昨日，“快遞小哥”我國第一艘貨運飛船“天舟一號”搭載著各類物資成功飛上太空。“天舟一號”此次進入太空，將與“天宮二號”進行交會對接，開展推進劑補加等相關試驗?！疤熘垡惶枴敝凰拓洸凰腿?。此次任務是空間實驗室飛行任務的收官之戰(zhàn)，標志著我國載人航天工程“三步走戰(zhàn)略”的第二步圓滿結束。
首次在軌補加、首次快速對接、首次自主繞飛
“快遞小哥”遨游太空施展武藝，當然少不了亮幾手絕活?！敖^活”之一就是推進劑補加，這是“天舟一號”貨運飛船最大的亮點，也被稱為“太空加油”。這是國內首次“太空加油”，將填補中國航天領域的空白，實現(xiàn)我國空間推進領域的又一次技術跨越。
有人說空間交會對接，就好比在茫茫大海中穿針引線。此次“天舟一號”需要進行液體推進劑補加，精度要求提高了一倍。中國航天科技集團公司八院主任設計師邱華勇說：“因為要進行液體補加，對接精度大幅度提升。為此，必須通過導向板、機構和導向銷套三個措施進行校正，以此保證精準插合?！?br> 在本次飛行任務中，“快遞小哥”施展的另一“絕活”是快速交會對接。快速交會對接技術核心在“快”，從發(fā)射到具備交會對接條件時間很短，從以天計算縮短到以小時計算。此前從發(fā)射到交會對接，飛船需繞地球30多圈，而采用快速交會對接后僅需幾圈。也就是說，從入軌到對接成功僅需要幾個小時，且以飛船的自主制導和控制為主，基本上相當于乘坐高鐵從北京到上海的時間。
空間站建成后重量將達到百噸級，當有飛船造訪進行交會對接時，不可能為了迎合飛船而大幅度調整姿態(tài)。因而，“快遞小哥”的又一“絕活”閃亮登場——全自主繞飛。繞飛是一種高難度的太空飛行，需要飛行器進行多次變軌和姿態(tài)機動來完成。與神舟十號載人飛船在地面人員支持下進行的繞飛不同，此次貨運飛船繞飛全程均是船上軟件自主規(guī)劃完成，即當繞飛指令發(fā)出，飛船上制導導航與控制系統(tǒng)的計算機便開始自主規(guī)劃軌跡，自主進行變軌控制，自動進行姿態(tài)機動，不需要地面人員干預。不僅減輕了地面保障人員的工作強度，更可以實現(xiàn)測控區(qū)外的自主繞飛。
能源系統(tǒng)升級、計算系統(tǒng)升級、雷達系統(tǒng)升級
“快遞小哥”一出世，就引起廣泛關注，這可是我國目前體積最大、質量最重的航天器，最大裝載重量達13.5噸，它的個頭比“天宮二號”和“神舟”系列飛船都要大。這個龐然大物是如何做到在天地間往返自如的呢？這就要先說說它的能源系統(tǒng)。
據(jù)中國航天科技集團公司五院貨運飛船系統(tǒng)總體主任設計師于磊介紹，“天舟一號”貨運飛船的能源系統(tǒng)設計，最大的進步是基于貨運飛船的任務目標和自身特性所量身打造的全新體系——高壓全分散配電體系。傳統(tǒng)航天器多采用集中式配電，存在損耗大、環(huán)節(jié)多等問題，無法充分發(fā)揮高壓母線的優(yōu)勢。于磊團隊提出的高壓全分散配電技術方案，仿佛為“天舟一號”打通了“奇經(jīng)八脈”，不僅提高了系統(tǒng)可靠性，而且有效地發(fā)揮了高壓母線的優(yōu)勢。
與“神舟”系列飛船和“天宮二號”空間實驗室相比，貨運飛船不僅增加了載重量，各系統(tǒng)的復雜度、參數(shù)類型和數(shù)量也成倍增長，對儀表顯示系統(tǒng)的功能要求更高。中國航天科技集團公司研制的“圖形化操作界面”綜合顯示單元成功解決了這一難題，航天員可以通過觸摸進行操作，減輕了操作負擔，確保在空間環(huán)境中有效地開展工作。
“快遞小哥”上門服務，沒有絕佳的“眼力”肯定是不行的。此次“天舟一號”貨運飛船與“天宮二號”空間實驗室交會對接，就依靠該院研制的交會對接微波雷達練就了“火眼金睛”。
最多發(fā)動機、最大載貨比、最新型材料
如果說“神舟”系列載人飛船是天地間往返的小客車，那么“天舟”系列貨運飛船就是天地間的大卡車。眾所周知，客車與卡車之間的最大區(qū)別就是動力系統(tǒng)，而“神舟”系列載人飛船與“天舟一號”貨運飛船之間，動力系統(tǒng)也有很大的區(qū)別。
據(jù)中國航天科技集團公司六院院長劉志讓介紹，在此次飛行任務中，他們?yōu)椤疤熘垡惶枴必涍\飛船提供了4種共36臺不同推力的發(fā)動機，數(shù)量比天宮系列目標飛行器增加了近一倍，使得“天舟一號”成為我國發(fā)動機數(shù)量最多的航天器。
“天舟一號”運載量大，使發(fā)動機工作時間和運轉次數(shù)成倍增加，十分考驗發(fā)動機的可靠性。36臺發(fā)動機如何配合才能令飛船“俯仰有度，動靜自如”？研制團隊對發(fā)動機的技術狀態(tài)進行了適應性改進，在不改變性能的前提下，降低了發(fā)動機工作溫度。
貨運飛船的職責就是要盡可能多地運送貨物，而在動力一定的情況下，飛船越輕，就意味著載重量越大。這也就是貨運飛船的一個主要指標——載貨比，我們的“快遞小哥”在上崗前，為了追求最大載貨比，進行了一番“減肥塑形”。科技人員經(jīng)過多次試驗驗證，把“快遞小哥”的連接框設計成鏤空形式，將非受力部分的重量去除掉。最后，每個連接框的重量都降低到原來的50%左右，而受力強度一點沒下降。
據(jù)“天舟一號”貨運飛船總設計師白明生介紹，飛船運載能力是根據(jù)空間站的規(guī)模來設計的，“天舟一號”的載貨比高，將來還可以進一步優(yōu)化到0.48，該數(shù)值將超越歐洲、日本等國家的現(xiàn)役貨運飛船，處于國際領先水平。
“快遞小哥”不僅要準時送達，還要保證物資安全。為此，“天舟一號”飛船搭載了一個低溫鎖柜。低溫鎖柜對于隔熱保溫材料的性能有著極其嚴格的指標要求，既要絕熱，又要輕薄，這是傳統(tǒng)隔熱材料不能實現(xiàn)的?？萍既藛T大膽創(chuàng)新，將現(xiàn)有的氣凝膠材料“真空化”，研制出了基于氣凝膠材料的“真空絕熱板”，使得飛船隔熱性能提高了近一倍。
試驗證明，這個“真空絕熱板”圓滿達到了“天舟一號”低溫鎖柜嚴苛的技術要求，最終被制作成了“天舟一號”低溫鎖柜的保護外衣。