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天舟一号货运飞船发射成功 天舟赴天宫西安力量贡献大


  

  东方IC供图

  天宫

  西安力量贡献大

  4月20日19时41分,搭载着天舟一号货运飞船的长征七号遥二运载火箭,在我国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。

  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。其间,天舟一号与天宫二号组合体在轨飞行约2个月,天舟一号独立飞行约3个月。完成既定任务后,天舟一号将受控离轨,陨落至预定安全海域;天宫二号留轨继续开展拓展试验和应用。新华社

  西安技术为“太空加油”保驾护航

  20日,天舟一号成功飞入苍穹,此次这个“太空快递小哥”的最主要任务就是为天宫二号完成太空在轨推进剂补给,即俗话说的“太空加油”,而这项大难度的技术正是由位于西安的航天科技集团六院攻关完成的。

  天舟一号货运飞船飞行发射,其核心攻关项目——推进剂在轨补加技术是空间站实现长期驻留的必要条件,在此之前仅有个别航天大国完全掌握。此次我国在推进剂太空在轨补加一系列核心关键技术研制上获得重大技术突破,中国人的“太空加油”梦想成为现实。

  “太空加油”和我们平时在陆地上加油有什么不同?据航天科技集团六院801所载人飞船和空间站实验室主任设计师刘建盈介绍,在陆地上加油只要人工将油枪对准加油孔,开始加油即可完成,但是在太空完全失重的环境下,“加油”可就不那么简单了。刘建盈告诉记者,外太空“加油”完全要靠气体压力的调节将推进剂压出来。陆地上是面对空油箱加油,但在太空,飞行器的推进剂燃烧后会产生大量的气体,这些气体占据了储箱的空间,想再往里“加油”就要把气体抽回气瓶中。为此,研发团队专门研制了“压气机”,它去年9月就随天宫二号空间实验室带到了太空。压气机的作用,就是在“太空加油”之前,把原来储箱里面的气先抽出来,相当于把油箱先腾空。在天舟一号与其对接后,通过两个航天器之间产生的气体压力,把推进剂从天舟一号上源源不断输送到天宫二号上。虽然看起来和地面加油差不多,但是要真正实现起来,却并不容易。

  推进剂是绝对不能泄漏的,如何既能保证准确的对接,又要满足密封的要求呢?刘建盈介绍说,两个飞行器对接后,为了保证天舟一号上的“油枪”能够对准天宫二号上的“加油孔”,科研人员研制出了浮动断接器,“两个对接机构对接上肯定是有一定的偏差,通过浮动来找到最合适的位置,实现准确的对接。”刘建盈说,货运飞船在对接及浮动断接器插合完成后,需对货运飞船及空间实验室/空间站连接起来的补加管路系统进行检漏,确保补加过程中无泄漏及补加系统的安全,由于这些技术在地面没有办法模拟实现,801所设计团队通过设计仿真及多轮地面试验验证,摸索出了检漏方法及评判指标,为在轨补加前检漏这一安全保障奠定了基础。

  “太空加油”技术完全由航天科技集团六院独立自主研制,并突破了国外技术封锁,填补了中国航天领域空白,实现了我国空间推进领域的又一次技术跨越。

  西安动力为“天舟”架“天梯”

  20日,我国新一代中型运载火箭“长征七号”成功发射,推举我国首艘货运飞船——天舟一号飞向遥远的天际。此次为天舟一号搭建太空“神梯”的就是位于西安的航天科技集团六院,“西安动力”再显威力。

  “这次执行天舟一号飞行发射任务,航天六院研制交付了大小46台发动机。”航天六院科研生产部副部长高新辉告诉记者,既包括为长征七号提供推力的10台两种推力类型的新型绿色环保液氧煤油发动机,还包括天舟一号上36台大小各异功能不同的发动机,这36台发动机25N、120N、150N、490N四种不同推力量级。据六院801所载人飞船和空间站实验室主任设计师刘建盈介绍,这些发动机分工不同,其中25N、150N发动机负责帮助天舟一号调整姿态,490N发动机主要控制它在轨运行,而120N发动机则负责交会对接。通过他们的默契配合,力保天舟一号这位“快递小哥”在轨飞行和交会对接时,能够实现“俯仰有度,动静自如”。

  每一台发动机的工作精确与否,都关系着整船的飞行任务能否顺利完成,因此必须确保发动机具有100%的工作可靠性。天舟一号的运载量大,要求发动机工作时间和工作次数成倍的增加,这就要求在较短的研制周期内,大幅提高各发动机的工作可靠性。刘建盈告诉记者,经过充分论证比较,六院研制团队决定对25N、120N、150N发动机的技术状态进行适应性改进设计,在不改变性能的前提下,降低发动机工作温度。由于发动机工作涉及雾化、燃烧等复杂的物理化学过程,是一个世界性的难题,不仅需要理论分析和仿真计算,还需要大量的试验验证。在研制团队不懈的努力下,天舟一号各级系统均采纳了发动机的改进方案,满足了型号总体提出的技术要求。

  西安乡党为“舟宫会”牵线搭桥

  20日,天舟一号在万众瞩目中飞入苍穹。航天科技集团五院西安分院为其研制的应答机天线网络,通过提供通信与测控信号传输大通道,帮助“天舟”与“天宫”精准会面。

  想象一下,如果“太空快递小哥”的手机没有信号,或者不认识路,那怎么能顺利将货物送到呢。“西安分院为天舟一号与地面联系搭建了联络专线,为天舟一号能够顺利将货物送达提供了重要保障。”西安分院天舟一号任务指挥陈岚介绍,应答机天线网络承担着收发信息的功能,当天舟一号接收到地面的通信和测控信号的时候,就通过应答机天线网络传输到应答机对信号进行接收。反之,当天舟一号给地面发送相应信号的时候,也需要通过应答机天线网络来传输到天线并发送到地面。”陈岚说,相比天宫二号空间实验室中使用的USB天线网络,应答机天线网络重量减轻了500克,体积也相应减少。

  “瘦身”后的应答机天线网络,不仅身材“苗条”,且功能更为强大。五院西安分院在应答机天线网络上使用了新研发的收发双工器,通过四个通道中的八个端口,实现了通信测控信号的高效传输。由于这项独特性的设计,将应答机天线网络的射频信号传输能力提升了近一倍多,远远超出了天舟一号最初的设计指标要求。同时也因为这项独特性的设计,不仅不需要通过开关来控制信号的发射和接收,实现了信号的“常通”,而且从根本上提升了信号传输的可靠性。就好比在电梯运送人员的过程中,以前是使用直梯运输,需要通过电梯门的开关来分拨运送人员,而现在则通过手扶电梯,实现了不间断的运送。

  同时,为保证天舟一号信号传输清晰,在应答机天线网络中,五院西安分院还使用了新研的介质滤波器,当信号通过的时候,可以将多余的干扰信号过滤掉,提升了信号传输的质量。就如在手机通话中,将多余的干扰声音过滤掉,只保留正式的通话声音。

  五院西安分院研制的应答机天线网络在天舟一号中经历了产品的反复加工、调试、性能测试,先后开展了力学、热控、温度、湿度以及功率容量等多项试验验证,充分保证了在轨运行的可靠性。

  “天舟”“长七”“大脑”都是西安造

  20日,长征七号运载火箭托举天舟一号货运飞船一飞冲天。作为中国首个 “太空快递小哥”,天舟一号有着强大的“大脑”,而为它打造这些强大“大脑”的就是位于西安的航天九院七七一所。

  箭载计算机被称为火箭的强健 “大脑”,它能够有条不紊地完成箭体参数录取、飞行轨道计算、飞行轨迹误差修正以及控制指令输出等多项复杂的控制任务,指挥火箭正常飞行。此次,长征七号实现了指令级同步技术,可以将“大脑”发出的指令之间的误差由原本的微秒级降低至纳秒级,实现“大脑”更加精准的控制。

  数管分系统中央单元是整个天舟一号货运飞船的“大脑”。在货运飞船飞行、停靠期间,中央单元紧张地忙碌着,负责完成对整个飞船数管分系统设备的控制、管理,同时对其他分系统设备间的命令和数据传送进行控制。只有中央单元正常运转,才能精确控制天舟一号与天宫二号空间实验室交会对接、推进剂在轨补加。天舟一号数管分系统中央单元通过技术攻关,实现了关键元器件的国产化,为今后我国航天器工程自主可控的国产化道路奠定了坚实基础。

  西安制造为“天舟”定制“密封衣”

  4月20日,我国第一艘货运飞船天舟一号成功发射升空。位于西安的中国航天科技集团公司四院为天舟一号量身定做了全套结构密封系统,为其奔赴“天宫”提供安全保障。

  飞船舱体密封系统是航天飞船、空间站等舱体结构密封的重要系统部件,对隔离舱体与外层空间、支撑舱内环境起着至关重要的作用。为满足复杂的外太空环境要求,四院42所研制的密封产品在高真空、高低温交变、原子氧侵蚀、强紫外线和带电粒子辐照等特殊环境中,不产生降解、老化和皲裂,始终保持可靠的密封性能。另外,由于飞船舱内环境的特殊要求,该所密封产品具有极低的挥发性,而且无毒、无污染。自载人航天工程启动以来,四院42所承担了所有“神舟”载人飞船、“天宫”实验室舱体密封系统研制生产任务。

  天舟一号是目前我国体积最大、重量最重的航天器。舱体密封产品的种类更多、规格不一,安全性、稳定性要求更高。为满足要求,该所研制人员专为“天舟” 量身制作了个性化系列模具,研制出的密封产品形状各异、规格多样,大的直径长达一米多,小的只有十几毫米,密封件尺寸精度误差不超过0.01毫米,相当于头发丝的五分之一,许多异形件更是首次研制。据各类模拟环境试验表明,该密封材料,达到国际同类产品水平,寿命大于30年。

  西安智慧为“天舟”铺“天路”

  20日,天舟一号成功发射,由航天科技集团五院西安分院研制的中继终端第一时间开机,与太空中的四颗中继卫星实现“太空握手”,搭建“天路”,实现地面对天舟一号的“远程驾驶”。

  “此次科研人员将以中继终端与中继卫星建立起来的天基测控通信系统为主,对天舟一号实施在轨飞行控制。”西安分院中继终端负责人余晓川介绍到,通过地面遥测遥控方式,对飞船姿态进行控制,并与地面建立通信联系,实现对天舟一号货运飞船的“远程驾驶”。余晓川说,中继终端就好像人的神经系统,通过与中继卫星的联系,来帮助处理所有的指令。在随后的飞行过程中,天舟一号中继终端还将通过“太空天路”与天宫二号完成两次交会对接任务,并为天宫二号“太空加油”。以其中的交会对接任务为例,通过中继终端所搭建的天基测控通信系统,科研人员可以同时实现对天舟一号和天宫二号的“远程驾驶”,可以对天舟一号和天宫二号实现同时测控、同时进行高速数据传输,所建立的星间链路可以实时向地面传输交会对接画面。除此之外,天舟一号还将进行包括载荷试验在内的多项试验验证任务,而这些任务的所有命令都是通过中继终端发送的遥控和遥测指令来实现的。

  搭建太空天路,实现“远程驾驶”听起来简单,但实现起来不仅需要跨越393公里,还必须在不到一个小时的时间内快速搭建完成,更要确保全程稳定运行,系统复杂性可想而知。天舟一号中继终端与四颗中继卫星组成的天基测控通信系统是实现“远程驾驶”的关键。为研制出适合天舟一号任务需求的系统和产品,西安分院研究人员在天宫二号中继终端产品设计和工作原理的基础上,重新设计、研制了系统产品,系统所配置的9个软件均为新研软件。

  西安卫测中心织“天网”送“天舟”

  20日19时,古城西安夜幕初降,喧嚣了一天的城市,渐渐安静下来。而此时,西安卫星测控中心里面的工作人员正在为天舟一号忙碌着。

  走进测控中心指挥大厅,立刻感到一种紧张忙碌的气氛。一排排身着蓝色工作服的科技人员,全神贯注地端坐在计算机面前,为即将发射的天舟一号货运飞船进入最后的准备工作。测控中心技术部杨永安副总工程师告诉记者,这次任务是天舟一号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,首次进行飞行试验,包含多项试验任务,每一项都需要世界一流的航天控制技术。作为年度工作的重头戏之一,中心从年初就开始着手准备。前期,他们利用任务软件与中心各测控站组成的测控‘天网’模拟了任务全过程,对可能存在的任务风险提出了切实可行的对策。

  19时41分40秒,搭载着天舟一号的长征七号运载火箭冲天而起。大屏幕上显示着我国版图和火箭理论曲线,此时很快出现一个小小的红色亮点,亮点缓缓移动变成一条红线,这是根据飞船实际参数计算出来的飞行姿态曲线。

  “三亚发现目标!”在火箭起飞40秒左右,三亚测控站灵敏的雷达准确捕捉到天舟一号令人期待的身影。“西沙跟踪正常!”“长江七号发现目标!”很快,来自祖国各地多个测控站的报告声陆续传来。

  19时51分,船箭分离成功。大屏幕中间显示出天舟一号的飞行状态,各项测控数据显示飞船性能良好,运行状态平稳。随着各测控站点不断精准地注入指令,飞船按计划向预定轨道顺利挺进。19时54分,只见天舟一号的太阳帆板缓缓张开。各项参数显示,天舟一号已顺利进入预定轨道。20时05分,发射场区指挥部宣布:火箭飞行正常,飞船准确进入预定轨道,天舟一号发射任务取得圆满成功。

  丝路一号科学试验卫星01星

  天舟乘客

  昨日,我国首颗采用货运飞船搭载方式发射的对地观测微纳卫星“丝路一号”科学试验卫星01星随天舟一号货运飞船升空。这是我国“丝路微小卫星群对地观测系统”的首发星。

  昨日,记者从航天基地获悉,丝路微小卫星群对地观测系统”是陕西服务“一带一路”建设的重点示范性项目。卫星群计划由30颗以上以增强导航和遥感为主的多任务多载荷微小型卫星组成,配合在陕已建成的接收处理与应用服务中心,将为西部地区及丝路沿线国家提供便捷稳定的增强导航和遥感影像服务。首颗卫星的整星收拢长度仅为330毫米,质量不到4.5公斤。虽然重量轻,却具备很强的光学遥感对地观测能力,可以提供全色、多光谱、高光谱等多种类型的遥感影像并具备增强导航功能。

  记者 魏鑫

  西工大空间生命科学项目

  昨晚,我国首艘货运飞船天舟一号在海南文昌航天发射场发射升空,4个科学实验项目搭载飞船升空。

  此次在天舟一号飞船上开展的生命科学实验项目,由西北工业大学联合清华大学、浙江大学等5家单位将开展8个子课题研究,所有生物样品均为哺乳动物细胞。西北工业大学在其中承担了一个子课题——“空间微重力环境对骨/成骨细胞生命活动的影响”,将在天舟一号上进行持续21天的空间飞行实验,与天基实验同步开展相关的对照地基实验,包括地面正常细胞实验、地基模拟微重力(效应)实验、地基初样比对件产品细胞培养实验等。记者 任娜

编辑:刘伟2015
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