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天舟四號對接長七 中國人圓夢「太空定居」

天舟四號貨運飛船成功發射。(新華社)
天舟四號貨運飛船成功發射。(新華社)

天舟四號和「太空快遞小哥」長征七號合體宇宙級「送貨」,開啟中國人「太空定居」新時代。

5月10日1時56分,天舟四號貨運飛船成功發射,飛行約6.5小時後與空間站組合體對接,交會對接完成後轉入組合體飛行段,正式開啟中國空間站全面建造的大幕。此次發射是空間站建設從關鍵技術驗證階段轉入在軌建造階段的首次發射。預計今年還將執行5次宇航發射任務,完成空間站在軌建造。從六大關注焦點可看出此次任務對中國航天發展的意義重大。

關注1:天舟四號飛船肩負哪些使命?

新京報報導,天舟四號任務是中國全面完成空間站建設、實現載人航天工程「三步走」戰略目標的關鍵之戰,將為穩步推進中國空間站工程任務、打造國家太空實驗室奠定堅實基礎。

航天科技集團五院天舟貨運飛船系統主任設計師楊勝表示,「天舟四號貨運飛船為全密封貨運飛船,是現役貨物運輸能力最大、在軌支持能力最全面的貨運飛船。」它承擔著為神舟十四號乘組提供物資保障、空間站在軌運營支持和開展空間科學實驗的使命,停靠空間站期間將實施貨物補給、推進劑補加。

關注2:為空間站帶去哪些「大禮包」?

航天科技集團五院貨運飛船系統總設計師白明生表示,天舟四號共裝載200餘件(套)貨物,其中包括貨包貨物和直接安裝貨物,將為神舟十四號航天員6個月在軌駐留、空間站組裝建造、開展材料科學實驗等空間應用領域提供物資保障。

在貨物裝載方面,天舟四號攜帶上行物資總重約6噸,比天舟三號多了300公斤。這次沒有再帶艙外航天服,上邊已經有3套了。與天舟三號相比,天舟四號增加了貨包色彩標識,航天員查找貨物將更加直觀。貨物艙中的貨格與蓋板增加尼龍搭扣連接方式,在軌可隨時開合。

關注3:天舟貨運飛船有何技術創新?

據中國航天科技集團有限公司所屬中國運載火箭技術研究院(簡稱「火箭技術研究院」)介紹,天舟貨運飛船在技術上在四個方面有所創新。天舟貨運飛船的上行載貨比、貨物運輸、推進劑補加等綜合能力比肩甚至優於國際現役貨運飛船。它還突破了推進劑補加技術,是中國空間站組裝建造和運營的關鍵技術之一。

天舟貨運飛船以天基測控體制為主的原則設計,實現了關鍵事件全程跟蹤測控、在軌異常及時監測處置,減少對陸基測控站和海基測量船的依賴。飛船還具備在6.5小時內自主規畫、多次變軌實現交會對接能力。

天舟四號貨運飛船與空間站組合體完成自主快速交會對接 。(新華社)
天舟四號貨運飛船與空間站組合體完成自主快速交會對接 。(新華社)

關注4:天舟貨運飛船如何進行燃料補加?

截至目前,世界上掌握了在軌推進劑加注技術的國家只有俄羅斯和美國,其中實現在軌加注應用的只有俄羅斯,採用的是氣體回用法。考慮中國空間站長期在軌推進劑補加需求,天舟貨運飛船聯合空間站採用「增壓氣體回用+推進劑恆壓擠壓」技術方案。

貨運飛船完成與被補加飛行器的推進劑管路對接與密封,由被補加飛行器壓氣機將貯箱氣腔內增壓氣體回抽至氣瓶,降低貯箱背壓,以具備接收推進劑條件,貨運飛船再以恆壓方式將推進劑輸送至被補加飛行器膜盒貯箱,並吹除連接管路推進劑和脫開連接管路,完成推進劑補加。

關注5:如何「萬里穿針」精準實現「太空之吻」?

要在茫茫太空中將「時鮮貨」送達,天舟四號貨運飛船需要「萬里穿針」,與空間站精準、安全、可靠對接,實現「太空之吻」。中國空間站的建造猶如「搭積木」,而連接起各個艙段的「關節」正是對接機構。

設計師充分考慮到未來空間站建造需要適應8到180噸各種噸位、各種方式的對接,系統性地提出了可控阻尼的控制思路,通過緩衝等措施,既不影響捕獲性能,又可以抵消撞擊的能量,突破了這項關鍵技術。

關注6:何時完成空間站在軌建造?

根據任務安排,發射天舟四號貨運飛船後,6月將發射神舟十四號載人飛船,7月發射空間站問天實驗艙,10月發射空間站夢天實驗艙,空間站的三個艙段將形成「T」字基本構型,完成中國空間站的在軌建造。之後還將實施天舟五號貨運飛船和神舟十五號載人飛船發射任務。

天舟四號貨運飛船與長征七號遙五運載火箭組合體於發射前進行垂直轉運。(新華社)
天舟四號貨運飛船與長征七號遙五運載火箭組合體於發射前進行垂直轉運。(新華社)

報導指出,神舟十四號和神舟十五號兩個乘組均由三名航天員組成,都將在軌飛行6個月,並將首次實現在軌乘組輪換,實現不間斷有人駐留。兩個乘組6名航天員將共同在軌駐留5到10天。中國還將研製都可以重複使用的新一代載人運載火箭和新一代載人飛船,並開展更大規模的空間研究實驗和航天醫學等新技術驗證,有望在科學探索和應用研究上取得重大成果和突破。

太空快遞小哥 如何月內完成任務

為滿足未來空間站運營需求,搭載天舟四號貨運飛船的長征七號遙五運載火箭,在發射前進行流程優化,將測發周期由原來的31天縮減到27天。長七火箭在研製之初,就把燃料加註後停放24小時作為一項設計標準納入研製過程,因此具備「想打就打」的發射能力。這也是長七火箭首次實現在一個月內完成測試、發射。

澎湃新聞報導,長征七號運載火箭是中國新一代中型運載火箭,起飛重量597噸,運載能力近地軌道13.5噸,首飛以來共執行四次天舟系列貨運飛船發射,向空間站及空間實驗室運送貨物和推進劑等物資,因此被譽為「太空快遞小哥」。本次也是長征系列運載火箭的第420次飛行。

火箭院長七火箭總體主任設計師邵業濤表示,本次是長七火箭與天舟系列貨運飛船第四次攜手奔赴太空,「快遞小哥」與它的「乘客」已十分「默契」,火箭總體技術狀態逐漸趨於穩定。

地面系統恢復節省2.5天

火箭技術研究院火箭系統工作人員表示,本次任務中,火箭共有射前流程優化和可靠性提升等17項技術狀態變化。包括:在發射日並行加注液氧煤油,減少射前準備時間、降低對人員設備氣象保障等條件的要求、提高發射可靠性;合併第一次總檢查與真增壓匹配測試,確保測試覆蓋性的同時,減少重複性測試等。

文匯報報導,地面設備恢復,是火箭進場的第一項工作,火箭技術研究院團隊對地面設備恢復階段的工作進行優化、合併,節省測試時間約2.5天。

發射場的地面設備適用於多型火箭,因此在壓縮流程、精簡項目必須經過統籌規畫。在設計流程時,要把前一發、後一發火箭聯動起來考慮,讓流程靈活而富有彈性。

為確保火箭芯級和整流罩在兩個廠房裡同時出箱,總裝團隊全員上陣,工藝員、調度員、檢驗員和負責質量、信息化的人員全部達到現場,將3天工作壓縮至2天。

據報導,在出發前,研製團隊綜合設計、工藝、一線工人和操作手的意見,對火箭結構自檢流程進行梳理,將流程時間誤差精確到10分鐘以內。

火箭產品出箱,涉及箭體和整流罩兩條戰線。經過連續5天的高強度工作,遙五火箭比以往提前一天完成垂直總裝,流程如期壓縮一天。

發射日流程壓縮4小時

本次發射任務長征七號運載火箭進行液氧-煤油並行加註,將發射日12小時流程縮減至8小時,是一項極具挑戰性的工作。

與以往長征火箭發射前幾個小時開始加注不同,長七火箭經過專門設計和演練,它的液氧和煤油推進劑組合雖然屬於低溫燃料,但可以安全停放24個小時,以靈活應對多種發射需求,且在發射前程序最為複雜的階段,減少工作量,為成功發射爭取更多有利時間,提高可靠性。

民眾觀看長征七號遙五運載火箭點火升空。(中新社)
民眾觀看長征七號遙五運載火箭點火升空。(中新社)

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