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中国“天舟一号”厉害了!

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发表于 4-24-2017 16:02:46 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 黄河之水天上来 于 4-24-2017 04:24 PM 编辑

中国“天舟一号”厉害了!
天舟一号 07.jpg
多项技术赶超美欧

   侨报网综合讯】“点火!”“起飞!”4月20日19时41分,由中国自主研制的首艘货运飞船天舟一号在海南文昌发射中心发射成功。
这是一次“零窗口”发射,即火箭在一定长度的发射窗口时间内,在紧贴窗口上沿的最优时间发射。而中国官方在前一日已公布发射时间为:19时41分。分秒不差!
按计划,“天舟一号”发射入轨后,将进入高度约380公里的运行轨道,之后与在轨运行的天宫二号先后进行3次自主快速交会对接、3次推进剂在轨补加,以及空间应用和航天技术等多领域的实(试)验项目。
期间,“天舟一号”与“天宫二号”组合体在轨飞行约2个月,“天舟一号”独立飞行约3个月。完成既定任务后,“天舟一号”将受控离轨,陨落至预定安全海域;“天宫二号”留轨继续开展拓展试验和应用。
先来介绍一下“天舟一号”。
天舟一号(图片:新华社)
“天舟一号”有两个别称。
因为它的主要任务是为“天宫二号送货”,所以它被形象的称为太空“快递小哥”。
除此之外,“天宫一号”是中国航天计划中太空实验室计划的试验性飞行器,由其改进而来的“二姐”天宫二号,则是中国第一个真正的太空实验室。而20日发射的“天舟一号”,同样改进自”天宫一号“,可以说是“三妹”。“三妹”在发射之后2天内,将与“二姐”实现交会对接。
“天舟一号”采用两舱式结构,直径较小的是推进舱,直径较大的为货物舱。其最大直径达到3.35米,飞船全长10.6米,载荷能力达到了6.5吨,满载货物时重13.5吨。如果此次满载的话,它很可能将成为中国发射进入太空的质量最大的有效载荷。甚至比天宫二号空间实验室还大,后者全长10.4米,直径同为3.35米,质量为8.6吨。
天舟一号 01.jpg
据介绍,“天舟一号”货运飞船共配有25N、120N、150N、490N四种不同推力量级的发动机。由于“天舟一号”运载量大,要求发动机工作时间和次数成倍增加,航天六院研制团队对25N、120N、150N发动机的技术状态进行了适应性改进设计,在不改变其性能的前提下,降低发动机工作温度,攻克了这个世界性难题。为实现“天舟一号”更优性能,还采用了高性能的第二代490N发动机。不仅工作次数提高了10倍,而且密封性能更高,所有技术指标完全满足飞船的任务需求。
同时,此次由“长征七号”运载火箭发射“天舟一号”货运飞船,也是液氧煤油发动机首次真正意义上的工程应用。“长征七号”运载火箭,由直径3.35米的芯级和4个直径2.25米的助推器组成,全箭长53.1米,起飞质量为594吨,动力系统全部采用了航天六院最新研制的绿色环保液氧煤油火箭发动机。
天舟一号 11.jpg
说完了“天舟一号”,再介绍一下它此次飞行任务。
”天舟一号“将执行4大任务目标:与空间实验室配合,验证推进剂在轨补加技术;全面考核货运飞船功能和性能;在空间实验室配合下,开展货运飞船控制组合体、绕飞至前向交会对接、快速交会对接等试验;支持开展空间应用及技术试(实)验。
在接下来为期3个多月的太空飞行中,“天舟一号”将与“天宫二号”先后进行3次交会对接,完成3次“太空加油”——在轨推进剂加注。此外,“天舟一号”还搭载了N多科研设备,将在独自飞行期间完成一系列空间科学实验。
别看“天舟一号”的任务“不多”,但每一项都有“高难度”。
与日常生活中的加油不同,“太空加油”不仅要加注燃料,还需要加注供燃料燃烧的氧化剂。燃烧剂和氧化剂两者不能“见面”,否则会发生爆炸。它们的加注是由两套系统独立组成的,加注时序也不同。
天舟一号 02.jpg
“天舟一号”货运飞船系统总体副主任设计师雷剑宇说,“天舟一号”货运飞船“太空加油”采用的是无增压气体损耗的气体回用法。这种方法系统设计难度较大,但是气体资源利用率高。
这次“加油”,须在“天舟一号”和“天宫二号”对接锁紧,补加装置和管路气密性好的前提下进行。第一步,“天宫二号”的压气机将手风琴状的膜盒贮箱中的气体压回气瓶,使“天宫二号”的燃料储箱的压力低于“天舟一号”;第二步,推进剂在压力差的作用下,自动从“天舟一号”贮箱流入“天宫二号”贮箱,当两侧压力一致时,加注工作完成;第三步,进行管路吹除,确保“天舟一号”和“天宫二号”分离时,残留在管路中的推进剂不会在空间扩散,污染对接器件和航天器。
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至于“送货的任务”。“天舟一号”的“入职培训”第一课,就是学习如何快速找准“客户”位置、在“客户”要求的时间内将货物送达。
这次送货,首次利用北斗导航星座的相对测量子系统的扩展性和通用性更高、定位更连续稳定,不仅确保了与“天宫二号”首次交会对接的自主可控,安全性大大提高,还因为新增的整秒脉冲输出功能,为全船的相关设备都提供了高精度的时间基准,确保了大家统一步调、齐头并进,把货物准时送达!
据悉,此次飞行任务是天舟货运飞船和长征七号运载火箭组成的空间站货物运输系统的首次实用性亮相,将为中国空间站组装建造和长期运营奠定重要技术基础。
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值得称赞的是,“天舟一号”的多项技术已经处于国际领先水平
首先看在轨推进剂补加技术。在轨推进剂补加技术是继天地往返、交会对接、航天员中长期驻留技术后,中国载人航天工程的又一项关键技术。目前国际上掌握了在轨推进剂补加技术的只有俄罗斯和美国等少数国家,其中,实现在轨加注应用的只有俄罗斯。
1978年,苏联(现俄罗斯)“礼炮六号”空间站首次实现了在轨加注,目前,国际空间站已经成功进行多次在轨加注工作。
天舟一号 18.jpeg
以往,在轨加注技术的主要对象是空间站等大型航天器,近年来,针对尺寸相对较小的航天器——卫星进行的在轨加注开始成为各国研究的热点。目前,美国通过“轨道快车”等计划进行了不少在轨加注实验,其在轨加注技术走在世界先进前列。
再来看看货船体积和货运能力。中国航天科技集团五院研究员庞之浩说,最初的货运飞船都是从载人飞船演变过来,苏联对联盟号载人飞船进行改装,“拆掉座椅、环境控制与生命保障、返回着陆和应急救生等系统”,使进步号货运飞船每次飞行可送去2吨左右的物资。
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俄罗斯“进步”货运飞船是人类第一艘货运飞船,首艘飞船于1978年1月20日,在拜科努尔航天中心发射。“进步”货运飞船为无人驾驶飞船,由仪器舱和货舱组成,货舱容积6.6立方米,可运送2.6吨各类货物。燃料舱带1吨燃料,可自行飞行4天。最新型“进步MS”系列飞船具有防护太空垃圾和微陨石的能力。“进步”货运飞船不可回收,一般在完成补给任务后,航天员会将空间站上产生的各种生活垃圾和废物填入飞船,飞船随后离轨自行销毁。
而美国政府在21世纪初提出“商业轨道运输服务”计划,旨在让私营公司研发用于空间站货运及乘组运输的航天器。美国太空探索技术公司(SpaceX)的“龙飞船”、美国阿联特技术系统公司和轨道科学公司的天鹅座货运飞船、美国内华达山脉公司的追梦者航天飞机等“应运而生”。
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“龙”飞船由美国太空探索公司研发,飞船带有热防护罩,可在返回地球时耐受极高温安全降落,实现回收并重复使用,这使得“龙”飞船成为第一种具备大量货物下行能力的货运飞船。“龙”飞船长5.9米,最大直径3.6米,自重4.2吨,其运送载荷最大质量6吨,返回载荷最大质量3吨。迄今,“龙”飞船为国际空间站执行11次货运任务,成功10次。
而总长10.6米,舱体最大直径3.35米,重约13吨、货运能力约为6吨的“天舟一号”将开启空间站时代的黎明。
据“天舟一号”总设计师白明生介绍,“天舟一号”的载货比(即货物重量占整个飞船的总重量的比例,是考核货运飞船的主要指标,载货比数值越高,说明运载效率越高)较高,将来还可以进一步优化到0.48,该数值将超越欧洲、日本等国家的现役货运飞船,处于国际领先水平。
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此外,“天舟一号”的领先水平还体现在空间科研方面。空间两相流体与传热是国际空间站的科学研究热点课题,欧美日等国的空间研究机构都有空间实验计划和在轨实验装置。本项组合式相变传热空间实验方案由中国科学家首次提出,并将在“天舟一号”上实施,早于欧空局等相关项目的实施时间。
(编辑:萨萨)




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