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天舟天宫昨顺利完成首次对接 上演“太空芭蕾”

字号+ 作者:王鹏飞 来源:摘自创新火锅 20170424 我要评论

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  “太空快递小哥”已到达,天宫二号请签收!于4月20日19时41分发射成功的天舟一号,经过一天多的飞行,在昨天12时23分与天宫二号空间实验室顺利完成自动交会对接。这是天宫二号自2016年9月15日发射入轨以来,首次与货运飞船进行的交会对接。

  完美对接 不需要事先“找平”

  在科技人员精确控制下,天舟一号货运飞船经多次变轨,于22日10时02分转入自助控制状态,以自主导引控制方式向天宫二号空间实验室逐步靠近。

中国自主研制的首艘货运飞船“天舟一号”于4月20日晚间19时41分在海南文昌航天发射场成功发射升空。赵彦勋 摄
中国自主研制的首艘货运飞船“天舟一号”于4月20日晚间19时41分在海南文昌航天发射场成功发射升空。赵彦勋 摄

  经北京航天飞行控制中心就对接准备状态进行最终确认,天舟一号开始向天宫二号缓缓靠拢。12时16分,天舟一号与天宫二号对接环接触,在按程序顺利完成一系列技术动作后,对接机构锁紧,两个飞行器建立刚性连接,形成组合体。

  到昨天,天宫二号在太空飞行已经200多天了,去年10月19日,搭载着航天员景海鹏、陈冬的神舟十一号,与天宫二号成功交会对接,形成组合体,两位航天员在这个组合体里,整整驻留了30天,创造了中国航天员太空驻留时间的新纪录。

  我国首艘货运飞船于20日晚在海南文昌发射场发射升空,开始执行为期5个多月的太空飞行任务。任务中,货运飞船与天宫二号将实施三次交会对接,这在我国航天历史上还是第一次。三次交会对接主要目的是验证货运飞船的能力、绕飞至前向对接技术及自主快速交会对接技术。

  天舟一号的交会对接能力,比它的神舟飞船兄弟们已经有了质的飞跃,已经具备了360度相位差的交会对接能力,不同于以往神舟飞船和天宫目标飞行器在对接前要先费劲找平,本次天舟一号、天宫二号在飞行轨道的任意相位差条件下均可实现完美对接。

  高速飞行 “大块头”温柔拥抱

  如果把神舟八号载人飞船对接机构称为第一代对接机构,那么天舟一号货运飞船对接机构可称为第二代产品,这次是第二代的首飞。

  之前天宫与神舟的交会对接被媒体比喻为“在茫茫太空中穿针引线”,此次“快递小哥”身兼“太空加油”任务,对接精度更是提高一倍,保证不漏油。

  不光要“对得上”,还要能“分得开”。就好像笔杆和笔帽的关系,笔帽卡太紧,有可能拔不下来。万一出现这种状况,对接机构的分离推杆力能克服故障状态下的力,使航天器正常分离。

  此前,神舟飞船和天宫飞行器都是8吨级的航天器,二者的交会对接已经是高难度动作。13吨级的“大块头”天舟一号以子弹飞行速度的8倍在轨飞行,要尽量温柔地“拥抱”同样高速飞行的天宫二号,难度可想而知。

  而未来空间站建设中更将涉及8至180吨航天器各种方式的交会对接,要满足这些“重量级”要求,升级对接机构成为必然选择。更大型航天器的交会对接将会产生巨大的对接能量,对于对接机构的缓冲耗能能力提出了很高的要求。因此,中国航天科技集团设计团队在第二代对接机构上增加了用于缓冲撞击能量的可控阻尼器,既不影响其原捕获性能,又实现了对接机构捕获后的大吨位耗能需求。

  高难动作 表演各种“太空芭蕾”

  本次天舟一号新增加了星敏感器,将确保货运飞船交会对接过程中姿态更加精准。由于货运飞船发动机的配置数量、推力大小和神舟飞船都不一样,所以本次交会对接,实际上是对现有技术实现的又一次验证。同时,这次交会对接还有一个比较显著的特点,就是新研的光学成像敏感器首次在阳照区开展工作,这要求敏感器等设备,在已经非常明亮刺眼的环境下找到标识目标,好比人们对着阳光看天上的景物,带来的考验比之前更难,这次试验将检验我国交会对接“全天时”工作能力。

  完成第一次交会对接不久,天舟一号和天宫二号将表演各种“太空芭蕾”,天宫二号转体180度,天舟从天宫二号下方绕飞,同时转体180度,加速赶到天宫一号前方,最终从“前”向与天宫二号进行了第二次交会对接。绕飞,是一种高难度的太空动作,需要飞行器进行多次变轨和姿态机动来完成。

  在任务末期,科研人员还特别为天舟一号安排了一次“以快制胜”的交会对接试验。同以往神舟飞船交会对接需要大约两天时间相比,天舟一号将进行快速交会对接试验,将验证从入轨到交会对接成功仅需要大约6.5个小时的系列支撑技术。

  一船多用 40台设备进行13项实验

  天舟一号是一艘货运飞船,然而它的功能却不仅仅局限于货物的运输。此次天舟一号发射除了完成交会对接、为天宫二号空间实验室补加燃料之外,它身上还携带了大量的实验设备,在太空运行期间要进行多项实验试验。

  此次天舟一号上总共搭载了40台设备,要进行13项太空实验试验,真正做到了一船多用。

  将要在天舟一号上进行的太空实验,包括新型元器件在轨验证,空间环境探测、力学环境测量,以及生命科学方面的实验等涉及众多领域。未来我国将要建设的空间站体积庞大,在太空运行过程中难免会受到太空碎片的撞击。

  此前,天宫二号空间实验室里因为有航天员驻留,可以展开各种各样的太空实验。而这次天舟一号上并没有航天员,并且飞船最终将陨落大海,这么种类繁多的太空实验到底是如何进行的呢?设计师介绍,其实只要通过数据和影像的传输,科研人员在地面就可以全程监控实验进展。

  通过科研人员巧妙的设计,太空实验设备可以装在货物舱内部,也可以悬挂在船体外侧,这样既提高了空间利用率,也最大程度满足了不同试验的需求。

  此外,天舟一号还干了一件重要的事,就是建立了一套标准的实验设备与飞船相连的接口。这就好比一个人有手机、平板电脑等多台电子设备,如果它们的数据接口不相同,就需要许多的数据线,如果所有电子设备接口统一了,那么只需要一根线就可以统统搞定。据介绍,在此后的空间站建设中,也将借鉴此类做法。

  北京晨报记者 韩娜

  

  4月20日19时41分,天舟一号在海南文昌发射场升空。

  

  4月22日9时许,天舟一号和天宫二号捕捉到对方的身影。

  

  4月22日10时02分,天舟一号顺利来到了天宫二号后下方52公里处。

  

  约1个小时后,天舟一号成功进入到5公里停泊点。从5公里停泊点到400米停泊点,天舟一号走了40多分钟。

  

  4月22日12时23分 天舟一号与天宫二号紧紧相连。

  

  第一次:与去年天宫二号主动调整轨道和姿态迎接神舟十一号载人飞船交会对接不同,这次出于适应未来空间站的需要,天舟一号要适应天宫二号的位置进行轨道调整。

  第二次:天宫二号进行180度转向,天舟一号通过全自主绕飞,从下方绕飞到天宫二号前方进行第二次交会对接。

  第三次:在6.5小时内完成两个航天器之间的交会对接。

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本文由创新火锅war.fudanmianyi.com实习记者郑小格20170424日整理编辑报道!



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