5月29日,天舟二號貨運飛船在海南文昌發射場成功發射。8小時後,天舟二號與天和核心艙完成對接,“快遞包裹”順利抵達目的地。作為貨運飛船的天舟二號此次挑起“太空快遞員”的重任,主要任務是為空間站提供補給,給航太員日後在太空的生活與工作提供保障。

遙遙天河,天舟二號如何將太空“包裹”安全送達?

遠不止帶貨這麼簡單

根據計劃,中國將於今年6月發射神舟十二號載人飛船,3名航太員屆時將乘坐飛船前往天和核心艙,並在那工作、生活3個月。為了滿足航太員日常生活所需,天舟二號提前出發,滿載著貨物奔向天和核心艙。

天舟二號的神秘“包裹”裏裝了啥?首先是食物補給,太空餐桌上的美食“花樣”不少,魚香肉絲、宮保雞丁等特色菜肴供應充足。航太員進行太空行走必備的艙外航太服,天舟二號也貼心送到。這些艙外航太服重量達100多公斤,共有6層,具有防輻射、防高低溫、壓力調整等作用,還具備生命保障系統。

“包裹”裏的貨物,遠不止航太員日常所需物品,天舟二號的使命也不僅限於此。

“空間站在地球低軌道運作,會受到殘存大氣阻力的影響而逐漸降低軌道高度。所以,在空間站軌道降低到一定高度時,就必須提升它的軌道高度,這就需要加注燃料。此次天舟二號攜帶了3噸推進劑,它們將在空間站的軌道維持方面發揮重要作用。”全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩説。

此外,空間站建成後,平臺設施的搭建安裝等所需材料都要基於貨運飛船的運輸。“貨物卸載後,貨運飛船也可以用作空間站的附加活動室,開展空間科學實驗,有的國家航太員甚至在裏面休息。”龐之浩説,可見在今後,貨運飛船的用途將會越來越廣。

載荷比世界第一

5月末發射貨運飛船,6月份發射載人飛船,兩次發射時間間隔非常之近,為什麼貨物和航太員要分開運送?兩次發射任務合二為一,豈不是更加方便且節約成本嗎?

“實踐證明,這種人貨分開的運輸方式,既能增加貨物的運載量,又能降低成本,還很安全。”龐之浩説。

早在上世紀70年代,蘇聯就開始建造空間站。但是,當空間站建成運作後,空間站的燃料及航太員的能量補給嚴重不足,蘇聯便嘗試使用人貨混裝的載人飛船解決此問題。但這種載人飛船每次只能為空間站運送幾百千克的貨物,效率非常低下,成本也極高。無奈之下,航太專家嘗試將“聯盟號”載人飛船改造成“進步一號”貨運飛船,直接向空間站運送貨物,效果反而出人意料地好。

從此,不少國家積極發展貨運飛船,也正因為這些“專職”的貨運飛船,空間站在軌長期載人航太的需求被大大滿足,人類在太空駐留的時間才得以不斷刷新。

這次天舟二號嚴格控制平臺自身重量,最大程度提高貨物運輸能力——發射重量13.5噸,運貨能力則達到6.9噸,超過了飛船自重。“要知道,每次我國發射‘神舟’載人飛船滿載3人時,只能攜帶約300千克貨物。”龐之浩説。而此次天舟二號貨運飛船以最小的結構重量達到最大的裝貨能力,載荷比達到了51%,這項重要指標位居世界第一。

8小時就可安全運抵

從地面“發貨”到太空順利“簽收”,僅耗時約8小時,天舟二號憑藉快速交會對接技術完成了這一壯舉。

採用標準模式交會對接,從貨運飛船進入軌道,再到追上空間站完成對接,整個過程大概需要繞地球飛行30多圈,運作兩天多的時間。而採用快速交會對接模式只需要繞地球運作4圈,大大減少了耗時。如此一來,載人飛船的快速救援、空間站的應急維修、資源的供給調動都會更加靈活、及時。掌握這項技術的目前只有俄羅斯和中國。

為了實現快速交會對接,研製團隊突破了諸多技術。原本,航太器遠距離導引段需要地面干預,如今這項工作完全交由航太器的星上電腦自主運作。

發射和對接過程中會産生強烈的震動和撞擊,這將給運輸物資中的精密儀器帶來不小傷害。如何保護這些嬌貴的精密儀器,讓他們順利完成太空任務?這就需要採用“軟包裝”來實現精密儀器的裝載、運送。

為此,研製團隊創新性地提出了可控阻尼的控制思路。“這種包裝與傳統的硬連接不同,它包裹在泡沫或氣囊袋裏面,再一起固定在貨架上,能為裝載對象提供一個柔軟、高阻尼的分佈式系統支撐,從而起到良好的隔離減震效果。”龐之浩表示。

據了解,我國將於今年9月、10月分別實施天舟三號和神舟十三號載人飛船任務。飛行乘組也將由3名航太員組成,在軌駐留6個月。屆時,提前出發的天舟三號會做好保障工作,迎接航太員的到來。(實習生季天宇 記者張曄)