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天舟一号出厂前
首次验证“太空加油”
专家表示,无论是空间实验室还是空间站,在近地轨道运行都会由于空气阻力而“掉高度”,如果不能维持高度,其在轨寿命将比较有限。这需要火箭发动机适时启动以保持轨道高度,但是其携带的燃料是有限的。这就为被称为“太空加油”的在轨推进剂补加技术提出了需求。
目前掌握推进剂在轨补加技术的只有美俄两国,此次天舟一号的一个重要使命就是验证这项技术,这也是决定中国未来空间站能否顺利发展的关键技术之一。为此,先期发射入轨的天宫二号安装了一套全新的补加系统,其补加原理类似于油管与油枪的对接,不过精度和密封性要求非常高。
专家表示,目前国际上还有一种维持轨道的补充方式,就是货运飞船与空间站对接后,利用自身发动机“烧掉”多余的燃料抬高空间站轨道。不过这种轨道维持方式对于飞船的位置、对接口受力都有很高要求,另外这种方式也不够灵活。
现役运载能力最强货船
中国计划在2022年前后建成空间站,其初步规模包括一个核心舱和两个实验舱,如果想保持航天员长期在轨飞行,货运飞船是必可不少的。
专家表示,货运飞船是从载人飞船演变过来的。运货飞船可以运输推进剂燃料、维修和更换的设备、航天员的生活、工作用品以及空间科学实验设备和用品等,此外还能用于调整空间站轨道高度。在20世纪70年代,前苏联和美国开始发展体积大、寿命长、用途广的空间站。
刚开始时,两国都是用人货混装的载人飞船为空间站提供少量补给,每艘载人飞船一次只能为空间站运去几百公斤的物资,无法满足需求。苏联率先在联盟号载人飞船的基础上研制了进步号货运飞船,其货舱容积为6.6立方米,运载能力为2.6吨,并可进行在轨推进剂补加服务。欧洲的货运飞船叫自动转移飞行器,全长10米,最大直径为4.5米,重量约10吨,运货能力可达7吨,是迄今运载能力最大的货运飞船,从2008年起到2014年共发射了5个,但目前已经停止建造。
美国的“龙”飞船长5.9米,最大直径3.7米,其运送载荷最大质量6吨,返回载荷最大质量3吨,它也是货运飞船中往地球运回物品的高手。此外,美国的“天鹅座”和日本的HTV货运飞船运载能力分别为2.7吨和6吨。总体来说,天舟一号的运载能力是居于前列的,而在现役货运飞船中其运载能力是最大的。
工作人员挥舞国旗为天舟一号货运飞船加油。
揭秘“天舟一号”飞船里的秘密
据中国科普博览“一点号”报道,在2016年相继完成长征七号运载火箭首飞试验、天宫二号与神舟十一号载人飞行任务后,4月中下旬,将在文昌航天发射场发射天舟一号货运飞船,开展货物运输补给、推进剂在轨补加、自主快速交会对接等多项关键技术试验。
此次任务是中国载人航天工程空间实验室阶段的收官之战,对于空间站工程后续任务顺利实施具有极为重要的意义,将标志着中国载人航天工程胜利完成“三步走”战略中的“第二步”任务,为空间站建设任务奠定坚实技术基础。
随着大家越来越关注“天舟一号”与“天宫二号”的对接,这个肩负航天使命的“天宫二号”再次进入人们视线。除了地球观测和一系列的空间试验,“天宫二号”还有哪些不为人知的“秘密”呢?我们再来回顾一下。
量天尺
中科院上海光机所研制的“空间冷原子钟”搭载“天宫二号”发射升空,将成为国际上首台在轨运行并开展科学实验的“空间冷原子钟”,同时也是目前在空间运行的最高精度的原子钟。
“空间冷原子钟”将激光冷却技术和空间微重力环境结合,有望实现10^-16量级的超高精度(约3000万年误差1秒),将目前人类在太空中的时间计量精度提高1~2个数量级。
百变金刚
开展大Prandtl数液桥热毛细对流稳定性相关问题的研究,研究在空间微重力环境下热毛细对流的失稳机理问题,拓展流体力学的认知领域,取得具有国际先进水平的研究成果。突破并掌握微重力环境下的液桥建桥、液面保持和失稳重建等空间实验关键技术,进一步提升我国微重力流体科学的空间实验能力和技术水平。
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