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我国空间站首单“太空快递”开始派件
发布时间:2021-05-31 作者: 信息来源: 八院

20215292055天舟二号在海南文昌航天发射场发射升空我国空间站的首单“太空快递”开始派件与神舟载人飞船不同天舟货运飞船只运货、不送人大家亲切地称它为空间站的“快递小哥”作为首个与我国空间站进行对接的航天器天舟二号将在轨验证多项空间站建设关键技术

天舟货运飞船由货物舱、推进舱两个舱段组成,中国航天科技集团八院承担电源分系统、对接机构分系统、推进舱结构与总装、测控通信子系统、总体电路分系统推进舱电缆网等研制任务。

兵马未动粮草先行在天地间架起物资保障生命线

“如果说核心舱是一套精装样板房,那么在航天员拎包入住前,货运飞船就是负责往房间里运输日常生活用品的。”中国航天科技集团八院飞船型号分总体主任设计师杨华星介绍。“快递小哥”天舟二号携带了多人多天的生活物资,包括空气、食物和出舱航天服,以及大量推进剂和空间站实验设备,为空间站提供推进剂补加和轨道维持等服务。天舟二号在轨飞行期间,航天员将乘坐神舟飞船进驻我国空间站天和核心舱,进入到货运飞船内在太空中体验一把“拆快递”的乐趣。

天舟二号飞行模式复杂,与核心舱形成组合体在轨飞行期间,飞船尾部对日可能会出现推进舱内的发动机温度环境过高的情况。为了减少太阳热流的影响,推进舱总装设计团队增加了特殊的遮光隔热装置,相当于为正推发动机撑起了一把“遮阳伞”。“增加遮光装置,需要对推进舱尾部的结构、支架进行相应的更改,在有限的空间内合理布局,既要起到遮光的作用,又不能与发动机过近,以免发射阶段产生的振动让遮光装置触碰到发动机。”八院天舟货运飞船推进舱总装主任设计师李传吟说道。为此,研制团队做了大量的仿真分析以验证新增的遮光板可以对发动机工作性能产生有效保护。“新增遮光板后,发动机喷管处温度可大幅降低,为空间站组合体的在轨飞行控制提供了有力支撑。”

史上在轨时间最长工况最复杂的交会对接

天舟二号货运飞船要把物资和设备送进核心舱,要实现推进剂补加,就必须在船-舱间建立起高可靠的刚性连接,这就必须依赖于八院805所抓总研制的对接机构分系统。

交会对接,是两个航天器(飞船、空间实验室、空间站等)在空间轨道上会合并在结构上连成一个整体的技术,是实现空间站、太空平台和空间运输系统的空间装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨道上服务的先决条件。

我国是世界上第三个独立掌握太空交会对接技术的国家。自2011113日对接机构首次亮相以来,我国共实施了10次空间交会对接,圆满实现了首次无人/载人交会对接,并验证了在轨补加技术,为空间站建设打下了坚实的基础。

为了适应天和核心舱22吨级对接目标以及未来空间站180吨的对接任务,让货运飞船的主动对接机构与核心舱的被动对接机构“温柔”地“吻”上去,八院805所设计师对第一代对接机构进行升级改进,创新性地提出了可控阻尼器的控制思路,来缓冲大吨位航天器对接过程中产生的撞击能量,在经过544次仿真分析和317次地面试验后,设计师充分验证阻尼器的各项功能和性能指标,使原本8吨的对接能力提升到74吨,乃至180吨,大大提升了大型航天器对接的可靠性和安全性。

1万次、10万次的“零失误”才能被称为飞行器总装操作

此次天舟二号任务,中国航天科技集团八院总装操作人员汪胤峰首次“单飞”,带领“95后”总装操作李凯开启新的征程。他告诉记者,要想加入到飞行器总装操作的一员,必须做到1万次、10万次的装配“零失误”。正是因为这份对于产品精益求精的追求,才能够在装配过程中不断地挖掘可以提升的工艺方案和装配方法。

针对太阳电池翼铰链机构定位销和孔之间的0.1mm的过盈装配,汪胤峰结合零部件的产品特性,改进装配工具,提升工作效率。针对铰链装配0.05mm的平行精度,汪胤峰同师傅曹毅一起设计限位工装,提升产品测试稳定性。

放眼产品流程,让各个环节稳妥有序。在每次的太阳电池翼基板的安装过程中,汪胤峰和团队成员进行一次操作前的推演工作,哪里可以摸、哪里又碰不得,都一一细说,确保工作万无一失。

高速通信让航天员自由“冲浪”

天舟二号对以太网通信进行了全面功能升级,在八院电子所研制团队的攻关下,增加了空间站天地互联网数据代传功能,以及天地互联网组播分发功能,在不增加通道带宽的情况下,使地面、空间站能同时收发视频、音频数据。为了提高网络通信的可靠性,研制团队还特意增加了网络安全策略设置功能,确保非法数据无法通过。

为了实现这个技能升级,憨态可掬的设计师邓松峰也成了团队口中的“邓师傅”,年轻人叶恒、张震等也成为了“专家”。“航天这条路很艰辛,需要攻关的新技术越来越多,我们不能墨守成规,要把创新技术可靠地运用到航天中去。” 一直热衷新技术的邓松峰说道:“为了实现这个梦想,就需要我们设计师脚踏实地去验证,去突破,而年轻人身上的那种创新和勇于打破墨守成规的拼劲,也给我们希望。”

正是有了这台“神器”,航天员在“太空家园”的生活将不再枯燥,有了它,天地的距离将更为亲近。航天员可以视频通话,也可以即时接入移动终端,还可以上网冲浪,听音乐看视频等等。

空间站时代智能化管理下的并网供电

在核心舱与货运飞船成功对接后,组合体飞行模式下,为确保各舱段及货运飞船自身的发电能力,核心舱与货运飞船将实现并网供电。

届时,核心舱可以为货运飞船提供最高2000瓦的供电。虽然与核心舱这位“大户”相比,货运飞船供电能力仅有核心舱供电能力的三分之一,但中国人自古崇尚“礼尚往来”,在关键时刻,货运飞船也能为核心舱提供1000瓦左右的供电,贡献其微薄的力量。

“核心舱给货运飞船供电,主要是考虑到货运飞船安装在核心舱的尾部,且货运飞船太阳电池翼体积较小,容易受到空间站其他组合体的遮挡。货运飞船给核心舱供电,则是为了应对未来空间站可能会出现的极个别特殊情况,这也彰显了整个空间站组合体供电的灵活性和可靠性。”货运飞船电源分系统主任设计师王振绪介绍。

为了接受来自核心舱2000瓦的电力馈赠,货运飞船自身需要经历一个高压并网适应过程。针对以上问题,研制人员开展了一系列的验证实验,确保满足货运飞船正常运行要求。

货运飞船在与核心舱并网供电的时候,多余的电怎么处理?研制人员自有办法。王振绪介绍,在天舟二号舱内,安装有分流调节器,通过分流调节器,可以将太阳电池翼多余的电分流。“后续还会有多个组合体联合供电的挑战,但电源分系统总能适应。这是空间站时代电源分系统的智能化管理。”

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