筑梦“天宫”|长七送天舟:入轨超精度,对接时间创纪录

足球比分 2022-11-12 18:08 13

摘要:这是我国空间站“T”字基本结构在轨组装完成后的首次发射。11月12日,长征七号遥六运载火箭在文昌航天发射场成功将天舟五号货运飞船送入预定轨道,发射任务取得圆满成...

这是我国空间站“T”字基本结构在轨组装完成后的首次发射。

11月12日,360数科通过港交所上市聆讯,前三季度净利润超31亿元长征七号遥六运载火箭在文昌航天发射场成功将天舟五号货运飞船送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。

作为空间站的地面后勤补给航天器,天舟货运飞船采用型谱化方案,设计了满足不同货物运输需求的全密封、半密封、全开放3个货物舱模块,与通用推进舱模块组合形成全密封货运飞船、半密封货运飞船和全开放货运飞船3种型谱。

其中,天舟五号货运飞船为全密封货运飞船,是世界现役货物运输能力最大、在轨支持能力最全面的货运飞船,承担着为航天员提供物资保障、空间站在轨运营支持和空间科学实验的任务,停靠空间站期间将实施货物补给、推进剂补加,开展空间科学试验。

长征七号运载火箭近地轨道运载能力为14吨。

从“零窗口”拓展为“窄窗口”

天舟五号货运飞船到达预定轨道后,轨道周期大约是5400秒,而长七火箭入轨精度偏差不能超过4秒,这是我国现役运载火箭中最高的入轨精度。

兵马未动,粮草先行。载人空间站升空后,航天员要在空间站长期驻守,吃、穿、用乃至呼吸所需的物资,都要由货运飞船及时送到空间站,空间站维持正确轨道所需的燃料 也靠货运飞船送。要把载有大批物资的货运飞船按时送入太 空,就必须有运力足、“力气”大、可靠性高的运载火箭。

本次是长征七号运载火箭(以下简称为长七火箭)与天舟系列货运飞船第五次携手奔赴太空,“快递小哥”与它的“乘客”已十分“默契”,火箭总体技术状态也逐渐趋于稳定,飞行可靠性评估值达0.9838这一国际先进水平。

虽然长七火箭五次成功将天舟飞船送入太空,但研制团队以“打一发进步一发”为目标,从未停下追求改进的脚步。长七火箭总体主任设计师邵业涛介绍说,本发火箭进行了10项技术改进。研制团队从源头出发,重点通过并行测试、测试项目合并,优化使用维护条件,简化操作复杂项目等不断优化调整,减少操作质量对人员的依赖,进而提升过程质量、提高测发效率。

邵业涛以火箭助推器吊装附件举例说,研制团队精心计算,优化吊装附件受力点,不用增加配重也能保持箭体垂直,彻底消除了拆装配重块时的操作风险。同时逐步推进箭上元器件国产化替代、发动机可靠性增长设计等,进一步提高火箭可靠性。

为保证两个航天器顺利“牵手”,这就要求火箭必须照预先计算好的时间,分秒不差地点火升空,也就是我们说 的“零窗口”。它的难度在于发射时间精确到秒,如果发射前系统的某个环节出现问题,就只能推迟到下一个发射窗口,重新组织推进剂加注和发射工作,会给发射任务带来比较大的影响。

长征七号火箭仍在不断改进。

由航天科技集团一院研制的长征七号运载火箭作为低温火箭,与常规火箭相比,还面临低温推进剂加注问题和复杂的发射前流程。因此,要实现“零窗口”发射,难度更大。

为适应后续空间站建造和运营阶段的发射及交会对接需求,长七火箭试验团队考虑各项方法误差、工具误差影响,以及射前目标轨道参数变化的影响,根据实测箭体重量及发动机性能等参数对弹道及制导算法进行了优化设计。

长七火箭采用了自动获取起飞时间进行入轨目标参数在线迭代修正技术,可以对飞行弹道、落点等进行评估,分析不同工况、不同起飞时间对入轨精度和运载能力的影响, 并通过大量的数字和半实物仿真,将精确到秒的“零窗口”拓展为2分钟左右的“窄窗口”。

为了应对海南湿热多雨、台风频繁的海洋气候,长征七号火箭还具备了全天候发射能力,可以在低温燃料加注后停放24小时,为成功发射争取更多有利时间,形象地说就是 “想打就打”。

以“长五”、“长七”为代表的新一代运载火箭,加注的推进剂分别是液氢、液氧和液氧、煤油,都是低温燃料,其中液氢的温度达-253°,液氧的温度达-183°。液氢液氧燃烧后产生的是水,无毒无污染,且大大提高了火箭的运载能力。但目前加注后停放最长时间为24小时。

长征七号火箭在研制之初,就把燃料加注后停放24小时作为一项设计标准纳入了型号研制过程,也因此具备了“想打就打”的发射能力。本次任务中,火箭共有射前流程优化和可靠性提升等17项技术状态变化。其中包括,在发射日并行加注液氧煤油,减少了射前准备时间、降低了对人员设备气象保障等条件的 要求、提高了发射可靠性;合并第一次总检查与真增压匹配测试,确保测试覆盖性的同时,减少重复性测试;部分箭上器件装箭后运往发射场、部分测试项目出厂前进行……通过这一系列举措,火箭测发周期减少了4天,由原来的31天缩减到27天。这也是长七火箭首次实现在一个月完成测试、发射。

据称,随着空间站转入长期在轨运营阶段,未来几年,长七火箭将保持每年2次的发射频率,为空间站天地物资运输提供保障。

长征七号火箭吊装助推器。

首台空间应用燃料电池“乘舟”升空

由航天科技集团五院研制的天舟五号货运飞船,上行物资约6.7吨,物资包括航天员系统准备的食品、医药物品、卫生清洁用品等货包,空间站关键设备的备份件、维修件,空间应用系统的实验载荷,以及为空间站组合体携带的1400千克补加推进剂。这些物资都将为未来的航天员在轨驻留、空间站长期运营、开展材料科学、微重力、航天医学试验等 空间应用领域提供物资保障。

此次天舟五号货运飞船还搭载了约1千克的植物种子,用于开展航天育种实验。种子主要包括水稻、小麦、玉米等主粮作 物和少量林木种子。后续,这些种子将通过载人飞船返回地面,经过地面培育后投入市场。

按计划,天舟五号货运飞船不仅要完成上行物资的使命还将承担实验支持的职责。上行的物资中包括3项实验载荷,这些载荷将在空间失重环境下开展科学实验,对一些前沿的航天关键技术进行验证。

例如,我国首台空间应用燃料电池“乘舟”升空。天舟五号上搭载着由航天科技集团五院自主研发的燃料电池发电系统载荷,计划开展我国首次燃料电池空间在轨试验。此次搭载任务,将验证燃料电池在微重力等空间环境下的运行特性规律,掌握微重力等条件对燃料电池运行条件下的参数特性影响规律,为后续宇航燃料电池应用设计提供理论指导和数据支撑,推动宇航燃料电池工程应用发展,为我国载人探月任务推进提供有力支持。

天舟五号搭载了我国首台空间应用燃料电池。

为了让天舟五号转运更安全,早在赴发射场前,研制人员通过充分调研,在继承以往航天器船衣设计经验的基础上,设计了主体结构由里层、中芯和外层组成的新型柔性船衣,有里有面,简约而不简单,这种船衣不 柏原崇弟弟仅可以阻隔高温湿度高盐雾环境对飞船的影响,还能防雨、防尘、防雷电、防污染。

小系统大作为,护航天舟五号使命必达。在天舟五号任务中,航天科技集团五院承担了仪表照明、结构机构以及热控分系统中综合显示单元、语音单元、告警灯、交会对接舱外照明设备、舱内照明设备等共 30 台/套单机研制任务。

2小时交会对接创世界纪录

这次任务与以往最大的不同是天舟五号货运飞船的送货速度更快,仅用2小时就可以成功与T字构型组合体(含径向停靠载人飞船)实施对接,对接目标达80吨量级。这不仅创造了世界最快交会对接纪录,航天员们的幸福感迅速 拉满,更是让全世界感受到了太空里的中国速度。

天舟五号约2个小时的交会对接实现了中国航天技术新的突破。此前,世界上最快速的交会对接最短用时纪录是由2020年10月14日俄罗斯联盟号飞船MS-17 创造的3小时3分钟。

此次天舟五号任务成功解锁了中国空间交会对接技术的新功能,但发展永无止境。随着航天科技集团五院科研人员的不懈努力,我国的空间交会对接技术也将实现持续进化,使这项技术更安全、更智能、更加经济高效。

天舟五号货运飞船上行物资约6.7吨。

和天舟货运飞船此前的6.5小时快速交会对接相比,天舟五号主要从两方面进行了方案的调整而实现了时间的进一步缩短。一是优化了交会对接的控制制导策略,将远距离导引过程中的多圈次飞行压缩为半圈,将多次变轨压缩为了两次综合机动,该部分用时将由原来的约4个多小时减少到约1个小时;二是在近距离自主控制段,减少了多个用以确认飞船状态等的停泊点,类似动车组减少经停车站数量一样,加快了接近速度。如此,该方面的时长将由2个多小时缩短为约40分钟。这种2小时的超快速交会对接对于我国空间站的长期在轨运营有着非常现实的意义,可以极大提高我国的太空紧急救援能力,将大大缩短运输时间,使运输特殊鲜活试验品成为可能,如果将该技术应用于神舟载人飞船,将大大减少航天员赴空间站的飞行时间,尽快进入空间站。

不过,据航天科技集团五院502所交会对接首席专家解永春介绍,“严格来说,2小时交会对接并不是我们为天舟五号增加的新功能,之前的天舟也有该功能,只是因为该模式对飞船飞行状态要求较高,之前没有进行在轨验证,天舟五号交会对接的圆满成功,也是完成了我国交会对接方面的一个新的挑战。”

也就是说,2 小时交会对接只是飞船交会对接 GNC 系统的一个选项,飞船的GNC系统可以根据火箭入轨的情况,自主选择不同时长的交会对接模式,其中2小时超快速交会对接基本是最快速的模式,此外还可以选择3小时、5小时和6.5小时方案等。天舟五号超快速交会对接的成功实施,标志着我国的自主定轨技术精度更高,姿态轨道控制精度更高,综合制导技术水平更高,飞控流程更加优化,也标志着交会对接模式更多、功能更加多样化、适应能力更强,即我国的空间交会对接技术更趋成熟。

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