中国首艘太空货运飞船于2017年4月成功发射升空

中国首个太空货运飞船——天舟一号按中国载人航天工程空间实验室任务规划,于2017年4月20日19时41分准时在海南文昌航天发射场,由新型运载火箭长征七号成功发射升空。

天舟一号货运飞船发射升空后,将进入高度约380公里的运行轨道,之后将与在轨运行的天宫二号空间实验室进行自动交会对接。双方总共要进行三次对接。4月22日,天舟一号与天宫二号首次交会对接顺利完成。

天舟一号的主要任务是为天宫二号“送货”,它将装载超过6吨的物资与设备飞向太空。在这些货物中,除了维持天宫二号运行的各种补给,如推进剂在轨补加等外,还有大量太空实验设备和载荷,开展空间科学实验和技术试验等功能。

天舟一号货运飞船由中国空间技术研究院(中国航天科技集团五院)研制,是我国空间实验室任务的收官之战。

只运货、不送人的大力士

由于此次任务是天舟一号货运飞船和长征七号组成的空间站货物运输系统的首次实用性亮相,这个“只运货、不送人”的飞船大力士被给予极大关注。

公开报道显示,天舟一号采用两舱构型,由货物舱和推进舱组成,全长10.6米,舱体最大直径3.35米,整船最大装载状态下重量达13.5吨,太阳帆板展开后最大宽度14.9米。个头比天宫二号和神舟飞船都要大,是至此中国体积最大、重量最重的航天器

货物舱用于装载货物,而推进舱为整个飞船提供动力与电力。推进舱两侧各有一翼太阳能帆板(共三板),后部安装了4台变轨用主发动机。此外飞船还安装了24台姿控发动机。

“能装才是硬道理”——天舟一号物资上行能力约6吨,其中,推进剂补加能力约为2吨,上行载货比优于国际现役货运飞船。

国际宇航联空间运输委员会秘书长、中国航天科工集团公司二院二部研究员杨宇光日前透露,天舟一号具备独立飞行3个月的能力。

专家表示,中国计划在2022年前后建成空间站,其初步规模包括一个核心舱和两个实验舱,如果想保持航天员长期在轨飞行,货运飞船是必可不少的。

(图:飞舟一号与天宫二号模拟对接的动画演示图,左边的为飞舟一号,右边的为天宫二号)

专家介绍,货运飞船是从载人飞船演变过来的。运货飞船可以运输推进剂燃料、维修和更换的设备、航天员的生活、工作用品以及空间科学实验设备和用品等,此外还能用于调整空间站轨道高度。

在20世纪70年代,前苏联和美国开始发展体积大、寿命长、用途广的空间站。刚开始时,两国都是用人货混装的载人飞船为空间站提供少量补给,每艘载人飞船一次只能为空间站运去几百公斤的物资,无法满足需求。

苏联率先在联盟号载人飞船的基础上研制了进步号货运飞船,其货舱容积为6.6立方米,运载能力为2.6吨,并可进行在轨推进剂补加服务。

欧洲的货运飞船叫自动转移飞行器,全长10米,最大直径为4.5米,重量约10吨,运货能力可达7吨,是迄今运载能力最大的货运飞船,从2008年起到2014年共发射了5个,但目前已经停止建造。

美国的“龙”飞船长5.9米,最大直径3.7米,其运送载荷最大质量6吨,返回载荷最大质量3吨,它也是货运飞船中往地球运回物品的高手。

此外,美国的“天鹅座”和日本的HTV货运飞船运载能力分别为2.7吨和6吨。

总体来说,天舟一号的运载能力是居于前列的,而在现役货运飞船中其运载能力是最大的。

2017年1月通过评审

1月12日,中国航天科技集团公司及所属中国空间技术研究院在北京联合组织召开了天舟一号货运飞船出厂评审会。与会领导及评审专家听取并审查了天舟一号货运飞船研制工作及质量报告,一致认为:天舟一号货运飞船按照研制流程完成了出厂前的研制工作,产品功能、性能满足飞行任务要求,技术状态清楚,试验验证充分,产品质量受控,出现的质量问题均已完成归零,针对可能出现的风险采取的措施有效,符合出厂放行准则要求,一致同意通过出厂评审。

货运飞船是载人空间站工程的重要组成部分,主要任务是为空间站(空间实验室)补加推进剂和运输货物,并将空间站废弃物带回大气层烧毁。天舟货运飞船采用型谱化方案,设计了全密封货物舱、半密封货物舱、全开放货物舱和推进舱四个模块,形成全密封、半密封和全开放货运飞船3种型谱,满足空间站不同货物运输需求。

天舟一号货运飞船为全密封货运飞船,起飞质量13吨,物资运输能力6吨,采用两舱构型。

天舟一号的主要技术特点

1、无论是直径、质量还是运载能力,天舟一号都达到世界先进水平

天舟一号货运飞船的近地轨道上行运载能力约为6.5吨左右,高于俄罗斯联邦航天局研制的进步号M型(2.5吨)以及日本宇宙航空研究开发机构的H-II运载飞船(6.0吨),低于欧洲空间局的自动运载飞船(7.6吨)。下行运载能力约为6.0吨左右。载荷比即运载货物的质量与货运飞船船体本身的质量之比,天舟一号货运飞船的载荷比高达48%,高于日欧的货运飞船。

2、三维数字化设计

天舟一号货运飞船采用了三维数字化设计技术,建立的全三维仿真分析与协同设计模式已经形成成果并在其他航天器设计领域推广。

3、在轨推进剂补加

天舟一号推进剂补加能力约为2吨。它拥有两个独立设计的推进剂储箱,不仅为天宫二号携带一箱推进剂,用于自身控制的推进剂也可以“转让”。推进剂补加是“慢工出细活”的过程,需要5天左右时间。

货运飞船的设计是3到5天完成对接,因为没人,不用很着急,可以用更多圈次来节省调姿所需的燃料。燃料省得越多,可用于补加的就越多。

4、快速交会对接

天舟一号将开展快速交会对接试验,整个过程仅用4到6圈就能完成,此技术成熟后可用于载人飞船对接。

5、搭载设备40台 开展实验13项

天舟一号上总共搭载了40台设备,要进行13项太空试验。设备可以装在货物仓内部或悬挂在船体外侧,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。

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