“天舟四号”冲上云霄 中国空间站建造阶段首飞告捷

“天舟四号”冲上云霄 中国空间站建造阶段首飞告捷
搭载天舟四号货运飞船的长征七号遥五运载火箭,在中国文昌航天发射场点火发射,取得圆满成功。后续,天舟四号货运飞船将与在轨运行的空间站组合体进行交会对接。这是中国载人航天工程的第22次发射任务,是空间站建设从关键技术验证阶段转入在轨建造阶段的首次发射任务。

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     5月10日1时56分,长征七号遥五运载火箭在中国文昌航天发射场点火发射,推举着天舟四号货运飞船奔赴“天宫”。同时,天舟四号货运飞船也是中国进入空间站建造阶段的首发航天器。

  如果说“神舟”系列载人飞船是天地往返的客运列车,那么“天舟”系列货运飞船就是天地间的货运专列,亦被称为“航天快递”。“天舟”的主要任务是为空间站运输货物和补加推进剂,最大上行货物运载能力达6吨以上。

  本次发射中,中国航天科技集团六院为长征七号遥五运载火箭和天舟四号货运飞船配备全部动力,46台发动机全程护送2022年首个“航天快递”奔赴天宫空间站。其中,长征七号遥五运载火箭配备6台120吨级液氧煤油发动机及4台18吨级液氧煤油发动机,这10台发动机接续发力,将货运飞船准确送入预定轨道。

  同时,航天科技六院承担货运飞船推进及补加系统研制项目,配备了25N、120N、150N、490N四种不同推力量级的共36台空间发动机,主要提供货运飞船及组合体姿态及轨道机动所需的冲量,并为空间站/空间实验室在轨补加推进剂,以延长空间站/空间实验室在轨运行时间。

  据介绍,以成功发射天舟三号货运飞船的长征七号遥四运载火箭为技术状态基线,长征七号遥五运载火箭发动机共有10项技术状态变化。航天科技六院研制团队通过多次地面试车或飞行试验考核,对发动机技术状态进行检查确认和专项评审,以确保发动机产品状态良好,满足飞行试验要求。

  按照载人空间站工程总体建设规划,中国空间站建造阶段共规划实施6次飞行任务,即发射天舟四号货运飞船、神舟十四号载人飞船、问天实验舱、梦天实验舱、天舟五号货运飞船和神舟十五号载人飞船。

长征七号搭建 “天地运输走廊”

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  长征七号运载火箭是为了满足中国空间站工程发射货运飞船而研制的新一代中型运载火箭。货运飞船作为向空间站及空间科学实验室运送货物和推进剂等物资的使者,被亲切地称为太空中的“专属列车”。

  去年,长征七号运载火箭分别将天舟二号、天舟三号货运飞船送入太空。此次搭载天舟四号再入太空,是今年载人航天工程的首次发射任务,也是空间站建造阶段的首飞任务,意义重大。

  长征七号运载火箭作为新一代运载火箭的中型火箭,不仅可以满足为中国载人空间站搭建 “天地运输走廊”的任务需求,未来它还将承担中国航天多种类型的发射任务。

  航天员在太空吃、穿、用乃至呼吸所需的物资,空间站维持正确轨道所需的燃料,都需要由货运飞船及时运送。要把载有大批物资的货运飞船按时送入太空,就必须有运力足、“力气”大、可靠性高的运载火箭。长征七号运载火箭近地轨道运载能力达13.5吨,比采用传统燃料的运载火箭多出一半以上。

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  火箭是卫星等载荷通往太空的“专车”,对于这辆“专车”来说,自重越小越好,能提供动力的燃料越多越好。因为这样,就可以把尽可能多的“运量”留给“乘客”。长征七号运载火箭是个“钢筋铁骨”的大个子,总体重500 余吨,但90%甚至更多都是燃料的重量,箭体外壳、电缆、仪器等重量加在一起只有50 余吨。

  据一院总体部火箭设计专家朱平平介绍,以“长五”、“长七”为代表的新一代运载火箭,加注的推进剂分别是液氢、液氧和液氧、煤油,液氢液氧燃烧后产生的是水,无毒无污染,且大大提高了火箭的运载能力。作为低温燃料,液氢的温度达零下253摄氏度,液氧的温度达零下183摄氏度。

  目前长征七号运载火箭加注燃料后停放最长时间为24 小时。据了解,在火箭研制之初,科研人员就把燃料加注后停放24 小时作为一项设计标准纳入型号研制过程,为成功发射争取更多有利时间。

     长征七号运载火箭的低温液氧贮箱表面还穿着一层厚厚的“棉衣”,主要起到隔绝热传导的作用。穿上“棉衣”之后,贮箱内部能够保持足够的低温环境,使得液氧推进剂不会因温度升高而大量挥发,贮箱外部温度也不会太低,以至于对外部仪器、人员等造成冻伤。

  “厚棉衣”的主要组成成分是一种塑料泡沫。在棉衣制作过程中,需要使用发泡剂使泡沫膨胀成形,长征七号运载火箭则使用了一种新型无氟发泡剂,不会对地球臭氧层造成危害。和以往相比,长征七号运载火箭液氧贮箱所穿“棉衣”中取消了一层金属铝箔,并实现了自动喷涂泡沫和表面机加的自动化生产。这些改进不仅大大提高了低温液氧贮箱的“棉衣”生产效率,还使“棉衣”更为绿色环保、质地轻盈。

  长征七号火箭运载能力能满足大多数主流卫星的要求,面向主流卫星市场,适应面更宽,是中国未来航天发射任务的“主力军”,未来将成为在役主力火箭的“接班人”,肩负着长征火箭技术进步和更新换代的重任。

“天舟四号”任务多,技能也多

     装上“太空互联网”:“天舟四号”冲上云霄后,将与天和核心舱与“天舟三号”的组合体“牵手”。当然,“天舟四号”从地球远道而来,也是有备而至。比如,它装有“太空互联网”,可以供航天员们“上网冲浪”使用。

  “以太网通信”是当前中国空间站天地通信、器间通信的主流通信方式,它极大便利了航天员的在轨工作环境。“以太网通信技术”最早正是在天舟系列货运飞船上进行首次验证的。

  中国航天科技集团八院电子所负责研制的高速通信处理器是货运飞船“以太网通信”的重要组成部分,被大家称为“通信神器”,它集千兆网络、光纤通信、高清图像及话音等多项技术于一体。

  有了这台“神器”,航天员们在“太空家园”的生活不再枯燥。有了它,天地的距离更“近”了。航天员可以与地球上的人们视频通话,也可以自己“上网冲浪”听音乐、看视频等等。

  拍起“太空大片”:货运飞船是真正意义上首次舱内使用商用高清网络摄像机和舱外高清摄像机的中国航天飞行器。“太空大片”的唯美瞬间、天宫课堂的直播、航天员出舱等等这些时刻,都离不开舱内外高清摄像机的实时拍摄。

  天舟四号货运飞船使用了两台舱外高清摄像机:太阳翼摄像机和交会对接摄像机。其中,太阳翼摄像机主要用于观察太阳翼帆板的展开和在轨运行情况。交会对接摄像机安装在货运飞船交会对接面,可实时监测飞船和空间站的交会对接过程,把空间站从远至近,直至对接机构锁定的过程,完整细致地展现出来。

  续上“太空电源”:“天舟四号”和它的孪生兄弟“天舟三号”“天舟二号”一样,有相似的“基因”。这一点,在“智能并网供电功能”上也不例外。

  中国航天科技集团八院811所电源分系统副主任设计师黄峥介绍,“天舟二号”和“天舟三号”在轨运行期间,成功进行了货运飞船与空间站核心舱组合体下的双向并网供电试验,“组合体运行期间,‘天舟二号’‘天舟三号’货运飞船多次通过空间站核心舱向神舟飞船供电,解决了神舟飞船太阳帆板在大面积遮挡情况下供电能力受到影响的问题,这充分验证了中国空间站的智能用电模式。”

  据介绍,天舟四号货运飞船在给自身供电的同时,其电源分系统在整个空间站系统的运行过程中,将发挥着重要作用。一方面,它可以实现与空间站核心舱的双向并网供电,关键时刻为核心舱提供近1千瓦的电。另一方面,它将来也可通过空间站核心舱为神舟飞船供电。

  今年是空间站建造的关键之年,文昌航天发射场不仅要发射问天和梦天实验舱,还要承担2次货运飞船发射任务。天舟四号任务是今年空间站任务的首飞,优化了测试发射流程和发射日加注工序,不仅大大缩短了测试发射周期,提升了发射场综合发射能力,也提高了发射可靠性。发射准备时间的大幅缩短,离不开工程一线航天工作者的辛勤奋战,也离不开发射流程的科学优化配置。

  乘“舟”腾云向“天宫”,拉开了新年度中国空间站建造任务的“大幕”。据悉,文昌航天发射场今年还将执行问天实验舱、梦天实验舱和天舟五号货运飞船3次空间站建造任务,届时中国空间站将全面建成,为建设航天强国再立新功。


  来源:中新网、中国军视网、央视新闻客户端等综合

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