第A02版:焦点

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2017年04月21日 星期五

 
 

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我国首艘货运飞船天舟一号成功发射 将开启空间站时代

我国首艘货运飞船天舟一号20日19时51分许,在我国文昌航天发射场发射成功。这是我国载人航天工程“三步走”发展战略第二步的收官之作,标志着我国即将开启空间站时代。

天舟一号将与天宫二号进行3次对接

天舟一号是面向空间站建造和运营任务全新研制的货运飞船,全长10.6米、最大直径3.35米,由货物舱和推进舱组成。飞船整船最大装载状态下重达13.5吨,最大上行货物运载量达6.5吨,是我国飞船中名符其实的“大块头”。

19时41分,随着“点火”口令的发出,发射场响起地动山摇般的轰鸣声,拖曳着白色尾焰的长征七号火箭冲天而上。 此时,在太空已巡游7个多月、绕行地球3396圈的天宫二号正在期待这次甜美的“约会”。

2016年9月15日,首艘真正意义上的空间实验室天宫二号发射成功。目前,设计寿命为2年的天宫二号运行状态良好。

约596秒后,飞船准确入轨。天舟一号发射任务发射场区指挥部指挥长张学宇宣布,天舟一号货运飞船发射成功。

按计划,天舟一号将在距地面393公里的轨道与天宫二号进行3次自动交会对接。这在我国载人航天历史上还是第一次。实施推进剂在轨补加是天舟一号这次飞行的另一项重要任务。这项技术是空间站实现长期驻留的必要条件。目前,仅有俄罗斯和美国有过类似的工程应用。

“掌握这些技术,将填补我国航天领域的技术空白,实现我国航天领域的技术跨越。”徐小平说。

天舟一号的设计寿命不少于5个月,其中,组合体计划飞行2个月,天舟一号独立运行不少于3个月。

载人航天第二步收官在即

作为天宫二号空间实验室运行期间的最后一个“访客”,天舟一号会与天宫二号空间实验室进行交会对接,开展推进剂在轨补加、空间科学和技术等试验验证。我国载人航天工程“三步走”第二步收官在即。

上世纪90年代初,中国载人航天工程正式启动,这是一个庞大的工程,国家采取了分步实施的战略,具体分三步:

第一步是载人飞船阶段。在此期间完成了载人飞船的研制,实现了航天员天地往返以及航天员出舱等目标。这一阶段的重点任务包括神舟五号、六号、七号飞船飞行任务。

第二步是空间实验室阶段。到目前为止,已掌握了交会对接技术,成功对航天员中期驻留太空进行了验证。这一阶段的重点任务是天宫一号目标飞行器与神舟八号、九号、十号飞船对接、组合飞行任务,天宫二号空间实验室与神舟十一号飞船飞行任务。接下来,天舟一号货运飞船将与天宫二号交会对接,验证推进剂在轨补加技术,完成运送货物补给任务。

第三步是空间站建设阶段。我国将建造长期有人照料的空间站,这其中“人”和“空间站”是两项最基本也是最重要的因素。空间站要运行,人(航天员)要工作、生活,空间站运转所需的燃料(推进剂)以及人员相应的工作、生活物资必不可少,这就需要有一个专门的运输工具,负责运输货物补给并为空间站“加油”——这个重要使命就由货运飞船担当。

中国航天科技集团五院天舟一号总设计师白明生说,天舟一号此次任务包含了检验“太空加油”技术、三次从不同接口方向进行对接、以天基测控体制为主进行飞行控制等,这是建造空间站需要突破和掌握的关键技术,更是未来空间站运行的基础。

“待天舟一号完成任务,便意味着我国具备了向在轨运行航天器补给物资、补加推进剂的能力,这一能力是确保未来我国空间站在轨长期载人飞行的前提。”白明生说。

“太空快递员”的“秘密武器”

为了这一趟远差,“太空快递员”天舟一号准备了不少秘密武器。

高科技货包

天舟一号精心准备了一种高科技货包来装载货物。这种高科技货包,采用系列化设计,根据货物尺寸,可调节大小、形状。其外观呈乳黄色,采用新型的抗菌防潮防霉布料,里面则使用一种新研制的防火防潮且抗震的泡沫或者气囊来包裹货物,可确保部分货物在货包中安全地存放一年。

保驾护航的利器

于是,为了运输过程更安全,天舟一号随身携带了力学环境测量系统。这套“高大上”的系统不仅可以在天舟一号全飞行时段对传统的振动、冲击、噪音环境进行检测,还可以在第一时间感知到太空垃圾撞击的位置和受损程度。

相对测量子系统

这套系统不仅可以确保天舟一号与天宫二号首次交会对接的自主可控,安全性大大提高,还因为新增的整秒脉冲输出功能,为全船的相关设备都提供了高精度的时间基准。

[侧记]

拂羽飞天启新程

4月20日,海风轻拂椰林,高大挺拔的发射塔架巍然矗立,天舟一号货运飞船进入发射倒计时。

这是天舟系列货运飞船首次飞行,也是天舟飞船与长征七号火箭组成的空间站货物运输系统首次远征。

中国载人航天工程总设计师周建平介绍天舟一号时说,从技术指标上讲,这艘专门为我国空间站设计建造的货运飞船比肩甚至优于国际现役货运飞船。

“各号注意,1小时准备!”

18时41分许,发射任务“01”指挥员王光义的口令响彻发射场区。

“各号注意,30分钟准备!”

加注指挥员张继检查设备、清点人员,向安全区域撤离。起飞重量近600吨的长征七号运载火箭,就是由他们进行液氧、煤油加注的。

无毒、无污染的燃料搭配,不仅让长征七号变得更加绿色环保,也赋予它更强劲的动力,让它能够发射我国截至目前体积最大、重量最重的航天器——天舟一号。

“各号注意,15分钟准备!”

在氮气气源库紧张工作了一整天的陈吉伟和同事们,把设备切换成远程控制模式,最后一批撤离发射场区。余下的工作,将由远在数公里之外的工作人员接手。

“各号注意,5分钟准备!”“各号注意,1分钟准备!”

扶持火箭的摆杆迅速摆开,天舟一号就要离开祖国的怀抱,踏上逐梦太空的征程。

观看发射的人群拿出手机,高高举过头顶,点缀出一片别样的“星空”。

“10、9……3、2、1,点火!”19时41分,伴着山呼海啸的巨响,长征七号运载火箭拖曳着耀眼的白色尾焰拔地而起。

“火箭飞行正常”“跟踪正常”“遥测信号正常”……飞控大厅内,口令声此起彼伏,火箭飞行数据从各测控点接力实时奔涌而至。

约173秒,火箭助推器分离。

约215秒,整流罩分离。

约596秒后,船箭成功分离。遥控遥测数据显示,天舟一号准确进入预定轨道。

海南文昌航天发射场、长征七号运载火箭的首次应用发射任务圆满成功!

人群沸腾了,人们热情地鼓掌、握手、庆祝,许多人情不自禁欢呼起来。无数个日夜的辛苦努力与热切期待,在这一刻发酵成为欢乐的佳酿。

这一天,恰逢“二十四节气”中的谷雨——雨生百谷;呜鸠拂其羽。呜鸠也叫布谷鸟,拂羽而歌是为了提醒人们播撒种子、孕育收获。

再过4天,就是第二个“中国航天日”。

对飞速发展的中国航天事业而言,天舟一号宛若一只振翅飞天的布谷鸟,唱响了遨游太空新征程的又一乐章……

跨出从“普通列车”迈向“高铁”的一大步

解读天舟一号飞行任务七大亮点

中国载人航天科技集团第五研究院货运飞船系统副总设计师徐小平认为,天舟一号的飞行任务有七大亮点。

首次执行货运飞船飞行试验任务

要建造长期有人照料的空间站,就需要输送航天员所需的生活、工作物资和空间站运转所需的推进剂。“天舟系列货运飞船就是面向我国空间站建造和运营物资运输补给任务所研制的全新的载人航天器。”徐小平说,天舟一号物资上行能力超过6吨,是我国目前为止体积最大、重量最重的载人航天器。

首次在轨实施飞行器间推进剂补加

就像汽车需要加油,未来空间站长期在轨也需要“加油”,这项任务就由天舟系列货运飞船来完成。“在天舟一号之前,掌握了在轨推进剂补加技术的国家只有俄罗斯和美国,其中,实现在轨加注应用的只有俄罗斯。”徐小平介绍说,在天舟一号飞行任务中,天舟一号与目前正在轨飞行的我国首个空间实验室——天宫二号将实施我国首次推进剂在轨补加。

首次以天基测控体制为主实施飞行控制

以往,我们对航天器的跟踪、测控以及在轨异常的及时监测处置,主要依赖陆基测控站和海基测量船。

天舟一号货运飞船首次采用了以天基测控体制为主的设计原则。“简单来说,就是将原本在地面或海上的测量系统‘搬’到了天上,避免了在地面或海上的地域限制,实现了对航天器在轨飞行的关键事件的全程跟踪,以确保对在轨异常的及时监测处置,降低了人力物力财力等成本。”徐小平说。

首次大规模推动核心元器件自主可控

为了带动元器件自主研制,加速实现元器件的自主可控,提前验证空间站中所用的关键元器件,作为飞行验证平台的天舟一号首次大刀阔斧地使用了七大类国产新研核心元器件。徐小平认为,元器件的自主可控为我国将来的空间站和载人飞船升级换代打下了坚实基础。

首次开展全自主快速交会对接试验

徐小平告诉记者,在天舟一号之前,我国掌握的交会对接技术需要耗时2天左右,天舟一号将开展自主快速交会对接试验,将交会对接的时间控制在6小时左右。快速交会对接的实现,有利于提高飞行器在轨飞行的可靠性,减少交会对接过程中包括轨道控制等在内产生的资源消耗,同时,更大程度保障飞行器,主要是未来空间站的安全,方便空间站突发事件应急处理。一个形象的比喻是,天舟一号跨出了从“普通列车”迈向“高铁”的一大步,能做到更快、更舒适、更稳妥地运输货物。

首次搭载多项空间应用与技术试(实)验载荷

作为往返于天地之间的交通工具,对比神舟系列飞船的“载人”特点,天舟系列货运飞船的主要功能是“运货”。而作为运货的“太空快递员”,“天舟一号在满足运输货物需求的同时,还最大限度地发挥了平台效能。”徐小平说,天舟一号随船搭载了几十台载荷设备,在轨开展十余项载荷试(实)验,实现“一次飞行、多方受益”。

首次实施主动离轨受控陨落

“天舟一号将在飞行任务结束后,经由地面飞控工作人员决策,实施主动离轨,坠落于南太平洋指定海域。”徐小平说,相较于一般卫星在使命完成后,随着推进剂的消耗殆尽而缓慢降轨,最终在大气层烧毁的结束方式,天舟一号首次采用主动离轨方式落到预定海域,既避免自身成为太空垃圾、避开离轨过程中的不可控因素,又能为打造洁净、安全的太空环境作出自己的贡献。

解读天舟一号飞控六个难点

一是任务状态新,货运飞船瞄准空间站任务功能设计,新状态新技术新设备要求很多飞控工作要从“新”开始。

二是在轨时间长,天舟一号至少在轨飞行5个多月,这是目前中心执行载人航天任务时间跨度最大的一次,对飞控系统稳定性可靠性提出了更高要求。

三是交会模式复杂,交会对接轨道调整为393公里后,增加了发射窗口计算和远距离导引段的不确定性因素,对飞控系统的动态适应性提出了更高要求。

四是轨道控制频繁,任务期间中心要先后实施十几次轨道控制,而且控制要求多样,实施难度非常大。

五是推进剂在轨补加实施周期长、风险高。任务中,中心将控制天舟实施我国首次“太空加油”,持续5天时间,步骤繁多,风险很大。

六是快速交会对接控制精度要求高,首次实施快速交会对接,天地配合复杂、控制约束很多、精度要求很高。

[答疑]

普通人能通过天舟送快递吗

天舟系列飞船可以运送航天员吗?

徐小平(天舟一号货运飞船副总设计师):天舟系列飞船“只运货、不送人”,运送航天员是神舟系列飞船的任务。虽然天舟系列飞船个头更大、空间更多,但其舱段构型和舱内布局都是专门为输送物资设计的,更强调的是“大肚能容”,而不是神舟飞船的安全舒适,并不能用来运送人员。不过可以肯定的是,飞天的“行李”交由天舟来运,神舟飞船就能更加全神贯注地运送航天员了。

天舟系列飞船能给航天员补充新鲜的蔬菜和水果吗?

王为(天舟一号货运飞船主任设计师):没问题,这本来就是天舟系列飞船的职责所在。将来,天舟系列飞船给空间站输送物资时,地面人员会精心挑选一些新鲜果蔬,用抗菌防潮的专用货包包装好,在发射前通过整流罩操作口、货运飞船操作口装进飞船。一切顺利的话,快速交会对接技术可以让航天员们在飞船发射后六七个小时,就能品尝到来自祖国的新鲜美味。

天舟系列飞船能够运送的最大货物尺寸是多少?

贾东永(天舟一号货运飞船机械总体主任设计师):天舟系列飞船能够运送物资的最大重量超过6吨。如果从货物尺寸上来说,这次发射中采用的全封闭飞船,单件货物最大尺寸就会受到交会对接通道的限制。如果将来采用全开放飞船,运输二三十米长的大型舱外货物是没有任何难度的,再加上有些货物运输时可以折叠,最大尺寸到底能有多大,就看工程技术人员的想象力了。

天舟系列飞船是否可以给自己加注燃料?

雷剑宇(天舟一号货运飞船系统总体副主任设计师):天舟不需要像空间站那样长期在轨,发射升空时携带的燃料足够使用,没必要大费周章在太空“加油”。所以,带给空间站的燃料要“专油专用”。

普通人将来能通过天舟飞船送快递吗?

张健(天舟一号货运飞船系统总体副主任设计师):国外有统计数据显示,要将1公斤重的东西送入太空,大约要花费几十万美元。换句话说,普通人如果想通过天舟飞船向空间站快递货物,仍然是不太现实的。

天舟系列飞船烧毁时,能否像流星一样被观察到?

孙勇(天舟一号货运飞船总体部飞控组长):理论上是可以的,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。

本版图、文均据新华社

 

 

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