天舟首飞|货运飞船满载重13.5吨,系中国目前最重航天器

澎湃新闻记者 俞凯

2017-04-20 20:09 来源:澎湃新闻

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4月17日上午,海南文昌,承载着长征七号遥二运载火箭与天舟一号货运飞船组合体的活动发射平台驶出总装测试厂房。中国航天科技集团公司上海航天技术研究院 供图
【编者按】
4月20日,中国首艘货运飞船天舟一号首飞成功。从神舟一号到神舟十一号,从天宫一号到天宫二号,再到如今的天舟一号,中国载人航天工程已经走过25年光辉历程。每次载人航天工程成功的背后,都有上海航天人的身影。在天舟一号首飞成功之际,澎湃新闻推出系列报道,揭秘天舟一号诞生的幕后故事。
“天宫二号,您好!您预订的快件已经开始派送。”
2017年4月20日,中国首艘货运飞船天舟一号在海南文昌发射场首飞成功,朝着天宫二号空间实验室飞奔而去,此行的使命是作为中国航天的“快递小哥”,为在太空中的天宫二号“送货上门”、输送补给。
上海航天第14次执行载人航天任务
中国载人航天工程从1992年起步。
当年9月21日,中国载人航天工程正式立项,代号“921工程”。1999年11月20日,神舟一号成功发射。2011年11月3日,天宫一号目标飞行器与神舟八号飞船完成首次交会对接。2016年10月17日,神舟十一号成功发射。2017年4月20日,天舟一号首次发射。
25年来,从无人飞船到载人飞船,从一人一天到多人多天、天地往返、太空行走、交会对接、在轨补加,中国载人航天攻克了一个又一个技术堡垒。
中国航天科技集团公司上海航天技术研究院院长代守仑告诉澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者,在神舟一号至神舟十一号、天宫一号、天宫二号的13次发射任务中,上海航天承担的任务均取得圆满成功。此次天舟一号成功发射是上海航天第14次执行载人航天任务,具体来说,上海航天承担了天舟一号的对接机构分系统、电源分系统、测控与通信子系统及推进舱结构与总装、总体电路推进舱电缆网等任务。
“与神舟系列飞船载着航天员在天地间往返不同,货运飞船是天地间运货的工具,相当于太空中的‘快递小哥’。” 代守仑透露,货运飞船为中国未来空间站补充推进剂、空气、食物以及用于维护空间站的更换设备,同时也被当作“垃圾桶”,将空间站内的废弃物放在大气层中烧毁。
代守仑说,天舟一号飞船发射进入轨道后,将与天宫二号在太空三次交会对接,谱写出“太空之吻”新恋曲。至此,中国突破并掌握了货运飞船补加技术,迈过了空间站技术的主要难题,中国载人航天工程“三步走”的第二步“载人空间站工程空间实验室任务阶段”全面完成,建立空间站的构想已近在咫尺。
@央视新闻 图
“快递小哥”有着“四海八荒第一啤酒肚”
“快递小哥”长啥样?
中国载人航天工程载人飞船系统、货运飞船系统和空间实验室系统副总指挥顾侧峰告诉澎湃新闻记者,天舟一号货运飞船采用两舱构型,由货物舱和推进舱组成,总长10.6米,舱体最大直径3.35米,太阳帆板展开后最大宽度14.9米。
天舟一号是目前中国质量最重的航天器,起飞重量约13吨,物资上行能力约6吨,推进剂补加能力约为2吨。其中,推进舱由上海航天技术研究院负责总装,为飞行器提供动力、能源和通信功能,同时为空间站提供推进剂补加服务,论块头堪称“四海八荒第一啤酒肚”。
顾侧峰说,这个“啤酒肚”其实由8个“小肚子”构成,专业术语叫贮箱。为了实现最优布局,上海航天的设计师们设计了9种不同的舱内布局,并对每一种构型进行力学分析,一方面要保证推进舱在空间环境下的刚度,另一方面要保证其基频变化范围较小,从而有效地与整船和火箭的振动基频错开。
推进舱与货物舱对接。中国航天科技集团公司上海航天技术研究院 供图
“大家一定还记得我们初中物理学过的共振现象,尤其是一战时士兵列队齐步走的频率与大桥固有频率一致导致大桥解体的故事,如若基频一致,那么后果不堪设想。”顾侧峰表示,经过几轮迭代,设计师们最终采用模块化方案来布局舱内环境,确保推进舱在各种工况下所有方向的受力都是可靠安全的。
“天舟之心”首次使用高压大容量锂电池
上海航天为天舟一号研制的电源分系统,是货运飞船最重要分系统之一,被誉为“天舟之心”。
上海航天技术研究院空间电源专家涂浡告诉澎湃新闻,中国载人航天电源先后经历了镉镍电池时代、氢镍电池时代。神舟七号伴随卫星曾开创载人航天首次使用锂电的历史,但在低轨高压大容量锂电领域,拥有2700W功率的天舟一号当仁不让是中国航天史上的第一次,也是为日后空间站打基础。
“货运飞船电源分系统采用3机组锂离子蓄电池组,它的使命从天舟一号待发段转内电开始,同时在飞船进入阴影区时提供整船所需的全部电能、在光照区储存电能,并通过电池放电补充负载的峰值功耗。”天舟一号电源分系统主任设计师王娜说,由于此前曾发生过三星Note手机锂电池“爆炸门”事件,上海航天为了确保货运飞船锂电池的用电可靠性和安全性,做了大量的试验和验证工作,包括不同温度下的特性试验、寿命试验和充电策略的验证等。
每组锂离子蓄电池组由22个单体串联组成,3组共使用单体66个。充电控制器设计的故障诊断功能可以自动隔离有故障的电池单体,66个单体相当于有了66道防护墙,锂电池寿命可以达到5年到8年。
航天员能收看高清视频
代守仑透露,货运飞船是在天宫一号目标飞行器和载人飞船的基础上研制,已经具备8吨至180吨对接目标适应能力,电源分系统具备低轨高压长寿命能力,测控与通信具备了跟踪测轨、遥测、遥控、图像话音、空空通信和天地数据输出等功能,都是对第一代载人航天产品的跨越发展。
比如天舟一号首次实现国产100伏高压供电,首次应用了以太网技术,上海航天为货船研制的高速通信处理器集千兆网络、光纤通信、高速DSP处理技术、IP over CCSDS、网关服务器、高清图像等多项新技术于一身,图像分辨率从神州十一号的准标清提升到1080P高清,航天员在太空不仅可以上网冲浪,还能收看高清视频。
责任编辑:徐晓阳澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 天舟一号,天宫二号,航天

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