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月下飛天舟——天舟二號飛行任務全解讀
發布時間:2021-05-31     作者:黎云 張汨汨 趙葉蘋 張泉   來源:新華網   分享到:

  中國文昌,夜漫南海,圓月當空。

  北京時間5月29日20時55分,搭載著天舟二號貨運飛船的長征七號遙三運載火箭,在位于海南省的文昌航天發射場點火發射。

  約604秒后,飛船與火箭成功分離,精確進入預定軌道。21時17分,太陽能帆板兩翼順利展開工作,發射取得圓滿成功。

  兵馬未動,糧草先行。距離天和核心艙發射升空30天后,中國向空間站核心艙成功發出了第一件快遞“包裹”。

  “大力水手”托舉深空夢想 

  與敦實憨萌的“胖五”——也就是長征五號運載火箭相比,長征七號遙三運載火箭的身材顯得修長。但事實上,它總長53.1米,比“胖五”要短3米多。

  作為新一代高可靠、高安全的中型液體運載火箭,長征七號是為滿足搭載天舟系列貨運飛船的專屬需求量身研制。因其“兩級半”的構型,僅從外形來看,它比“胖五”的“一級半”構型更勻稱——如果說“胖五”像舉重運動員,長征七號則更像健身房里的教練。

  “力氣大”,是空間站建設對長征七號火箭最基本的要求。雖然不如“胖五”體態雍容,但長征七號的起飛重量達到了597噸,近地軌道運載能力達到13.5噸,躋身中國火箭“四大力士”之列,是名副其實的“大力水手”,達到了國外同類火箭先進水平。

  “大力水手”這一次的任務,就是將滿載大批物資的天舟二號貨運飛船送到預定軌道。為了“力氣大”,長征七號使用動力更強勁的液氧煤油做燃料,還將助推器主捆綁結構的安裝間隙由5毫米壓縮到4毫米,這不僅減少了火箭飛行時的振動,也增加了助推傳力。

  “成功是我們唯一的選項?!被仡欓L征七號的研制過程,火箭總設計師程堂明用這句話來表明自己的信心和決心。研制項目正式啟動以來,長征七號團隊瞄準空間站建設,以精益求精的鑄“箭”精神和萬無一失的嚴謹作風,全力以赴為使命和榮譽而戰。

  2016年6月25日,長征七號在新建成的文昌航天發射場首飛成功。

  2017年4月20日,長征七號托舉著天舟一號貨運飛船騰空而起。這是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。

  這一次,長征七號又一次成功升空,為空間站天和核心艙送去生活物資、實驗設施和推進劑,拿下了中國空間站工程建造階段承上啟下的又一重要環節。

  按照空間站在軌建造任務規劃,到2022年底,我國將連續實施11次發射任務,其中4次貨運飛船發射都將由長征七號火箭“承運”?!碍h環相扣,就像接力賽跑,每發任務的成敗都關乎中國空間站建造計劃能否順利實施?!遍L征七號運載火箭試驗隊主任設計師徐利杰說。

  為確保運載能力和滿足交會對接的需求,科研團隊對長征七號火箭進行了大量優化改進設計,圍繞技術狀態確認、關鍵環節保證等方面開展了“再分析、再設計、再驗證”,火箭的技術狀態發生了100多項變化。

  為滿足飛船與空間站的交會對接需求,科研團隊將精確到秒的發射“零窗口”拓展為2分鐘左右的“窄窗口”。通俗地說,如果火箭起飛時間出現了2分鐘以內的偏差,火箭可以根據起飛時間自行修正飛行軌跡,保證貨運飛船仍然能夠進入核心艙所在的軌道面,為后續的交會對接奠定基礎。

  細心的人們會發現,這一次火箭點火的瞬間,“大力水手”的尾部沒有出現因四氧化二氮不充分燃燒而形成的紅色“煙霧”,取而代之的是如同棉花糖般的“白煙”。

  那是因為長征七號裝備了具有自主知識產權的新型液氧煤油發動機,煤油在不充分燃燒條件下,產生的顆粒和水蒸氣混合凝結,形成的“煙霧”呈白色。

  僅此一項技術改進,長征七號的推力提高了60%。

  “快遞小哥”穿梭天地走廊 

  大大小小包裹160多件,兩件分別重達100多公斤的航天員艙外服,還有3噸推進劑——天舟二號貨運飛船并不是世界上最大的貨運飛船,但裝的物資卻達到了6.8噸,超過了飛船自重。

  遠離地球,空間站里吃的、穿的、用的,乃至呼吸所需的物資,都要由貨運飛船及時送達。天舟貨運飛船與長征七號火箭一起,共同構成了空間站貨物運輸系統,實現了“人貨分裝”,成為中國載人航天工程中的“快遞小哥”。

  “去”的時候,天舟二號可為空間站送去各種生活物資、推進劑、平臺維修設備附件及各種消耗品、載荷設備等補給物資?!盎亍钡臅r候,天舟二號還將帶走和銷毀空間站廢棄物。

  與天舟一號相比,天舟二號在構型上與其基本一致,采用了全密封貨物艙和推進艙組合而成的兩艙構型,總長10.6米,最大直徑3.35米。

  在承擔的任務上,天舟二號則有其鮮明的特點。

  為了裝得更多,科研團隊根據貨運飛船的圓形艙體結構,一共設計了26種不同尺寸規格、不同形狀的貨包,像搭積木一樣組合放置進蜂窩板形成的一個個貨格之中。每個貨包都會被類似飛機座椅的安全鎖扣穩當固定住,單手就可以取下來。這些物資,可以滿足3名航天員3個月太空生活的需要。

  不僅裝得多,而且送得快。天舟二號的快速交互對接系統已經提前安排好入軌后的動作時序,節省了指令在天地間傳達的時間,也免去地面臨時注入程序的流程,從地面“發貨”到“快遞小哥”來敲門的時間大約7個小時,堪比“同城快遞”,實現了空間站任務物資運輸快速補給。

  不僅送得快,天舟二號還設計了多個與密封艙隔離的“油箱”,具備“危險品運輸資質”。除了運輸生活物資、實驗設施外,天舟二號還攜帶了3噸推進劑,交會對接之后,就搖身一變成為空間站的“加油站”。

  不僅能加油,還能給空間站充電。天舟二號貨運飛船有自己獨立的能源系統,可以實現能源自給自足??坎纯臻g站期間,天舟二號和空間站之間可以互相輸送補充電能資源——靠泊期間的天舟二號處于休眠狀態,自身能源需求小,富余出來的電能就可以輸送到空間站,為航天員活動提供保障,同時支撐一些電能消耗較大的科學實驗。

  天舟二號還是一個“儲藏室”。完成交會對接后,航天員會進出天舟二號取用生活和工作物資。為了讓航天員在天上也可以方便快捷地取用、查找自己想找的物資,“儲藏室”里的每件貨物上都粘貼了一個具備無線射頻識別功能的標簽,使用專用設備能進行智能定位。

  天舟二號有存放垃圾的職能,是一個太空“垃圾桶”。航天員在空間站里產生的生活垃圾、人體排泄物,都會集中到天舟二號艙內存放。完成使命后,天舟二號將帶走這些廢棄物,在墜入大氣層的過程中一同燒毀。

  18立方米貨物裝載體積,除了留出航天員艙內活動空間,還同時具備這么多的功能且保持重量均衡,科研團隊在布局設計上用足了智慧。強大的送貨和補給能力,也將對延長空間站壽命和航天員在軌駐留時間起到重大作用。

  再過一段時間,中國航天員將搭乘神舟十三號載人飛船來到太空。相信他們在進入天和核心艙后,打開天舟二號貨運飛船艙門的那一刻,一定會有“拆快遞”的驚喜。

  “濱海福地”續寫航天新篇 

  沒有建成發射場之前,海南文昌以僑鄉聞名,120多萬祖籍文昌的海外僑胞分居在世界50多個國家和地區。

  歷史上,文昌還是“一里三進士”的文化之鄉、誕生了200多位軍隊高級將領的將軍之鄉。因為三面臨海,負氧離子含量高,文昌居民的平均壽命高達81.85歲,是一個人杰地靈的福地。

  2007年8月,我國決定在海南文昌建設新一代最先進的航天發射場。2009年9月,文昌航天發射場在文昌市龍樓鎮破土動工。繼酒泉、太原、西昌3大發射場之后,文昌航天發射場于2016年全面建成并投入使用,文昌這塊“濱海福地”又多了一個“航天城”的美譽。

  作為中國首個開放性濱海航天發射場,也是世界上為數不多的低緯度發射場,文昌航天發射場主要承擔地球同步軌道衛星、大質量極軌衛星、大噸位空間站和深空探測衛星等航天器的發射任務。5年來,天舟一號、天問一號、嫦娥五號、天和核心艙、天舟二號……一個個大國重器從這里飛向太空。

  這一次,文昌航天人在承壓中奮戰,在堅守中前行,按照“確保萬無一失、圓滿成功”的要求,嚴格落實載人航天工程質量標準,專題組織發射區綜合檢查,全面檢查設備設施、特燃特氣、物資器材等準備情況,僅推進劑加注搶險、消防救護等演練就組織了數十次。

  航天發射是一項高風險的科技活動。原定于5月20日凌晨的天舟二號發射任務,因技術原因推遲實施,發射場系統承受著不小的壓力。

  與傳統發射任務相比,天舟二號發射任務,不僅要將飛船精確送入預定軌道,還要將貨運飛船發射到天和核心艙所在的空間軌道面內,實現貨運飛船與天和核心艙的交會對接。一旦火箭起飛時間偏離了發射窗口,將錯過空間站所在的軌道面,導致貨運飛船需要較長時間的軌道調整,消耗更多的推進劑,甚至影響交會對接任務。

  為確保發射任務在既定窗口時間進行,文昌航天發射場的氣象保障人員加強對雷電、強降水、淺層風、高空風的技術研究,收集整理了場區近15年的氣象數據,為天舟二號的“窄窗口”發射提供分時分段、精細精確的氣象保障。發射場短時預報準確率達到95%以上,具備提前7天預報發射日天氣、提前8小時準確預報窗口天氣的監測能力。

  長征七號火箭是一型低溫推進劑火箭。低溫推進劑蒸發量大,為確保運載能力和發動機啟動條件要求,發射前需要開展一系列復雜的動作,哪個環節出現異常都將影響發射。5月16日,船箭組合體轉運至發射區后,發射場不分晝夜滿負荷運轉,部署強化統一領導,加強組織指揮、資源連續保障、重大風險防控,總裝、測試、合練……

  高強度發射任務也將一批年輕技術骨干摔打磨礪成才,一批“高學歷”“善決策”“能擔當”的科技人才活躍在航天發射前沿陣地,成為航天事業薪火相傳的支撐。

  “3個月內連續承擔3次重大航天發射任務,文昌航天發射場綜合測試發射能力得到持續提升?!蔽鞑l星發射中心黨委書記董重慶說,文昌航天發射場緯度低、發射效費比高,射向寬、安全性好,海運便捷、可行性強,無毒無污染、綠色環保,在建設航天強國的征程中獨具優勢、堪當重任。


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