持續好幾天。在天舟一號之前,只有俄羅斯和美國掌握了這項技術,其中,實現應用的只有俄羅斯。

　　任務2

　　“太空芭蕾”

　　在第一次交會對接後,天舟一號將與天宮二號上演一場高難度的“太空芭蕾”——天宮二號轉體180度,天舟一號從天宮二號下方繞飛,同時轉體180度,加速趕到天宮二號前方,最終從“前”向與天宮二號進行一次交會對接。這項名為繞飛至前向交會對接的試驗是為了確保未來航天器能從多個方向與空間站對接而進行的演練。

　　任務3

　　“從綠皮火車到高鐵動車的升級”

　　天舟一號將完成快速交會對接試驗,把之前需要2天左右的交會對接過程提速到6個小時左右,就像是從乘坐“綠皮火車”變為乘坐“高鐵”。這意味著可以縮短航天員在飛船狹小空間中滯留的時間,使載人太空飛行變得更加舒適、愜意,還可以讓無法經歷長時間運輸的貨品儘快送達,同時,更大程度上保障未來空間站的安全,方便空間站突發事件的應急處理。

　　任務4

　　“帶著天宮二號一起飛”

　　天舟一號與天宮二號交會對接後,將開展貨運飛船控制組合體試驗,接過組合體飛行的“控制權”,帶著天宮二號一起飛。這樣做的原因是,在主飛行器短時出現問題的情況下,另一航天器就可以發揮作用,進行“搶救”。

　　任務5

　　高大上的空間應用及技術試(實)驗

　　雖然,天舟一號的主要功能是“運貨”,但在滿足運輸貨物需求的同時,天舟一號還可以最大限度地發揮平臺效能,隨船搭載了幾十台載荷設備,將在軌開展十余項載荷試(實)驗。同時,為了避免自身成為太空垃圾,天舟一號將在完成飛行任務後,首次實施主動離軌,落于南太平洋預定安全海域,為打造一個潔凈、安全的太空環境作出貢獻。

天舟一號運作示意圖。新華社發

　　揭秘

　　汽車加油見多了,“太空加油”怎麼辦?

　　據新華社電成功發射的天舟一號是我國自主研製的首艘貨運飛船,被形象地稱為中國航天的“快遞小哥”。天舟一號與天宮二號將進行3次交會對接,並將首次進行在軌補加推進劑的試驗,即“太空加油”。

　　中國航天科技集團公司五院天舟一號總設計師白明生説,天舟一號貨運飛船最大看點是“太空加油”,只有突破這一技術障礙,中國未來空間站的運營才有穩定的基礎。據介紹,目前國際上掌握了在軌推進劑補加技術的只有俄羅斯和美國等少數國家。歐空局、加拿大、日本等機構和國家在此方面也進行著積極的研究探索。

　　此次“太空加油”選用的是無增壓氣體損耗的氣體回用法,雷劍宇介紹了在軌推進劑補加的大致過程:當天舟一號和天宮二號對接鎖緊後,首先檢查補加裝置和管路的氣密性,隨後天宮二號上的壓氣機將手風琴狀的儲箱中的氣體壓回氣瓶中,在天舟一號和天宮二號的燃料儲箱間形成了壓力差。隨後,推進劑在壓力差的作用下,自動從壓力高的天舟一號儲箱流入壓力低的天宮二號儲箱,當兩側壓力恢復一致時,加注工作完成,最後還要把管路中殘留的推進劑清除乾淨,確保兩航天器分離時不會有殘存的推進劑擴散到空間,污染對接機構和航天器表面。

　　雷劍宇解釋説,通常所説的推進劑,其實是分為燃燒劑和氧化劑兩種,兩者不能“見面”,否則會發生爆炸,所以推進劑補加系統實際是由燃燒劑加注系統和氧化劑加注系統兩套系統獨立組成的,兩套系統加注時序不同,採用物理隔離,每套系統中還有一組備份管路。

　　“因為太空推進劑補加過程很複雜,分為29個步驟,每步都需要精細控制,整個補加過程要持續五天。”雷劍宇説。

新華社發

　　數據顯示,將1公斤重的東西送入太空,要花費幾十萬美元,所以這個願望不太現實

　　據新華社電連日來,圍繞飛船的各種信息和解讀紛至遝來,新華社記者採訪飛船研製單位——中國航天科技集團五院的權威專家,梳理了一些有關天舟一號的“非常規”問題,以便大家更好地了解這個承擔起我國空間物資輸送使命的中國航天新銳。

　　問題1:神舟系列載人飛船是于1999年首次發射成功的,至今已經發射了十一艘,天舟一號直到2017年才首飛,這是因為貨運飛船研製難度更大嗎?

　　白明生(天舟一號貨運飛船總設計師):神舟系列飛船與天舟系列飛船研發的先後順序,是由我國載人航天工程“三步走”發展戰略決定的。按照計劃,天宮二號空間實驗室任務結束後,我國將建造長期有人照料的空間站,這就需要輸送航天員所需的生活、工作物資、空間站運轉所需的推進劑。天舟系列貨運飛船就是面向我國空間站建造和運營物資運輸補給任務的,全新研製的載人航天器。

　　問題2:天舟系列飛船可以運送航天員嗎?

　　徐小平(天舟一號貨運飛船副總設計師):天舟系列飛船“只運貨、不送人”,運送航天員是神舟系列飛船的任務。雖然天舟系列飛船個頭更大、空間更多,但其艙段構型和艙內佈局都是專門為輸送物資設計的,更強調的是“大肚能容”,而不是神舟飛船的安全舒適,並不能用來運送人員。不過可以肯定的是,飛天的“行李”交由天舟來運,神舟飛船就能更加全神貫注地運送航天員了。

　　問題3:天舟系列飛船能給航天員補充新鮮的蔬菜和水果嗎?

　　王為(天舟一號貨運飛船主任設計師):沒問題,這本來就是天舟系列飛船的職責所在。將來,天舟系列飛船給空間站輸送物資時,地面人員會精心挑選一些新鮮果蔬,用抗菌防潮的專用貨包包裝好,在發射前通過整流罩操作口、貨運飛船操作口裝進飛船。一切順利的話,快速交會對接技術可以讓航天員們在飛船發射後六七個小時,就能品嘗到來自祖國的新鮮美味。

　　問題4:天舟系列飛船能夠運送的最大貨物尺寸是多少?

　　賈東永(天舟一號貨運飛船機械總體主任設計師):天舟系列飛船能夠運送物資的最大重量超過6噸。如果從貨物尺寸上來説,這次發射中採用的全封閉飛船,單件貨物最大尺寸就會受到交會對接通道的限制。如果將來採用全開放飛船,運輸二三十米長的大型艙外貨物是沒有任何難度的,再加上有些貨物運輸時可以折疊,最大尺寸到底能有多大,就看工程技術人員的想像力了。

　　問題5:普通人將來能通過天舟飛船送快遞嗎?

　　張健(天舟一號貨運飛船系統總體副主任設計師):國外有統計數據顯示,要將1公斤重的東西送入太空,大約要花費幾十萬美元。這個數據雖説聽起來不夠精確,卻真實反映出航天事業離不開強大的經濟支撐作後盾。換句話説,普通人如果想通過天舟飛船向空間站快遞貨物,仍然是不太現實的。

　　俄羅斯“進步”貨運飛船

　　俄羅斯“進步”貨運飛船是人類第一艘貨運飛船,首艘飛船于1978年1月20日在拜科努爾航天中心發射。“進步”貨運飛船為無人駕駛飛船,由儀器艙和貨艙組成,貨艙容積6.6立方米,可運送2.6噸各類貨物。燃料艙帶1噸燃料,可自行飛行4天。最新型“進步MS”系列飛船具有防護太空垃圾和微隕石的能力。“進步”貨運飛船不可回收,一般在完成補給任務後,航天員會將空間站上産生的各種生活垃圾和廢物填入飛船,飛船隨後離軌自行銷毀。

　　歐洲自動轉移飛行器

　　歐洲的貨運飛船為自動轉移飛行器,全長10米,最大直徑為4.5米,重量約10噸,其運貨能力可達7噸。2008年至2014年,自動轉移飛行器共發射5次,今後將不再發射。目前,歐洲航天局正研製可運送貨物返回地球的貨運飛船,預計在2017年或2018年首飛。

　　美國“龍”飛船

　　“龍”飛船由美國太空探索公司研發,飛船帶有熱防護罩,可在返回地球時耐受極高溫安全降落,實現回收並重復使用,這使得“龍”飛船成為第一種具備大量貨物下行能力的貨運飛船。“龍”飛船長5.9米,最大直徑3.6米,自重4.2噸,其運送載荷最大品質6噸,返回載荷最大品質3噸。迄今,“龍”飛船為國際空間站執行11次貨運任務,成功10次。

　　日本HTV貨運飛船

　　日本的HTV貨運飛船被命名為“鸛”,“鸛”在日本傳説中是幸福之鳥。HTV貨運飛船最大直徑為4.4米,全長約10米,可運送5.7噸的貨物與燃料,目前已發射6艘。HTV貨運飛船不會自動與空間站對接,而是飛到空間站附近,由空間站的機械臂將其“抓捕”並停靠在空間站節點艙的靠泊口上。

　　連結

　　天舟一號躋身全球貨運飛船風雲榜

　　據新華社電中國自主研製的首個貨運飛船天舟一號20日在中國文昌航天發射場成功發射,這意味著中國向2022年前後建成空間站的目標又邁進了一大步,承載著為中國航天“加油”使命的天舟一號由此躋身全球貨運飛船的風雲榜。美國航天專家認為,與世界各國現役貨運飛船對比,天舟一號的“太空加油”能力尤其令人印象深刻。

　　天舟一號發射入軌後將與在軌運行的天宮二號實驗室先後進行3次自主快速交會對接、3次推進劑在軌補加,還搭載了非牛頓引力實驗等10余項應用載荷,將在軌開展空間科學及技術實(試)驗。

　　其間,天舟一號與天宮二號組合體在軌飛行約2個月,天舟一號獨立飛行約3個月。完成既定任務後,天舟一號將受控離軌,隕落至預定安全海域;天宮二號留軌繼續開展拓展試驗和應用。

　　這次任務是我國天舟貨運飛船和長征七號運載火箭組成的空間站貨物運輸系統的首次飛行試驗。

　　而此次飛行試驗任務的最大亮點,要數天舟一號與天宮二號交會對接後完成推進劑補給,即所謂的“太空加油”。這是世界範圍內的難題,目前也僅有俄羅斯和美國等航天強國有類似的工程應用。

　　但天舟一號只是個開始。據專家介紹,天舟貨運飛船採用型譜化方案,設計了全密封貨物艙、半密封貨物艙、全開放貨物艙和推進艙四個模組,形成全密封、半密封和全開放貨運飛船3種型譜,未來能滿足空間站不同貨物運輸需求。

　　按計劃,中國未來將用長征五號大推力運載火箭發射空間站核心艙。到2020年,將建成由核心艙、實驗艙、節點艙、載人飛船和貨運飛船組成的總重80噸的空間站。中國航天科技集團董事長雷凡培曾表示,到2024年國際空間站退役時,中國可能成為全球唯一擁有空間站的國家。

　　目前,國際上使用的貨運飛船有多種,包括俄羅斯的“進步”貨運飛船、歐洲的自動轉移飛行器、美國的“龍”飛船,以及日本的HTV貨運飛船等。

　　（原標題：這位"快遞小哥"是個"心機Boy" 看看天舟一號有啥秘密）