歪?核心艙嗎?快遞已發(fā)貨,請注意查收!
發(fā)布時間:2021-08-02
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   出品:科普中國

  制作:一顆青椒

  監(jiān)制:中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

  兩次推遲后,天舟二號貨運(yùn)飛船順利發(fā)射,迎來“穩(wěn)穩(wěn)的幸?!?,天宮空間站將迎來首位客人。

  “天舟二號”貨運(yùn)飛船與“天舟一號”飛船相同,長10.6米,最大直徑3.35米,最大裝載狀態(tài)下重達(dá)13.5噸,最大貨物運(yùn)載能力為6噸。

  搭載“天舟二號”的長征七號運(yùn)載火箭是我國新一代中型運(yùn)載火箭,起飛重量594噸,近地軌道運(yùn)載能力達(dá)14噸,僅次于搭載天和號的長征五號B型運(yùn)載火箭,是我國今后向空間站運(yùn)送物資補(bǔ)給的主力。

  “天舟二號”的任務(wù)是向天宮空間站運(yùn)輸物資補(bǔ)給,主要包含了航天員入站后所需的生活物資和科研實(shí)驗(yàn)耗材,以及由我國自行研發(fā)的“飛天”艙外航天服,為航天員在空間站的生活和科研任務(wù)提供物資保障。這也是首次給天宮空間站提供補(bǔ)給。

  

  在廠房中的“天舟二號”貨運(yùn)飛船(圖源:中國航天科技集團(tuán))

  而“天舟二號”的任務(wù),遠(yuǎn)不止送貨。

  我國近地軌道載人航天器的發(fā)射任務(wù),通常會將載荷先送入一個近地點(diǎn)200km,遠(yuǎn)地點(diǎn)400-500km的橢圓軌道,隨后載荷依靠自身動力進(jìn)入距地高度為400km多的圓形軌道開展任務(wù),此次天和號核心艙也是如此。

  在400km高的太空中,仍有極為稀薄的空氣,帶來的阻力會不斷降低空間站的軌道高度,因此需要定期點(diǎn)火,將軌道重新抬升,方可維持其長期穩(wěn)定地運(yùn)行?!疤熘鄱枴背素涍\(yùn)之外的任務(wù),就是利用貨運(yùn)飛船的動力來維持空間站的軌道,而空間站自身的發(fā)動機(jī)作為備份使用。為了給空間站核心艙攜帶盡可能多的科研設(shè)備,因此其攜帶的燃料總量有限,并不能長時間維持在軌運(yùn)行。

  除此之外,作為第一艘與天宮空間站對接的飛船,“天舟二號”還要為后續(xù)任務(wù)“探路”,進(jìn)行一系列技術(shù)驗(yàn)證。

  首先就是“遙操作交匯”。通俗來講,就是待神舟十二號航天員進(jìn)駐空間站后,“天舟二號”會暫時脫離天和號核心艙,然后由站內(nèi)航天員遙控“天舟二號”與空間站進(jìn)行交匯對接操作。這是為了模擬當(dāng)貨運(yùn)飛船的自動對接系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,如何將其與空間站進(jìn)行對接。

  空間站在軌運(yùn)行時間長達(dá)十余年,在此期間會有大量的載人和貨運(yùn)飛船與空間站進(jìn)行對接,其間難免會出現(xiàn)一些小問題。例如2021年2月,進(jìn)步MS-16號貨運(yùn)飛船為國際空間站提供貨物補(bǔ)時,由于其對接天線出現(xiàn)了損壞,導(dǎo)致其自動對接系統(tǒng)無法工作,最終由國際空間站上的宇航員遙控操作才成功地實(shí)現(xiàn)了對接。

  

  對接天線受損的進(jìn)步MS-16號飛船,紅圈處即為受損的天線(圖源:NASA)

  除了“探路”之外,“天舟二號”貨運(yùn)飛船還擔(dān)負(fù)著為核心艙進(jìn)行燃料補(bǔ)加的任務(wù)。

  一開始,“天舟二號”會從尾部向核心艙補(bǔ)給物資、補(bǔ)加燃料,這是因?yàn)楹诵呐摰那跋驅(qū)涌谝艚o后續(xù)發(fā)射的神舟十二號飛船。待神舟十二號完成任務(wù)并脫離空間站返回后,“天舟二號”將再一次與核心艙短暫分離,并轉(zhuǎn)移至神舟十二號的前向?qū)涌谂c核心艙進(jìn)行對接,并再一次為核心艙進(jìn)行燃料補(bǔ)加實(shí)驗(yàn),這是為了驗(yàn)證前向?qū)涌诘娜剂涎a(bǔ)加功能是否正常。畢竟在空間站運(yùn)行期間會出現(xiàn)兩艘貨運(yùn)飛船同時對接的情況,此時就需要有兩個對接口均具備為核心艙加注燃料的功能才行。

  給核心艙加完“油”后,“天舟二號”還要客串一把“問天”和“夢天”兩個實(shí)驗(yàn)艙,進(jìn)行機(jī)械臂轉(zhuǎn)位實(shí)驗(yàn)。根據(jù)空間站的建設(shè)計劃,后續(xù)的兩個實(shí)驗(yàn)艙在發(fā)射后將首先與天和號核心艙的前向?qū)涌谶M(jìn)行對接,以求減小對接時給核心艙帶來的沖擊。隨后,天和號核心艙上的機(jī)械臂將會“抓住”實(shí)驗(yàn)艙,并將其轉(zhuǎn)移到側(cè)面的停泊對接口對接。在實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射之前,我們就可以先用重量略輕的“天舟”貨運(yùn)飛船客串一把實(shí)驗(yàn)艙,用機(jī)械臂“抓著”貨運(yùn)飛船把它從前向?qū)涌谵D(zhuǎn)移到側(cè)面去,為今后實(shí)驗(yàn)艙對接做預(yù)演,確保后續(xù)的空間站建設(shè)萬無一失。

  雖然“天舟二號”的定位是“貨運(yùn)飛船”,可它并不只執(zhí)行貨運(yùn)任務(wù)。在未來,它將與“神舟十二號”載人飛船聯(lián)手為我們帶來精彩的太空實(shí)驗(yàn)。

  雖然天宮空間站還沒有完全建成,在這一過程中對于沒有大型空間站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的我們而言還存在很多未知困難和挑戰(zhàn),但我們相信,在不斷地借鑒、探索、磨煉中,我們能夠建成一座成熟且先進(jìn)的空間站,擔(dān)負(fù)起應(yīng)有的太空責(zé)任,并為人類和平利用太空這一命題交出中國答卷。


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