据中国载人航天工程办公室介绍,1月17日22时27分,搭载天舟七号货运飞船的长征七号遥八运载火箭,在我国文昌航天发射场点火发射,约10分钟后,天舟七号货运飞船与火箭成功分离并进入预定轨道,之后飞船太阳能帆板顺利展开,发射取得圆满成功。后续,天舟七号货运飞船将与在轨运行的空间站组合体进行交会对接。
天舟七号货运飞船装载了航天员在轨驻留消耗品、推进剂、应用实(试)验装置等物资,并为神舟十七号航天员乘组送去龙年春节的“年货”。
这次任务是我国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段后的第4次发射任务,是工程立项实施以来的第31次发射任务,也是长征系列运载火箭的第507次飞行。
执行此次发射任务的,是空间站“货运专列”长征七号运载火箭(以下简称“长七火箭”)。这是长七火箭第7次顺利将天舟货运飞船送入太空。
长七火箭由中国航天科技集团有限公司所属中国运载火箭技术研究院(以下简称“火箭院”)抓总研制,是为了满足中国空间站工程发射货运飞船而研制的新一代中型运载火箭,近地轨道运载能力达14吨。新京报记者从火箭院获悉,长七火箭在研制过程中,是按照载人火箭的可靠性标准设计的。
2017年4月20日,长征七号遥二运载火箭成功发射天舟一号货运飞船,证明了“天舟货运飞船+长征七号运载火箭”组合形式的可行性。之后,长七火箭时隔4年没有执行发射任务。
火箭院长征七号运载火箭发射队队员周宁介绍,为了整体飞行的可靠性,队员对长七遥三运载火箭进行了多项改进与优化,力争用更快的速度、更高的可靠性将“太空快递”稳稳送到空间站,实现“打一发进步一发”。
2021年5月、9月,长七火箭分别将天舟二号和天舟三号货运飞船送入预定轨道;2022年5月、11月,长七火箭分别将天舟四号和天舟五号货运飞船送入预定轨道;2023年5月,长七火箭又将天舟六号货运飞船送入预定轨道。
为提高异常故障的应对能力,保持火箭的高可靠性,长七火箭的运载能力余量、入轨精度指标、可靠性指标都高于设计指标。目前,长七火箭各系统综合性能不断提升,测发周期也由早期的38天缩短到目前的25天。
火箭院长征七号运载火箭发射队队员邵业涛介绍,本发任务长七火箭有多项技术状态变化,包括适应总体要求;提高火箭使用操作便捷性;提升产品可靠性,落实发动机可靠性增长项目;提高火箭性能,提高运载能力等。
为降低火箭升空后整流罩的载荷,提高火箭可靠性,长七火箭试验队为火箭整流罩多增加了一些排气孔。
在文昌发射场,发射塔架离海边仅有一公里左右,为提升对潮湿气候的应对能力,长七火箭首次尝试在转运到发射塔架后为整流罩穿上轻便型罩衣,尽量让箭体与“高温、高湿、高盐雾”的外界环境隔绝。
周宁介绍,火箭推进剂加注的温度、加注量都有很高的控制精度,为了保证入轨精度,长七火箭会不断根据之前任务的偏差修正弹道设计。此外,长七火箭的“导航功能”也在变得更加智能,通过迭代制导控制,二子级火箭能根据实际情况随时修正航向,将货运飞船送到设定位置。
另据邵业涛透露,长七火箭正开展5.2米整流罩研制工作,将提高载荷适应范围,创造出更多价值。
天舟七号货运飞船携带了哪些“快件”?新京报记者从中国航天科技集团第五研究院(以下简称“航天五院”)获悉,天舟七号货运飞船此次携带的航天员系统、空间站系统、应用任务领域、货运飞船系统和工程总体货物达260余件,运输物资总重约5.6吨,具有装载货物种类多、大型货物多的特点。
其中,试验载荷定制货包等大型货物,每件重量在100公斤以上,将应用于空间站在轨运营、空间在轨科学试验以及航天员生活保障。
天舟七号货运飞船为航天员乘组运送了2400公斤生活物资,包括龙年春节年货、新鲜果蔬大礼包等,并对包装设计进行了优化,储存时间更长、更新鲜。
此次天舟七号携带新鲜水果将近90公斤,比天舟六号增加了近30公斤,将同时保障在轨的神舟十七号和后续的神舟十八号两个乘组的食用需求。另外,天舟七号还搭载了多个科学载荷,对后续空间探测具有重要意义。
记者了解到,此次天舟七号货运飞船上增加了一位新“乘客”,是由航天五院529厂研制的可在轨独立更换熔断器的新型供电插座。
据介绍,该插座身形小巧,长、宽、高只有10厘米,但却具备快速拆装、插槽对位、不脱出锁紧等多项在轨维修功能,将对航天员在空间站的在轨用电起到举足轻重的作用。
在空间站建造阶段初期,在轨使用的供电插座,采用熔断器在其内部印制板上直接焊接的一体化安装方式。如果熔断器发生熔断,只能进行整机更换,由航天员将供电插座带回地面并返厂维修,该种维修方式成本高、周期长。
采用新一代供电插座后,航天员在轨维修时,只需要像拧螺丝钉一样,把供电插座外置熔断器组件摘掉,更换新的组件即可完成维修,大大节约了成本和维修周期。
由中国航天科技集团第四研究院42所研制的多项“快件”也在天舟七号上,如空间站所有动静结构与机构的密封件、舱外航天服、吸附药盘及“太空厕所”组件等,全方位为空间站和在轨航天员提供贴心服务。
据中国航天科技集团第四研究院有关负责人介绍,该院44所研制的TS-1、TS-2温度传感器作为天舟七号低温锁柜控温系统的核心元器件,为锁柜温度检测和控制提供了参数依据。这两种型号的温度传感器具备体积小、重量轻、精度高、长期稳定性好以及空间环境适应性强等优点,各项技术指标均达到国际先进水平,为飞船的正常运行提供了可靠保障。
新京报记者从航天五院获悉,天舟七号为改进型货运飞船,不仅为空间站提供货物和补给运输,同时具备开展近地空间试验的能力。
天舟七号货运飞船是航天五院抓总研制的第7艘货运飞船。其中,天舟六号是改进型天舟系列货运飞船的首发船,天舟七号是第二艘改进型天舟货运飞船,也是世界现役货物运输能力最大、货运效率最高、在轨支持能力最全的货运飞船。
在发射阶段,天舟七号货运飞船要经受火箭发动机产生的巨大噪声带来的考验。为了保证发射任务的圆满成功,飞船在地面研制阶段进行了噪声试验的考核。
值得一提的是,在天舟七号货运飞船噪声试验中,航天五院总装与环境工程部使用了自主研制的新一代噪声试验控制系统。据悉,该院自主研制的噪声试验控制系统经历了三十多年的发展,如今已升级到第三代,性能达到了国际先进水平。
第一代噪声试验控制系统伴随着我国东方红卫星的研制艰难起步,在神舟飞船试验中崭露头角。1994年,相关技术团队开发出了多输入单输出噪声试验控制系统,应用于单一声源的混响室,实现了航天器噪声试验声场自动控制从零到一的突破。
进入新世纪,随着新一代的硬件能力大幅提升,国际上航天器噪声试验推出新的更为精细化控制的试验标准。为此,技术人员对噪声试验控制系统进行了升级换代,提出了全新的硬件和软件架构设计,成功研发出第二代噪声试验控制系统。
2002年3月,第二代控制系统首次启用,顺利完成了卫星太阳翼的噪声试验。次年,在神舟五号载人飞船的噪声试验“大考”中,该控制系统表现优异,为我国首次载人航天飞行任务的圆满成功作出了卓越贡献。
随着航天器产品任务的不断发展,噪声控制精度要求越来越高,试验难度日渐增大,特别是天舟系列货运飞船在体积、重量、表面积上比神舟系列飞船大很多,吸声多,声反射更加不规律,要形成精准的声场更加困难。
据航天五院总装与环境工程部有关负责人介绍,通过近三年的努力,第三代噪声试验控制系统终于调试成功,并在多个混响室中控制良好。在经过多个大部件、整星试验任务后,终于在天舟七号货运飞船噪声试验任务中正式“上岗”亮相。
据此前央视新闻消息,与以往不同,此次天舟七号货运飞船将采用3小时快速交会对接方案,这也是空间站建设以来第一次使用该方案。
记者从航天五院获悉,我国在交会对接方面先后在轨验证和实施了2天交会对接方案、6.5小时方案、2小时方案。此次天舟七号货运飞船将采用的3小时快速交会对接方案是我国在轨验证的新的交会对接模式。
在这些方案中,除2小时方案是我国技术人员在当前技术条件下探索一种极限的可能性外,其他几种方案都是在技术发展的不同时期务实选择的最优方案。
具体来看,虽然2天方案慢,难以应对紧急情况或者满足更短时间的某些任务需求,但在起步阶段更适于采取更谨慎的方案。2小时方案虽然是目前最快的交会对接时长,但该方案对各方面保障条件要求较高,因此6.5小时方案对于交会对接任务更加可靠。
航天五院有关专家表示,3小时方案是2小时方案中“快”因子和6.5小时方案中“可靠”因子的集合体,是随着技术发展更具竞争力的优选方案。如果一切顺利,经过专家团队的评估,该模式将有望代替6.5小时方案成为新的基本模式。
记者了解到,3小时交会对接也是飞船制导导航与控制(以下简称“GNC系统”)能力的进一步释放。
由航天五院502所研制的GNC系统,是飞船的核心分系统,是驾驶飞船遨游太空使命必达的“舵手”。该系统负责从飞船与火箭分离,到与空间站的交会对接,再到飞船从空间站的撤离和受控再入大气层的全过程,以及飞船独自飞行过程中的姿态与轨道控制、帆板控制等动作。
如果飞船和空间站自动交会对接出现异常情况,在该系统的保障下,还可以通过航天员在空间站上对货运飞船的遥操作来实现飞船和空间站的手控交会对接。
和6.5小时方案相比,3小时方案是如何实现超过一半时间缩减的?航天五院502所GNC系统研制人员介绍,由于技术逐步成熟,技术人员可以在更短时间内完成飞船和空间站相对位置的调整。因此,通过调整飞船的飞行轨迹,使天舟货运飞船与空间站的远距离导引段缩短了一个圈次,时长相应缩减1.5小时。在近距离导引段,由于技术的日趋成熟,减少或压缩了近距离飞行流程,减少了“走走停停”的过程,缩短约2小时。
同时,也正因为飞船飞行轨迹的调整,使得3小时方案较2小时方案抵御或克服不利条件的能力更强。
此外,相较于6.5小时方案,3小时方案飞行时间短,可以减少对电池燃料等的需要,提升了任务整体应对故障的能力;相较于2小时方案,飞行时间稍长,节奏稍缓,可以减轻飞控团队的压力等。