科学时光机 | 太空中的“快递员”

来源: 新华社、央视网、《中国航天报》 2025-05-30 10:27:14

2021年5月29日20时55分,长征七号遥三运载火箭搭载天舟二号货运飞船在我国文昌航天发射场成功发射。经过约604秒的飞行,飞船与火箭成功分离,并精确进入预定轨道。21时17分,飞船太阳能帆板顺利展开并投入工作,标志着此次发射任务圆满成功。约8小时后,天舟二号与天和核心舱成功实现快速交会对接。天舟货运飞船专门用于货物运输,不搭载航天员。

“大力水手”托举深空梦想

空间站建设对长征七号火箭的基本要求是具备强大的推力。尽管其体型不及“胖五”那般壮观,长征七号火箭的起飞重量仍达到了597吨,近地轨道运载能力为13.5吨,位列中国四大重型火箭之一,堪称“大力水手”,性能达到国外同类火箭的先进水平。

此次长征七号火箭的任务是将装载大量物资的天舟二号货运飞船送至预定轨道。为实现强大的推力,该火箭采用动力更强的液氧煤油作为燃料,并将助推器主捆绑结构的安装间隙从5毫米缩小至4毫米,此举有效减少了飞行振动,增强了助推传力。

发射前的准备

针对飞船与空间站的交会对接需求,科研团队将发射的精确“零窗口”时间拓展为约2分钟的“窄窗口”。这意味着,若火箭起飞时间在2分钟内有所偏差,火箭能自行调整飞行轨迹,确保货运飞船进入核心舱所在轨道面,为后续交会对接创造条件。

此次火箭点火时,“大力水手”尾部未出现因四氧化二氮不完全燃烧产生的红色“烟雾”,而是呈现出如棉花糖般的“白烟”。这是由于长征七号配备了具有自主知识产权的新型液氧煤油发动机,煤油在不完全燃烧条件下产生的颗粒与水蒸气混合凝结成白色“烟雾”。这一技术改进使长征七号的推力提升了60%。

全能的“快递使者”

天舟二号货运飞船装载了160余件包裹,其中包括两件重量超过100公斤的航天员舱外服,以及3吨推进剂,虽然它并非全球最大的货运飞船,但其装载的6.8吨物资已超出了飞船自身重量。

在远离地球的空间站,所有生活必需品,包括食物、衣物、日常用品及呼吸所需物资,均需依赖货运飞船及时补给。天舟货运飞船与长征七号火箭协同工作,构成了空间站的货物运输系统,实现了人员与货物的分开装载,扮演着中国载人航天工程中的“快递使者”角色。

天舟二号在前往空间站时,负责运送各类生活物资、推进剂、维修设备附件、消耗品及载荷设备等。返回时,它还将负责带回并处理空间站的废弃物。

与天舟一号相比,天舟二号在结构上保持一致,采用全密封货物舱与推进舱的两舱设计,总长10.6米,最大直径为3.35米。

在执行任务方面,天舟二号展现出独特优势。为提高装载量,科研团队根据飞船的圆形舱体结构,设计了26种不同规格和形状的货包,这些货包如同积木般被巧妙地安置在蜂窝板货格中,并通过类似飞机座椅的安全锁扣稳固,便于单手取用。这些物资足以满足3名航天员3个月的太空生活需求。

天舟二号不仅装载量大,而且运输速度快。其快速交互对接系统已预先规划好入轨动作时序,减少了天地指令传达时间,并省去了地面临时注入程序的步骤。从地面发货到飞船抵达空间站,仅需约7小时,如同“同城快递”,实现了空间站物资的快速补给。

此外,天舟二号还设计了多个与密封舱隔离的“油箱”,具备运输危险品的资质。除了运输生活物资和实验设施外,它还携带了3吨推进剂,用于交会对接后的空间站补给。 天舟二号货运飞船转变为空间站的“补给站”。

其功能不仅限于物资补给,还能为空间站提供电力支持。天舟二号配备有独立的能源系统,能实现能源自足。在与空间站对接期间,双方可相互补充电能——此时天舟二号处于休眠状态,能耗较低,多余的电能将输送至空间站,确保航天员活动及高能耗科学实验的进行。

此外,天舟二号还充当“储物间”角色。对接完成后,航天员将进出天舟二号获取生活与工作所需物资。为方便航天员快速查找与取用物品,每件货物均贴有无线射频识别标签,利用专用设备即可实现智能定位。

天舟二号还负责垃圾存放,扮演着太空“清洁站”的角色。航天员在空间站产生的生活垃圾及排泄物均存放于天舟二号舱内。任务结束后,天舟二号将携带这些废弃物,在再入大气层时一并销毁。

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