「科技周」全能“天舟”所托必达:除了送“快递”,还能做什么

「科技周」全能“天舟”所托必达:除了送“快递”,还能做什么

2021年年底,中国载人航天工程办公室发布公告,首次公开征集天舟飞船搭载科学技术试(实)验和应用项目。

也许有人会好奇:天舟不是给空间站送“快递”的么?它怎么还搭载科学实验?

货运飞船是为空间站服务的空间物资运输载人航天器,旨在通过运输食物、推进剂和其他物资来支持空间站的建造与运行,并携带空间站重要货物返回地面。然而,作为一款运输效能高、任务范围广、自主能力强的货运飞船,天舟在满足空间货物运输主任务的同时,还具备了多维度在轨服务拓展能力,可谓“任务多面手”。

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天舟和它的同行们、前辈们

1978年1月,苏联发射了第一艘“进步号”货运飞船。2008年3月,欧洲发射第一艘自动转移飞行器(ATV),2009年09月日本H2转移飞行器(HTV)成功首飞。借助NASA“商业轨道运输计划COTS”和“商业乘员发展计划CCDev”,SpaceX公司和轨道科学公司先后发射了“龙”号货运飞船和“天鹅座”货运飞船。

天舟货运飞船是我国载人航天工程重要组成部分,是我国自主研制的第一型专用空间物资运输航天器。

2017年4月20日,天舟一号成功发射。2017年9月22日,天舟一号圆满完成了空间实验室阶段收官任务。

天舟二号、天舟三号于2021年5月和9月成功入轨,均采用全相位全自主快速交会对接方式与核心舱后向端口对接,同时停靠空间站核心舱,运行状态良好。

天舟四号已于2022年5月10日发射,成功对接空间站天和核心舱。

天舟四号任务标识

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运输能力最大、效率最高的现役货运飞船

天舟货运飞船面世之前,欧洲的ATV(Automated Transfer Vehicle/自动转移飞行器)是运输能力最大的货运飞船——运力达到7.6吨,但起飞总重超过20吨。由于经济性欠佳,ATV已于2014年退役。

欧空局ATV货运飞船

天舟货运飞船运输能力6.9吨,是国外现役最强“天鹅座”(Cygnus)飞船的2倍,接近ATV的运输量,但起飞总重仅为13.5吨,效率大幅提升,单位运输成本显著降低。

由于天舟属于服务型大型载人航天器,平台功能强大,安全性可靠性高,设计之初即考虑多任务应用。其功能不限于货运任务,而是充分挖掘平台潜力,力争一次任务多重效益。

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空间站组合体运行不可或缺的帮手

在停靠空间站之后,天舟并不是简单地进入休眠状态,而是融入组合体,成为空间站运行不可或缺的一部分。

两艘货运飞船与核心舱形成的组合体

空间站需要长期在轨运营,而其推进系统维修更换不易,因此天舟承担了组合体姿态和轨道维持任务。它使用自身发动机保持组合体运行姿态稳定,定期进行姿态轨道抬升,根据预警预报机动规避空间碎片。如此,可以大幅减少空间站推进系统使用,节省其工作寿命,以支持长期在轨运营。

信息供电与空间站一体化,是组合体飞行期间的基本状态。作为母船的空间站可以为天舟补充电能并代传数据,天舟电量充足时也可以向空间站母船反向供电,能源双向共享。应急状态下,天舟可以作为中转站代传空间站数据,建立与地面应急通信渠道,为排故处置提供保障。

空间站运行期间,会产生各种类型的废弃物。这些废弃物不能合理放置和销毁处置的话,长期堆积会污染环境,占据宝贵空间。早期国外空间站存在直接向太空抛散废弃物的情况,成为空间垃圾,存在威胁其他航天器运行的风险。作为负责任的大国,我国为天舟赋予了废弃物有控销毁的义务。天舟在组合体飞行期间存放各类废弃物,任务末期携带其再入大气层销毁。

虽然是货运飞船,天舟的密封舱内仍然维持了良好的载人环境。由于噪声水平很低、空间比较大,航天员可以在天舟内部享受工作之余的宁静和舒适。

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空间试(实)验平台

天舟可以根据任务要求调整货物配比,试验载荷搭载量大。货物舱舱内舱外均可安装载荷,可支持试验领域广。空间站阶段,天舟以每年1~2艘的频度发射,具备成为常态化试验平台的天然优势。

中国载人航天工程办公室面向社会征集科学技术试(实)验和应用项目,以充分利用天舟货运飞船资源,发挥载人航天工程综合效益,促进科学技术创新研究和航天人才培养。其密封货物舱内可以开展微重力流体物理与热物理、微重力燃烧科学、空间材料科学、微重力基础物理、空间元器件等方面的科学和技术试验,可以搭载对地、对天观测试验装置,开展500km~90km轨道高度各类空间环境探测。同时,这一平台还能作为航天科普教育和国际合作交流的窗口,欢迎国内外中小学生、院校基于货运飞船开展科普教育和科学试(实)验。

除空间物资运输主任务之外,天舟还能为试验载荷提供基本的机械安装、供电和信息接口支持,单次任务可以余出的约300千克重量用于上行试验载荷,并充分利用剩余推进剂开展技术试验。

天舟是仅次于空间站的大型航天器。作为交会对接跟踪飞行器,它具有精确自主测定轨以及轨道机动能力。平台100V高压能源体系、中继高速天地通信系统可以满足大部分试验项目需求;3.35米舱体直径具备较大型载荷装载能力。充分利用推进剂的情况下,天舟可以为试验任务留轨6个月以上,达到分阶段充分试验的目的。

任务末期脱离空间站后,天舟可以根据试验需要与空间站编队飞行,相互配合;也可以撤至不同轨道高度,拉大相位差,避免试验对空间站运行产生影响;还能释放微纳卫星、机动飞行器,任务适应好。一次任务中,微纳卫星释放数量可达数十颗,能够对小卫星创新设计和立方星大赛等活动提供支撑。

来源:中国科普网

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