昨日，“快遞小哥”我國第一艘貨運飛船“天舟一號”搭載著(zhù)各類(lèi)物資成功飛上太空?！疤熘垡惶枴贝舜芜M(jìn)入太空，將與“天宮二號”進(jìn)行交會(huì )對接，開(kāi)展推進(jìn)劑補加等相關(guān)試驗?！疤熘垡惶枴敝凰拓洸凰腿?。此次任務(wù)是空間實(shí)驗室飛行任務(wù)的收官之戰，標志著(zhù)我國載人航天工程“三步走戰略”的第二步圓滿(mǎn)結束。
首次在軌補加、首次快速對接、首次自主繞飛
“快遞小哥”遨游太空施展武藝，當然少不了亮幾手絕活?！敖^活”之一就是推進(jìn)劑補加，這是“天舟一號”貨運飛船最大的亮點(diǎn)，也被稱(chēng)為“太空加油”。這是國內首次“太空加油”，將填補中國航天領(lǐng)域的空白，實(shí)現我國空間推進(jìn)領(lǐng)域的又一次技術(shù)跨越。
有人說(shuō)空間交會(huì )對接，就好比在茫茫大海中穿針引線(xiàn)。此次“天舟一號”需要進(jìn)行液體推進(jìn)劑補加，精度要求提高了一倍。中國航天科技集團公司八院主任設計師邱華勇說(shuō)：“因為要進(jìn)行液體補加，對接精度大幅度提升。為此，必須通過(guò)導向板、機構和導向銷(xiāo)套三個(gè)措施進(jìn)行校正，以此保證精準插合?！?br> 在本次飛行任務(wù)中，“快遞小哥”施展的另一“絕活”是快速交會(huì )對接?？焖俳粫?huì )對接技術(shù)核心在“快”，從發(fā)射到具備交會(huì )對接條件時(shí)間很短，從以天計算縮短到以小時(shí)計算。此前從發(fā)射到交會(huì )對接，飛船需繞地球30多圈，而采用快速交會(huì )對接后僅需幾圈。也就是說(shuō)，從入軌到對接成功僅需要幾個(gè)小時(shí)，且以飛船的自主制導和控制為主，基本上相當于乘坐高鐵從北京到上海的時(shí)間。
空間站建成后重量將達到百?lài)嵓?，當有飛船造訪(fǎng)進(jìn)行交會(huì )對接時(shí)，不可能為了迎合飛船而大幅度調整姿態(tài)。因而，“快遞小哥”的又一“絕活”閃亮登場(chǎng)——全自主繞飛。繞飛是一種高難度的太空飛行，需要飛行器進(jìn)行多次變軌和姿態(tài)機動(dòng)來(lái)完成。與神舟十號載人飛船在地面人員支持下進(jìn)行的繞飛不同，此次貨運飛船繞飛全程均是船上軟件自主規劃完成，即當繞飛指令發(fā)出，飛船上制導導航與控制系統的計算機便開(kāi)始自主規劃軌跡，自主進(jìn)行變軌控制，自動(dòng)進(jìn)行姿態(tài)機動(dòng)，不需要地面人員干預。不僅減輕了地面保障人員的工作強度，更可以實(shí)現測控區外的自主繞飛。
能源系統升級、計算系統升級、雷達系統升級
“快遞小哥”一出世，就引起廣泛關(guān)注，這可是我國目前體積最大、質(zhì)量最重的航天器，最大裝載重量達13.5噸，它的個(gè)頭比“天宮二號”和“神舟”系列飛船都要大。這個(gè)龐然大物是如何做到在天地間往返自如的呢？這就要先說(shuō)說(shuō)它的能源系統。
據中國航天科技集團公司五院貨運飛船系統總體主任設計師于磊介紹，“天舟一號”貨運飛船的能源系統設計，最大的進(jìn)步是基于貨運飛船的任務(wù)目標和自身特性所量身打造的全新體系——高壓全分散配電體系。傳統航天器多采用集中式配電，存在損耗大、環(huán)節多等問(wèn)題，無(wú)法充分發(fā)揮高壓母線(xiàn)的優(yōu)勢。于磊團隊提出的高壓全分散配電技術(shù)方案，仿佛為“天舟一號”打通了“奇經(jīng)八脈”，不僅提高了系統可靠性，而且有效地發(fā)揮了高壓母線(xiàn)的優(yōu)勢。
與“神舟”系列飛船和“天宮二號”空間實(shí)驗室相比，貨運飛船不僅增加了載重量，各系統的復雜度、參數類(lèi)型和數量也成倍增長(cháng)，對儀表顯示系統的功能要求更高。中國航天科技集團公司研制的“圖形化操作界面”綜合顯示單元成功解決了這一難題，航天員可以通過(guò)觸摸進(jìn)行操作，減輕了操作負擔，確保在空間環(huán)境中有效地開(kāi)展工作。
“快遞小哥”上門(mén)服務(wù)，沒(méi)有絕佳的“眼力”肯定是不行的。此次“天舟一號”貨運飛船與“天宮二號”空間實(shí)驗室交會(huì )對接，就依靠該院研制的交會(huì )對接微波雷達練就了“火眼金睛”。
最多發(fā)動(dòng)機、最大載貨比、最新型材料
如果說(shuō)“神舟”系列載人飛船是天地間往返的小客車(chē)，那么“天舟”系列貨運飛船就是天地間的大卡車(chē)。眾所周知，客車(chē)與卡車(chē)之間的最大區別就是動(dòng)力系統，而“神舟”系列載人飛船與“天舟一號”貨運飛船之間，動(dòng)力系統也有很大的區別。
據中國航天科技集團公司六院院長(cháng)劉志讓介紹，在此次飛行任務(wù)中，他們?yōu)椤疤熘垡惶枴必涍\飛船提供了4種共36臺不同推力的發(fā)動(dòng)機，數量比天宮系列目標飛行器增加了近一倍，使得“天舟一號”成為我國發(fā)動(dòng)機數量最多的航天器。
“天舟一號”運載量大，使發(fā)動(dòng)機工作時(shí)間和運轉次數成倍增加，十分考驗發(fā)動(dòng)機的可靠性。36臺發(fā)動(dòng)機如何配合才能令飛船“俯仰有度，動(dòng)靜自如”？研制團隊對發(fā)動(dòng)機的技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行了適應性改進(jìn)，在不改變性能的前提下，降低了發(fā)動(dòng)機工作溫度。
貨運飛船的職責就是要盡可能多地運送貨物，而在動(dòng)力一定的情況下，飛船越輕，就意味著(zhù)載重量越大。這也就是貨運飛船的一個(gè)主要指標——載貨比，我們的“快遞小哥”在上崗前，為了追求最大載貨比，進(jìn)行了一番“減肥塑形”?？萍既藛T經(jīng)過(guò)多次試驗驗證，把“快遞小哥”的連接框設計成鏤空形式，將非受力部分的重量去除掉。最后，每個(gè)連接框的重量都降低到原來(lái)的50%左右，而受力強度一點(diǎn)沒(méi)下降。
據“天舟一號”貨運飛船總設計師白明生介紹，飛船運載能力是根據空間站的規模來(lái)設計的，“天舟一號”的載貨比高，將來(lái)還可以進(jìn)一步優(yōu)化到0.48，該數值將超越歐洲、日本等國家的現役貨運飛船，處于國際領(lǐng)先水平。
“快遞小哥”不僅要準時(shí)送達，還要保證物資安全。為此，“天舟一號”飛船搭載了一個(gè)低溫鎖柜。低溫鎖柜對于隔熱保溫材料的性能有著(zhù)極其嚴格的指標要求，既要絕熱，又要輕薄，這是傳統隔熱材料不能實(shí)現的?？萍既藛T大膽創(chuàng )新，將現有的氣凝膠材料“真空化”，研制出了基于氣凝膠材料的“真空絕熱板”，使得飛船隔熱性能提高了近一倍。
試驗證明，這個(gè)“真空絕熱板”圓滿(mǎn)達到了“天舟一號”低溫鎖柜嚴苛的技術(shù)要求，最終被制作成了“天舟一號”低溫鎖柜的保護外衣。