發(fā)貨到簽收僅8小時(shí)，天舟二號(hào)如何將太空“包裹”安全送達(dá)?

5月29日，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船在海南文昌發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射。8小時(shí)后，天舟二號(hào)與天和核心艙完成對(duì)接，“快遞包裹”順利抵達(dá)目的地。作為貨運(yùn)飛船的天舟二號(hào)此次挑起“太空快遞員”的重任，主要任務(wù)是為空間站提供補(bǔ)給，給航天員日后在太空的生活與工作提供保障。

遙遙天河，天舟二號(hào)如何將太空“包裹”安全送達(dá)?

遠(yuǎn)不止帶貨這么簡(jiǎn)單

根據(jù)計(jì)劃，中國(guó)將于今年6月發(fā)射神舟十二號(hào)載人飛船，3名航天員屆時(shí)將乘坐飛船前往天和核心艙，并在那工作、生活3個(gè)月。為了滿足航天員日常生活所需，天舟二號(hào)提前出發(fā)，滿載著貨物奔向天和核心艙。

天舟二號(hào)的神秘“包裹”里裝了啥?首先是食物補(bǔ)給，太空餐桌上的美食“花樣”不少，魚香肉絲、宮保雞丁等特色菜肴供應(yīng)充足。航天員進(jìn)行太空行走必備的艙外航天服，天舟二號(hào)也貼心送到。這些艙外航天服重量達(dá)100多公斤，共有6層，具有防輻射、防高低溫、壓力調(diào)整等作用，還具備生命保障系統(tǒng)。

“包裹”里的貨物，遠(yuǎn)不止航天員日常所需物品，天舟二號(hào)的使命也不僅限于此。

“空間站在地球低軌道運(yùn)行，會(huì)受到殘存大氣阻力的影響而逐漸降低軌道高度。所以，在空間站軌道降低到一定高度時(shí)，就必須提升它的軌道高度，這就需要加注燃料。此次天舟二號(hào)攜帶了3噸推進(jìn)劑，它們將在空間站的軌道維持方面發(fā)揮重要作用。”全國(guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩說。

此外，空間站建成后，平臺(tái)設(shè)施的搭建安裝等所需材料都要基于貨運(yùn)飛船的運(yùn)輸。“貨物卸載后，貨運(yùn)飛船也可以用作空間站的附加活動(dòng)室，開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，有的國(guó)家航天員甚至在里面休息。”龐之浩說，可見在今后，貨運(yùn)飛船的用途將會(huì)越來越廣。

載荷比世界第一

5月末發(fā)射貨運(yùn)飛船，6月份發(fā)射載人飛船，兩次發(fā)射時(shí)間間隔非常之近，為什么貨物和航天員要分開運(yùn)送?兩次發(fā)射任務(wù)合二為一，豈不是更加方便且節(jié)約成本嗎?

“實(shí)踐證明，這種人貨分開的運(yùn)輸方式，既能增加貨物的運(yùn)載量，又能降低成本，還很安全。”龐之浩說。

早在上世紀(jì)70年代，蘇聯(lián)就開始建造空間站。但是，當(dāng)空間站建成運(yùn)行后，空間站的燃料及航天員的能量補(bǔ)給嚴(yán)重不足，蘇聯(lián)便嘗試使用人貨混裝的載人飛船解決此問題。但這種載人飛船每次只能為空間站運(yùn)送幾百千克的貨物，效率非常低下，成本也極高。無奈之下，航天專家嘗試將“聯(lián)盟號(hào)”載人飛船改造成“進(jìn)步一號(hào)”貨運(yùn)飛船，直接向空間站運(yùn)送貨物，效果反而出人意料地好。

從此，不少國(guó)家積極發(fā)展貨運(yùn)飛船，也正因?yàn)檫@些“專職”的貨運(yùn)飛船，空間站在軌長(zhǎng)期載人航天的需求被大大滿足，人類在太空駐留的時(shí)間才得以不斷刷新。

這次天舟二號(hào)嚴(yán)格控制平臺(tái)自身重量，最大程度提高貨物運(yùn)輸能力——發(fā)射重量13.5噸，運(yùn)貨能力則達(dá)到6.9噸，超過了飛船自重。“要知道，每次我國(guó)發(fā)射‘神舟’載人飛船滿載3人時(shí)，只能攜帶約300千克貨物。”龐之浩說。而此次天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船以最小的結(jié)構(gòu)重量達(dá)到最大的裝貨能力，載荷比達(dá)到了51%，這項(xiàng)重要指標(biāo)位居世界第一。

8小時(shí)就可安全運(yùn)抵

從地面“發(fā)貨”到太空順利“簽收”，僅耗時(shí)約8小時(shí)，天舟二號(hào)憑借快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)完成了這一壯舉。

采用標(biāo)準(zhǔn)模式交會(huì)對(duì)接，從貨運(yùn)飛船進(jìn)入軌道，再到追上空間站完成對(duì)接，整個(gè)過程大概需要繞地球飛行30多圈，運(yùn)行兩天多的時(shí)間。而采用快速交會(huì)對(duì)接模式只需要繞地球運(yùn)行4圈，大大減少了耗時(shí)。如此一來，載人飛船的快速救援、空間站的應(yīng)急維修、資源的供給調(diào)動(dòng)都會(huì)更加靈活、及時(shí)。掌握這項(xiàng)技術(shù)的目前只有俄羅斯和中國(guó)。

為了實(shí)現(xiàn)快速交會(huì)對(duì)接，研制團(tuán)隊(duì)突破了諸多技術(shù)。原本，航天器遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段需要地面干預(yù)，如今這項(xiàng)工作完全交由航天器的星上計(jì)算機(jī)自主運(yùn)行。

發(fā)射和對(duì)接過程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)和撞擊，這將給運(yùn)輸物資中的精密儀器帶來不小傷害。如何保護(hù)這些嬌貴的精密儀器，讓他們順利完成太空任務(wù)?這就需要采用“軟包裝”來實(shí)現(xiàn)精密儀器的裝載、運(yùn)送。

為此，研制團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了可控阻尼的控制思路。“這種包裝與傳統(tǒng)的硬連接不同，它包裹在泡沫或氣囊袋里面，再一起固定在貨架上，能為裝載對(duì)象提供一個(gè)柔軟、高阻尼的分布式系統(tǒng)支撐，從而起到良好的隔離減震效果。”龐之浩表示。

據(jù)了解，我國(guó)將于今年9月、10月分別實(shí)施天舟三號(hào)和神舟十三號(hào)載人飛船任務(wù)。飛行乘組也將由3名航天員組成，在軌駐留6個(gè)月。屆時(shí)，提前出發(fā)的天舟三號(hào)會(huì)做好保障工作，迎接航天員的到來。(實(shí)習(xí)生 季天宇 記者 張 曄)