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天舟一號出廠前
首次驗證“太空加油”
專家表示,無論是空間實驗室還是空間站,在近地軌道運行都會由于空氣阻力而“掉高度”,如果不能維持高度,其在軌壽命將比較有限。這需要火箭發(fā)動機適時啟動以保持軌道高度,但是其攜帶的燃料是有限的。這就為被稱為“太空加油”的在軌推進(jìn)劑補加技術(shù)提出了需求。
目前掌握推進(jìn)劑在軌補加技術(shù)的只有美俄兩國,此次天舟一號的一個重要使命就是驗證這項技術(shù),這也是決定中國未來空間站能否順利發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。為此,先期發(fā)射入軌的天宮二號安裝了一套全新的補加系統(tǒng),其補加原理類似于油管與油槍的對接,不過精度和密封性要求非常高。
專家表示,目前國際上還有一種維持軌道的補充方式,就是貨運飛船與空間站對接后,利用自身發(fā)動機“燒掉”多余的燃料抬高空間站軌道。不過這種軌道維持方式對于飛船的位置、對接口受力都有很高要求,另外這種方式也不夠靈活。
現(xiàn)役運載能力最強貨船
中國計劃在2022年前后建成空間站,其初步規(guī)模包括一個核心艙和兩個實驗艙,如果想保持航天員長期在軌飛行,貨運飛船是必可不少的。
專家表示,貨運飛船是從載人飛船演變過來的。運貨飛船可以運輸推進(jìn)劑燃料、維修和更換的設(shè)備、航天員的生活、工作用品以及空間科學(xué)實驗設(shè)備和用品等,此外還能用于調(diào)整空間站軌道高度。在20世紀(jì)70年代,前蘇聯(lián)和美國開始發(fā)展體積大、壽命長、用途廣的空間站。
剛開始時,兩國都是用人貨混裝的載人飛船為空間站提供少量補給,每艘載人飛船一次只能為空間站運去幾百公斤的物資,無法滿足需求。蘇聯(lián)率先在聯(lián)盟號載人飛船的基礎(chǔ)上研制了進(jìn)步號貨運飛船,其貨艙容積為6.6立方米,運載能力為2.6噸,并可進(jìn)行在軌推進(jìn)劑補加服務(wù)。歐洲的貨運飛船叫自動轉(zhuǎn)移飛行器,全長10米,最大直徑為4.5米,重量約10噸,運貨能力可達(dá)7噸,是迄今運載能力最大的貨運飛船,從2008年起到2014年共發(fā)射了5個,但目前已經(jīng)停止建造。
美國的“龍”飛船長5.9米,最大直徑3.7米,其運送載荷最大質(zhì)量6噸,返回載荷最大質(zhì)量3噸,它也是貨運飛船中往地球運回物品的高手。此外,美國的“天鵝座”和日本的HTV貨運飛船運載能力分別為2.7噸和6噸??傮w來說,天舟一號的運載能力是居于前列的,而在現(xiàn)役貨運飛船中其運載能力是最大的。
工作人員揮舞國旗為天舟一號貨運飛船加油。
揭秘“天舟一號”飛船里的秘密
據(jù)中國科普博覽“一點號”報道,在2016年相繼完成長征七號運載火箭首飛試驗、天宮二號與神舟十一號載人飛行任務(wù)后,4月中下旬,將在文昌航天發(fā)射場發(fā)射天舟一號貨運飛船,開展貨物運輸補給、推進(jìn)劑在軌補加、自主快速交會對接等多項關(guān)鍵技術(shù)試驗。
此次任務(wù)是中國載人航天工程空間實驗室階段的收官之戰(zhàn),對于空間站工程后續(xù)任務(wù)順利實施具有極為重要的意義,將標(biāo)志著中國載人航天工程勝利完成“三步走”戰(zhàn)略中的“第二步”任務(wù),為空間站建設(shè)任務(wù)奠定堅實技術(shù)基礎(chǔ)。
隨著大家越來越關(guān)注“天舟一號”與“天宮二號”的對接,這個肩負(fù)航天使命的“天宮二號”再次進(jìn)入人們視線。除了地球觀測和一系列的空間試驗,“天宮二號”還有哪些不為人知的“秘密”呢?我們再來回顧一下。
量天尺
中科院上海光機所研制的“空間冷原子鐘”搭載“天宮二號”發(fā)射升空,將成為國際上首臺在軌運行并開展科學(xué)實驗的“空間冷原子鐘”,同時也是目前在空間運行的最高精度的原子鐘。
“空間冷原子鐘”將激光冷卻技術(shù)和空間微重力環(huán)境結(jié)合,有望實現(xiàn)10^-16量級的超高精度(約3000萬年誤差1秒),將目前人類在太空中的時間計量精度提高1~2個數(shù)量級。
百變金剛
開展大Prandtl數(shù)液橋熱毛細(xì)對流穩(wěn)定性相關(guān)問題的研究,研究在空間微重力環(huán)境下熱毛細(xì)對流的失穩(wěn)機理問題,拓展流體力學(xué)的認(rèn)知領(lǐng)域,取得具有國際先進(jìn)水平的研究成果。突破并掌握微重力環(huán)境下的液橋建橋、液面保持和失穩(wěn)重建等空間實驗關(guān)鍵技術(shù),進(jìn)一步提升我國微重力流體科學(xué)的空間實驗?zāi)芰图夹g(shù)水平。
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