说起我国的飞船,相信大家第一时间都会想到神舟系列飞船,因为神舟系列飞船是载人飞船,其中神舟五号飞船完成了我国第一次载人飞船任务,航天员杨利伟成为了第一位进入外太空的中国人,后来我们国家又发射了一系列神舟系列飞船。与早期的飞船相比,后来的神舟飞船飞行时间更长了,搭载的航天员也更多了,例如神舟十二号飞船的飞行时间长达3个月,而神舟十三号飞船的飞行时间更是长达半年之久。之所以现在的飞船飞行时间更长,其实也离不开另一种飞船,那就是货运飞船。
载人飞船需要搭载复杂的生命保障系统,还需要搭载一系列科学仪器,所以能够搭载的食物、水、燃料等消耗物资并不是很多,所以一般情况下载人飞船的飞行时间都不会很长。而专业货运飞船的载货能力要强一些,因为不需要考虑到航天员在飞船内的舒适性等问题,把货运飞船装满都没问题。我们国家现阶段使用的货运飞船就是天舟系列飞船,之前我们已经发射了一系列天舟货运飞船,其中天舟二号和天舟三号货运飞船先后给空间站核心舱送去了物资以及补加燃料。我们的航天员可以在空间站内生活、工作几个月甚至半年,这其实就是天舟货运飞船的功劳。
天舟货运飞船的长度达到了106米,在太阳能电池板完全展开以后宽度达到149米,整艘飞船的总重量达到了135吨。整个飞船由2个部分组成,在飞船的前端就是货物舱,那些食物、水、燃料等物资就是放在货物舱的,货物舱的尺寸比较大,直径可以达到335米,可以装载大量物资,载货可以达到69吨。在飞船的尾部是推进舱,推进舱尺寸相对较小,直径为28米。
虽然天舟二号飞船比天和号核心舱的尺寸小得多,但是已经和我国第一个真正意义上的太空实验室天宫二号相当。相比之下,天宫二号全长为104米,最大直径335米,太阳翼展宽约184米,重86吨。从尺寸来看,天舟货运飞船和天宫二号的长度、最大直径都差不多,但是在总重量方面就差别比较大,其中天舟货运飞船的总重量达到了135吨,能够将近7吨的物资送上空间站。所以,我们的天舟系列飞船载货能力相当强。
由于天舟货运飞船的总重量达到了135吨,是当前世界上载货能力最强的货运飞船,想要让这么大的货运飞船在外太空与天和号核心舱完成精准对接,就需要巨大的推力来驱动整艘飞船在外太空飞行。为了实现这一个目标,天舟货运飞船安装了36台发动机,其中有4台大功率的发动机是负责完成抬升货运飞船轨道和变轨。在飞行的过程中,其他的发动机也会根据实际的飞行情况对飞船进行微小的调整。在这些发动机的帮助下,天舟货运飞船与空间站进行交会对接就可以自主完成了,完全不需要我们进行干预,非常先进。
整个货运飞船的空间达到了40立方米,一共有208个货格,能够装载大量消耗物资,还能装一些硬件设备。为了方便航天员在货运飞船中快速找到自己所需的货物,科学家专门研发了智能货物管理系统,每个储物柜都有一个标签,航天员只需要用手机扫一下就知道储物柜里面装的是什么了,完全不需要把整个货舱都翻一遍。
自从在2021年5月29日发射升空以来,天舟二号货运飞船已经与空间站对接飞行了差不多10个月。,天舟二号货运飞船现在已经完成了所有在轨任务,在2022年3月27日下午已经撤离了空间站核心舱组合体,即将返回地球。在过去这10个月时间内天舟二号货运飞船完成了什么样的任务呢?
第一个任务,肯定就是为空间站送去了补给,包括航天员生活所需的食物、水等物资,还有舱外航天服、一些科学仪器以及推进剂。天舟二号货运飞船一共装了35吨燃料,其中有25吨的燃料是给天和号核心舱的,还有1吨燃料是供天舟二号货运飞船使用。因为空间站飞行的轨道相对较低,还会受到空气阻力的影响,所以空间站的轨道会随着时间的推移而不断下降,如果不进行燃料补给,空间站就会慢慢坠入地球大气层,为了让空间站能够长时间飞行,就需要货运飞船为空间站送去燃料。这样的情况,在国际空间站也是存在的,科学家经常需要发射货运飞船给国际空间站补给燃料以及其他的物资。
第二个就是进行技术验证。天舟二号货运飞船先后完成了我国第一次利用空间站机械臂操作大型在轨飞行器进行转位试验,以及天舟二号货运飞船与空间站组合体手控遥操作交会对接试验,为后续的任务积累了大量经验。
在完成补给、技术验证等相关的任务以后,天舟二号货运飞船还有一个很重要的任务,那就是将航天员在空间站内产生的各种垃圾以及其他的废弃物带回地球。航天员在空间站内生活那么长时间,肯定是会产生大量垃圾,这些垃圾如果继续放在空间站内就会占用空间站有限的空间,也可能会滋生细菌或者引发其他的问题。所以这些生活垃圾以及其他的废弃物都需要用货运飞船带回来。不过,与载人飞船不同,货运飞船不需要降落到地面,而是按照计划脱离空间站组合体,然后进行变轨受控坠落地球大气层,在再入地球大气层的时候就会剧烈燃烧化为灰烬,不会对地面或者海面带来影响,大家不需要担心。
天宫二号空间实验室,是继天宫一号后中国自主研发的第二个空间实验室,将用于进一步验证空间交会对接技术及进行一系列空间试验。
天宫二号主要开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的应用和试验。打造中国第一个真正意义上的空间实验室,发射时释放伴飞小卫星。未来货运飞船与“天宫二号”对接。
天宫二号空间实验室于2016年9月15日22时04分12秒在酒泉卫星发射中心成功发射。[1]
2016年10月19日凌晨,神舟十一号飞船与天宫二号自动交会对接成功。[2] 2017年9月17日16时15分,在经过近5个月的飞行后,天舟一号货运飞船按计划与天宫二号空间实验室完成分离,继续开展离轨前的拓展应用和相关试验。[3]
2018年9月15日,天宫二号空间实验室已圆满完成2年在轨飞行和各项试验任务,目前天宫二号平台及装载的应用载荷功能正常、状态良好。为进一步发挥空间应用效益,9月20日天宫二号空间实验室运营管理委员会会议研究决定,天宫二号在轨飞行至2019年7月,之后受控离轨。[4]
4月20日19时41分,搭载天舟一号货运飞船的长征七号遥二运载火箭,在文昌航天发射场点火发射,约 596秒后,飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,发射取得圆满成功。
天舟一号此后将与天宫二号空间实验室完成交会对接,实施推进剂在轨补加,突破和掌握推进剂在轨补加等关键技术。
目前,天宫二号运行在距地面393公里的近圆对接轨道,设备工作正常,运行状态良好,满足交会对接任务要求。
这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飞行试验。飞船入轨后,将按预定程序与在轨运行的天宫二号先后进行自动交会对接、自主快速交会对接等3次交会对接,3次推进剂在轨补加,以及空间应用和航天技术等领域的多项实(试)验。
天舟三号货运飞船完成绕飞对接
天舟三号货运飞船完成绕飞对接,天舟三号货运飞船从空间站天和核心舱后向端口分离,绕飞至前向端口,并于 9 时 06 分完成自动交会对接。天舟三号货运飞船完成绕飞对接。
天舟三号货运飞船完成绕飞对接1随着三名航天员乘组翟志刚、王亚平和叶光富安全返回地球,也意味着神舟十三号载人飞行任务的圆满结束,同时也意味着中国空间站建设关键技术验证阶段的结束。神舟十三号载人飞船撤离后,空间站组合体只剩下“一船一舱”,分别是天和核心舱和天舟三号货运飞船。
根据中国载人航天工程办公室的最新消息,天舟三号货运飞船在北京时间4月20日5时02分,从天和核心舱的大柱段对接口也就是后向对接口分离,之后和天和核心舱并驾齐驱开始执行绕飞动作,在9时06分完成了绕飞并且对接到天和核心舱的节点舱轴向对接口,也是它的前向对接口,整个过程4小时04分。
目前空间站上无人驻守,天舟三号全程自主绕飞交会对接,很多小伙伴比较好奇,天舟三号停靠的好好,为什么要换位置哪?
给天舟四号让位置
根据中国载人航天工程办公室的消息,中国空间站在2022年将会有6次发射任务,目前大体的发射时间已经确定。最先发射的是天舟四号货运飞船,目前它已经在文昌航天发射场和长征七号遥五运载火箭,按照计划进行发射场区总装和测试工作。
预计会在5月的中旬或者上旬发射,正所谓兵马未动粮草先行,天舟四号货运飞船将会为神舟十四号载人飞船三名航天员乘组带去充足的生活物资和实验物资。天舟四号发射后将会对接在天和核心舱的后向对接口处,因此说天舟三号必须要给天舟四号让出对接位置,因此必须要进行绕飞转位换对接口。
同样是对借口,都可以进入天和核心舱,为什么新的货运飞船要对接在后向对接口?
其实这个问题比较简单,就是方便航天员在空间站中进行物资转运,因为前向对接口是在节点舱上,后向的对接口是在天和核心舱的大柱段上。
从前向对接口进入空间站需要经过两道门,操作起来比较繁琐,而从后向对接口进入只需要通过一道门更加方便。例如此前的天舟二号发射后就是对接在后向对接口,在天舟三号发射入轨前,天舟二号进行了绕飞对接动作,给天舟三号让出了位置。
现在天舟三号同样采取了它前辈的动作流程,给天舟四号让位置,未来的天舟五号、天舟六号都将如此。
方便后续的实验舱对接
等到天舟四号货运飞船和神舟十四号载人飞船都入轨对接后,空间站组合体将会是“一舱三船”的构型,这就意味着天和核心舱上的三个对接口全部被占用,后续的实验舱发射入轨,必须要留出一个对接口。
那么下行让位的只能是天舟三号货运飞船,因为它已经经历了神舟十二号乘组以及神舟十三号乘组,完成了上行运送物资、飞行过程中为空间站调姿调轨的任务。
接下来就是下行带走废弃物,例如空间站中更换下来的维修备件,生活物资的包装废物以及航天员的排泄物,它们都会被转运至天舟三号中,随着天舟三号的撤离再入大气层,最终在南太平洋的上空烧毁,一些残骸会落入尼莫点。
所谓的尼莫点就是距离陆地最远的一个虚拟位置,相对于地球表面的陆地,地球上空的空间站距离它更近一些。
“问天实验舱”发射后会对接到天和核心舱的前向对接口,在这个对接口停留数月,之后在机械臂的辅助下进行水平转位实验,这个技术已经在天舟二号在轨期间完成了验证工作。之后“问天”实验舱将在天和核心舱的径向水平停泊口,没什么特殊情况的话将会永久停留。
那么问题也就简单来,天舟三号自然会在“问天”实验舱发射入轨之前进行撤离动作,这个动作它的前辈天舟二号完成过,天舟一号也完成过。按照计划“问天”实验舱会在7月份发射升空,那么天舟三号货运飞船自然是在那个时间点前执行撤离动作。
今年空间站的六次发射任务,包括了两个载人飞船、两个货运飞船以及两个实验舱,在10月份“梦天”实验舱发射入轨之后进行水平转位动作,届时中国空间站将完成建设工作,也变成T字形构型。之后发射的神舟十五号载人飞船将和神舟十四号载人飞船太空会师,六名航天员完成在轨任务交接,共飞5-10天。
天舟三号货运飞船完成绕飞对接2据央视新闻报道,据中国载人航天工程办公室消息,北京时间今天 5 时 02 分,天舟三号货运飞船从空间站天和核心舱后向端口分离,绕飞至前向端口,并于 9 时 06 分完成自动交会对接。目前,空间站天和核心舱和天舟三号组合体状态良好,后续将迎接天舟四号货运飞船、神舟十四号载人飞船和问天实验舱的到访。
了解到,执行天舟四号货运飞船发射任务的长征七号遥五运载火箭已完成出厂前所有研制工作,也安全抵达文昌航天发射场。根据西昌卫星发射中心总工程师钟文安介绍,天舟四号预计 5 月中上旬发射,并且航天员吃住用品货包已安装完毕,火箭也已完成箭体恢复。
神舟十四号什么时候发射?据中国载人航天工程航天员系统总设计师黄伟芬介绍,神舟十四号、神舟十五号两个乘组的航天员都在开展训练,并且状态良好。据了解,神舟十四号拟于 6 月发射,届时将有新的“出差三人组”在中国空间站工作生活。
天舟三号货运飞船完成绕飞对接3随着翟志刚、王亚平和叶光富3名航天员安全返回地面,标志着我国天宫空间站完成了组装建造关键技术的在轨验证,后续将进入全面建造的阶段了。目前天宫空间站上,只有天和核心舱和天舟三号货运飞船,暂时处于没有航天员驻留的“空档期”。
天舟货运飞船完成转位操作
据最新的消息,在4月20日5时2分起,目前在天宫空间站上唯一的对接舱体-天舟三号货运飞船,从原来对接的天和核心舱的大柱段对接口(后向对接口)脱离,执行了围绕核心舱的绕飞动作,经过4个小时的绕飞之后,与天和核心舱的节点舱轴向对接口(前向对接口)完成对接操作。
此次天舟三号的绕飞和“转体”对接,前后用时4个小时多一点的时间。一些朋友估计心里会纳闷,现在天和核心舱对接口这么“富裕”,为什么要进行从后向前的转位呢?难道是再次展示一下舱体对接技术?当然不是,现在我们的空间站建造计划,已经远非需要“秀”一把的时候,每一项任务都是严格按照既定计划来的。
天和核心舱对接口有几个?
为了解答这个问题,我们首先得看一下天宫空间站的有哪些主要接口。无论是载人飞船,还是货运飞船,以及今后发射的实验舱,它们要与空间站合而为一,都需要以天和核心舱为基础来进行对接。
天和核心舱的总体结构,可以划分为节点舱、生活舱和资源舱三个部分,总长度166米,直径42米。其中,生活舱是供航天员日常生活和休息所用,资源舱主要放置供航天员日常工作和生活的必要物资、仪器设备等。
而提供对接服务的,是核心舱的节点舱部位,主要用以连接和访问相关飞行器。在节点舱上,一共配置有5个对接口,分别是2个侧向停泊口和3个对接口。其中,2个侧向停泊口是用来对接“问天”和“梦天”两个实验舱的,以后这两个实验舱将长期停靠在这两个停泊口上,所以到目前为止,这两个停泊口一般不会对接其他的飞行器。
剩下的3个对接口,其对接方向一个是前向(沿着飞行方面处在最前面的)、一个后向(与前向相对,处在船体的最后端)、一个径向(从地球方向上看,是指向地面方向的)。这3个对接口虽然接口标准完全一致,但是作用却各有侧重。
其中,径向对接口主要用于对接载人飞船,因为是朝着地面,所以无论是对接还是分离,都比较方便,之前的神舟十二号、十三号和以后的十四号、十五号都会对接这个接口。
后向对接口主要用于对接货运飞船,之前的天舟一号、二号、三号和后续的四号在刚开始对接核心舱时,都会在这个接口与空间站连接。
前向对接口主要用于载人飞船和其他扩展飞行器,是一个多用途的接口,在需要进行舱体转换时提供中转条件。比如,我国今年后续要发射的神舟十四号和十五号载人飞船,在空间站上会有一个7天左右的“交接期”,那么就会有两艘载人飞船同时停靠在空间站上,这个时候,前向对接口就必须对接一个载人飞船了。
除此之外,在节点舱的上方,其实也有一个“备用”接口。但是为了航天员出舱执行太空行走任务的方便,这里目前设置成了一个气闸舱,上面留有可供出舱活动的出口,暂时还不会对接其他飞行器。
前向对接口的作用巨大
知道了天宫空间站5个对接口的用途之后,大家发现,后续要发射的天舟四号、五号货运飞船,将会首先对接到它的后向对接口上,这就需要天舟三号给腾地方了。那么,为什么天舟四号不对接到它的前向对接口呢?
主要原因就在于从后向对接口进入核心舱,只需要通过一道门,而如果从前向对接口进入核心舱,得通过两道门,为了后续神舟十四号航天员搬运物资的方便和快捷,毕竟需要的物质是从天舟四号货船上取。
而目前天舟三号上的物品,主要是神舟十三号航天员日常工作和生活中留下来的废弃物,已经没有什么用了,后续随着天舟三号的分离,将会坠落大气层而全部焚毁。
值得一提的是,今年我国还将进行6次围绕天宫空间站建造的发射任务,包含天舟四号、五号货运飞船,神舟十四号和十五号载人飞船,以及问天和梦天实验舱,在此过程中,天和核心舱的前向对接口的“辗转腾挪”作用会得到更大地发挥。
它不但会承接天舟四号和五号的常规“转位”,而且问天和梦天两个实验舱最初与空间站对接的位置,也要分别由前向对接口来承担,之后再分批次通过在轨转位到右侧和左侧的停泊口,最终形成“T”形三舱组合体基本构型的建造。
如果再把时间放远一点,今后我国还要发射“巡天”光学舱,里面搭载有国际领先的大型光学望远镜,它与空间站的组合也需要前向对接口来实现。
按计划,天舟1号在发射入轨两天后,与天宫2号完成首次交会对接。之后,天舟1号与天宫2号组成的组合体将进行2个月的在轨飞行。完成3次推进剂在轨补加试验,同时测试天舟1号货运飞船对组合体的控制能力。这一阶段任务完成之后,天舟1号飞船撤离天宫2号,从另一侧与天宫2号进行二次对接。完成绕飞试验以后,天舟1号就与天宫2号再次分离,两个飞行器将独立飞行3个月,这期间,天舟一号主要完成搭载的空间科学试验。而在这3个月的末期,天舟一号还要与天宫2号进行最后一次对接,验证自主快速交会对接技术,要求两个航天器在6个小时左右实现对接。
意义:货运系统是中国建成空间站需要突破和掌握的关键技术,天舟1号任务的完成将使中国具备向在轨运行航天器补给物资、补加推进剂的能力。这一能力,是确保未来中国空间站在轨长期载人飞行的基本前提。——常识航空航天篇。
天舟一号货运飞船主要任务如下:
一、在轨推进剂补加
1、天舟一号最大特点是承担推进剂补加任务,货运飞船跟天宫二号增加了液体连接,而且推进剂和氧化剂分别有不同接口。燃料补加共有29个步骤,流程十分复杂。出现应急情况还要进行在轨处置,需要地面飞控系统进行复杂的操作。
2、此次推进剂在轨补加先后进行了补加管路检漏、天宫二号贮箱气体回收、推进剂输送、推进剂吹除等关键步骤。在地面操作人员精确控制下,整个在轨补加过程由天舟一号与天宫二号共同配合完成,其中,天舟一号负责贮箱增压、补加管路检漏,并向天宫二号输送推进剂;天宫二号负责贮箱气体回收,并接收货运飞船输送推进剂。
二、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。
三、科学试验
天舟一号上搭载了非牛顿引力实验等10余项应用载荷共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。
四、释放立方星
“丝路一号”科学试验卫星01星是由西安测绘研究所(地理信息工程国家重点实验室)作为工程总体负责总体论证设计,航天恒星技术有限公司负责整星研制的对地观测微纳卫星,搭载中国科学院西安光学精密机械研究所研制的航天全色相机,西安电子科技大学研制的星上数据处理与传输载荷。“丝路一号”01星的释放试验是我国首次通过飞船系统采用在轨储存方式释放立方星,完成了非火工品装置的分离解锁技术、部署发射器与立方星间接口匹配技术以及部署发射器制造的材料和工艺保证技术验证,为后续我国空间站开展微纳卫星部署发射及在轨服务奠定了技术基础。
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