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天舟一号成功发射,“快递小哥”神破四纪录

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天舟一号:尊敬的天宫二号,您的快递已发出,请注意查收!

2017年4月20日19时41分,中国首个货运飞船天舟一号在海南文昌航天发射场使用长征七号遥二运载火箭成功发射。天舟一号的首飞,将标志着中国载人航天工程胜利完成“三步走”战略中的“第二步”任务,为空间站建设任务奠定坚实技术基础。




你知道吗?天舟一号破了许多纪录呢。


 

天舟一号是中国自主研制的首艘货运飞船,将与天宫二号空间实验室先后进行3次交会对接、3次推进剂在轨补加以及空间应用和航天技术等多领域的实验项目,为其带去来自地球的“能量包裹”,因此,也被业界戏称为“快递小哥”。这个快递小哥,还将最大限度地发挥平台效能,用搭载的几十台载荷设备在太空开展十余项载荷试验,实现“一次飞行、多方受益”的目标。

 

“快递小哥”长啥样?

 

天舟一号采用两舱式结构,直径较小的是推进舱,直径较大的为货物舱。其最大直径达到3.35米,飞船全长10.6米,个头比天宫二号和神舟飞船都要大。


 

天舟一号的“腰部”是一个个连接框。“为了使各部分牢固连接,连接框一般都很厚实。”天舟一号货运飞船主任设计师王为介绍,科研人员经过多次试验验证,通过数控加工仿真技术,将连接框设计成镂空形式,将非受力部分的“赘肉”精准去除,只保留结构受力部分,相当于为天舟一号进行了“抽脂”,保证连接框在足够结实的前提下重量减少50%左右。

 

“能装才是硬道理”——天舟一号物资上行能力约6吨,其中,推进剂补加能力约为2吨,满载货物时重13.5吨。如果此次满载的话,它很可能将成为中国发射进入太空的质量最大的有效载荷。

 

举例而言,如果一个成年人体重120斤,6吨就有100个人。媒体曾这样评价我,“天舟一号的上行载货比优于国际现役货运飞船”。

 

值得一提的是,因为长征七号使用了低温的液氧煤油发动机,这种发动机独特的启动流程,就是火箭在“零”秒计时后还等了7秒多的时间才能升空的原因。

 

“快递小哥”去太空干点啥?

 

航天科技集团五院研究员庞之浩介绍到,“太空快递员”最大的任务当然是运送货物,此外,还能够配合空间站进行姿态控制,轨道控制。货物运送也不一定都是单程票,货运飞船还能往回运垃圾,以前是直接扔到舱外去,现在不允许了,都要收集后放入货运飞船再入大气层烧毁掉。

 

天舟一号担负着验证未来空间站物资的运输任务,什么能运什么不能运,运送的过程货物会发生怎样的变化,这些都是需要一一验证的。

 

除了空中加油和交会对接实验之外,天舟一号还开展多项科学实验研究及技术验证试验。其中,“非牛顿引力实验检验的关键技术验证”将在轨测试高精度静电悬浮加速度计的工作性能,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。此外,“微重力对细胞增殖和分化影响研究”项目有望应用于心脏和肝脏疾病的治疗、器官移植、生殖健康以及预防和治疗骨质变化疾病等方面。


 

航天科技集团五院天舟一号货运飞船总设计师白明生说:“比如说航天员的生活物资,包括吃穿用住的这些东西,还有出舱的舱外服,还有饮用水,专门的有水箱,通过天舟一号的运输装载,看看我们这个船是不是满足不同货物运载的要求。”

 

一船多用是天舟一号飞船的一大特点,除了运货,它还可以搭载试验设备。此次天舟一号上总共搭载了40台设备,要进行13项太空试验。设备可以装在货物仓内部或悬挂在船体外侧,这样既提高了空间利用率,也最大程度满足了不同试验的需求。

 

虽说神舟系列载人飞船是于1999年首次发射成功的,至今已经发射了十一艘,而天舟一号直到2017年才首飞,但天舟一号却实现了诸多的“第一次”。

 

纪录一:首次“太空加油”

 

据中国载人航天工程办公室的消息,天舟一号此次核心任务是与天宫二号空间实验室完成交会对接,首次实施推进剂在轨补加,突破和掌握推进剂在轨补加等关键技术。

 

其中,推进剂在轨补加俗称“太空加油”,是天舟一号核心目标任务之一,是空间站建设的标配。据中国航天科技集团公司五院GNC分系统主任设计师、天舟一号GNC分系统主任设计师刘宗玉介绍,这将为中国空间站组装建造和长期运营解决能源供给问题。


 

专家表示,无论是空间实验室还是空间站,在近地轨道运行都会由于空气阻力而“掉高度”,如果不能维持高度,其在轨寿命将比较有限。这需要火箭发动机适时启动以保持轨道高度,但是其携带的燃料是有限的。这就为被称为“太空加油”的在轨推进剂补加技术提出了需求。

 

目前掌握推进剂在轨补加技术的只有美俄两国,此次天舟一号的一个重要使命就是验证这项技术,这也是决定中国未来空间站能否顺利发展的关键技术之一。为此,先期发射入轨的天宫二号安装了一套全新的补加系统,其补加原理类似于油管与油枪的对接,不过精度和密封性要求非常高。

 

纪录二:首次发射瞄准“零窗口”

 

由于天舟一号飞船发射之后将与天宫二号空间实验室交会对接,所以选择发射时间极有讲究。专家介绍,此次发射天舟一号飞船,是“零窗口”发射,所以难度非常高,面临着极大挑战。那么,什么是“零窗口”发射呢?


 

发射窗口,是指适合运载火箭发射升空的时间范围。这个时间范围是综合考虑任务性质、发射任务安排、场区天气状况等多种因素确定的,其长度和精度因任务不同而存在较大差异,有的以天计算,有的以小时计算,有的则以分秒计算。

 

天舟一号飞行任务发射场区指挥部指挥长张学宇介绍,零窗口发射在文昌场区是属于首次,主要是货运飞船入轨以后要和天宫二号要准确地对接,就要各系统协调配合,精准操控、精确决策,确保飞船能够准时成功圆满地入轨。首次采取‘零窗口’发射模式,所谓‘零窗口’发射是指在预先计算好的时间分秒不差的将火箭点火升空,不允许出现任何延误与变更,其实现难度可想而知。”

 

纪录三:首次应用天基测控,天上星星参“北斗”

 

不同于以往,天舟一号飞船要为未来我国的空间站进行大量的新技术和新实验的验证,为了对天舟一号更加精准的进行控制,首次应用到了“天基测控”技术。

 

天舟一号货运飞船测控与通信分系统副主任设计师朱珂介绍到:天基测控”系统就是通过中继卫星转发来实现与地面的测控通信。天舟一号飞船上的三条中继链路借助我国天链一号中继卫星,构建起天基为主的测控通信体系,实现天舟一号与天宫二号交会对接、推进剂补加等关键事件的全程跟踪测控,既方便了对在轨设备状态的及时监测,又减少了陆地测控站和海洋测量船的依赖,这为我国后续空间站的长期运行开创了经济高效的道路。

 

纪录四:首次实现天地一体化互联网络

 

在2016年的天宫二号与神舟十一号飞行任务中,航天员景海鹏和陈冬在长达30天的太空生活中,可以即时观看《新闻联播》,收发邮件,与家人视频通话,而将来航天员还可以在太空发微信、刷微博,这些都得益于应用在载人航天器上的新技术—空间以太网通信技术,通俗理解就是在太空有了互联网。

 

而这次的天舟一号,将实现天地一体化互联互通,使太空里的网速提高到了百兆宽带的水平,这将为未来航天员在太空自由地使用互联网打下基础。


 

航天科技集团五院天舟一号货运飞船测控与通信分系统副主任设计师朱珂介绍到,天舟一号飞船上的测控与通信分系统,根据不同的信号频率及用途共分为七大链路,正是通过这些链路,飞船能够实现与地面测控系统以及其他航天器进行信息交互,比如向地面传送遥测数据、高清图像、话音等。

 

天舟一号是我国第一个要实现天地一体化互联网络的航天器,而天地一体化,简单来说就是航天员在太空中使用互联网,上网感受和在家是一样的。为了达到这样的效果,科研人员在天舟一号上安装了最新研制的以太网交换机,这就相当于给太空里的飞船开通了百兆宽带。

 

更快的互联网访问速度,不仅使未来航天员的太空生活更加方便,而且为地面接收飞船数据拓宽了路。

 

此次“飞升”,天舟一号肩负了多重使命。如今,“快递小哥”已出发,就等成功收货了。

 

据悉,理论上是可以观测到天舟系列飞船烧毁时像流星一样划过天际的景象,但实际上比较困难。出于保护地面人员生命和财产安全的考虑,天舟系列飞船再入大气层烧毁,一般会选择在渺无人烟的大洋上空进行,如果有人恰巧乘船经过那里,或许可以亲眼看到执行完空间物资输送任务的某一艘天舟飞船完美谢幕。

End


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举例而言,如果一个成年人体重120斤,6吨就有100个人。媒体曾这样评价我,“天舟一号的上行载货比优于国际现役货运飞船”。

 

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天舟一号担负着验证未来空间站物资的运输任务,什么能运什么不能运,运送的过程货物会发生怎样的变化,这些都是需要一一验证的。

 

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专家表示,无论是空间实验室还是空间站,在近地轨道运行都会由于空气阻力而“掉高度”,如果不能维持高度,其在轨寿命将比较有限。这需要火箭发动机适时启动以保持轨道高度,但是其携带的燃料是有限的。这就为被称为“太空加油”的在轨推进剂补加技术提出了需求。

 

目前掌握推进剂在轨补加技术的只有美俄两国,此次天舟一号的一个重要使命就是验证这项技术,这也是决定中国未来空间站能否顺利发展的关键技术之一。为此,先期发射入轨的天宫二号安装了一套全新的补加系统,其补加原理类似于油管与油枪的对接,不过精度和密封性要求非常高。

 

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发射窗口,是指适合运载火箭发射升空的时间范围。这个时间范围是综合考虑任务性质、发射任务安排、场区天气状况等多种因素确定的,其长度和精度因任务不同而存在较大差异,有的以天计算,有的以小时计算,有的则以分秒计算。

 

天舟一号飞行任务发射场区指挥部指挥长张学宇介绍,零窗口发射在文昌场区是属于首次,主要是货运飞船入轨以后要和天宫二号要准确地对接,就要各系统协调配合,精准操控、精确决策,确保飞船能够准时成功圆满地入轨。首次采取‘零窗口’发射模式,所谓‘零窗口’发射是指在预先计算好的时间分秒不差的将火箭点火升空,不允许出现任何延误与变更,其实现难度可想而知。”

 

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天舟一号货运飞船测控与通信分系统副主任设计师朱珂介绍到:天基测控”系统就是通过中继卫星转发来实现与地面的测控通信。天舟一号飞船上的三条中继链路借助我国天链一号中继卫星,构建起天基为主的测控通信体系,实现天舟一号与天宫二号交会对接、推进剂补加等关键事件的全程跟踪测控,既方便了对在轨设备状态的及时监测,又减少了陆地测控站和海洋测量船的依赖,这为我国后续空间站的长期运行开创了经济高效的道路。

 

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而这次的天舟一号,将实现天地一体化互联互通,使太空里的网速提高到了百兆宽带的水平,这将为未来航天员在太空自由地使用互联网打下基础。


 

航天科技集团五院天舟一号货运飞船测控与通信分系统副主任设计师朱珂介绍到,天舟一号飞船上的测控与通信分系统,根据不同的信号频率及用途共分为七大链路,正是通过这些链路,飞船能够实现与地面测控系统以及其他航天器进行信息交互,比如向地面传送遥测数据、高清图像、话音等。

 

天舟一号是我国第一个要实现天地一体化互联网络的航天器,而天地一体化,简单来说就是航天员在太空中使用互联网,上网感受和在家是一样的。为了达到这样的效果,科研人员在天舟一号上安装了最新研制的以太网交换机,这就相当于给太空里的飞船开通了百兆宽带。

 

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