出品:科普中国
作者:太空精酿(青年航天学者)
(相关资料图)
北京时间2023年5月10日,中国载人航天事业迎来了天舟六号货运飞船的发射:宛若巨龙的长征七号火箭在文昌航天发射场拔地而起,箭船稳稳分离后,天舟六号迅速踏上追逐天宫空间站的旅程。
(图源:新华社)
这也意味着天宫空间站全面建成并进入空间应用发展阶段后,升级版的天舟飞船正式投入使用。
天舟的命名延续了中国航天给航天器起名的“中国式浪漫”,它的主要定位是给空间站级别的大型载人航天器运送各类物资,是链接天地的“天舟”。换句话说,它是中国载人航天事业的超级“快递小哥”,通过天舟六号,咱们不妨聊聊这个超级小哥是怎么炼成的?
读下文前,先问下屏幕前的你,最喜欢什么样的快递?是不是
“要多!要稳!要快!要便宜!”
“小孩子才做选择,我全都要!”
一、多:这样的货,我能拉7吨!
兵马未动,粮草先行。充分的物资补给,是决定无数大事业的核心因素。天宫空间站建成后,各类消耗都需要来自地球源源不断的补给。在同等条件下,货运飞船的运力当然越大越好。
天舟一号首飞与天宫二号(天宫一号的升级)对接效果图。二者形状接近,简单的判断方法是数一侧的太阳能电池片数量,左侧的天舟是三片。
(图源:文献【1】)
目前,全球仅有四种货运飞船在服役,分别是中国的天舟、俄罗斯的进步号、美国的天鹅座和龙。其中,天舟的运力达到了惊人的6.9吨,大幅超过了另外三款飞船2.2-3.3吨的运力范围【1】。这主要因为,天舟是基于我国第一个实验性质的空间站天宫一号发展而来。天宫一号是个8.5吨的大家伙,几乎触及长征2F火箭的能力上限。随着运力更强的长征七号火箭投入使用,发展而来的天舟可以大幅扩容,总重约13.5吨。大火箭与大飞船的“搭子”组合,使得天舟的运力领先其他货运飞船。
2023年5月7日,长征七号火箭和天舟六号飞船垂直转运中
(图源:我们的太空)
而从天舟六号起,飞船进一步升级,尤其是大幅增加了密封舱的货运能力(提升约20%),整体运力达到了7.4吨,对空间站的支持力度更大【2】。
二、稳:多面手,绝对靠谱
对货运飞船而言,光有运力不行,还得是个能稳稳满足多种需求的“多面手”。空间站在运营期间的消耗是方方面面的,而天舟在设计伊始就充分考虑到各种细节。
由于微弱的空气阻力等因素,大型空间站的轨道维持会消耗大量推进剂,天舟飞船携带了大量推进剂可进行在轨补加,变身为“太空加油车”。它还能在对接后启动发动机,帮助整个空间站抬升轨道,变身为“太空拖车”。
航天员是空间站执行科研任务的灵魂所在,甚至他们本身也是“科研载荷”,孕育了相应的航天医学方向。人的存在,就意味着复杂的衣食住行与生命保障需求,这主要通过天舟飞船的密封舱完成。天舟六号就重点加强了密封舱的建设,强化补给能力。例如,天舟六号携带了70千克新鲜水果,是天舟五号所携带水果量的两倍,全方位保障航天员“干饭人”的需求。
空间站入轨后,需要定期维护和更换重要部件,出舱活动等也要定期消耗出舱服和辅助设备,舱内舱外实验平台也需要实验材料,它们都需要天舟飞船支持运输。按照器件材料特点,有些必须放在密封舱,有些则可以“外挂”在非密封部分,内外搭配,从而最大化提升飞船运输效率。
满载货物的天舟飞船,除此之外还有舱外部分和推进剂
(图源:文献【1】)
此外,天舟飞船延续了中国载人航天“0失败”的辉煌,目前5发5中,又稳又靠谱的多面手。
三、快:快速对接,太空“小时达”
太空飞行,受各种轨道动力学约束,大不同于地球上快递小哥所面对的地面交通系统。因而,在太空中交会对接是个难度很大的事情:飞船要利用极小的窗口期发射,然后会进入椭圆轨道,再自身反复修正轨道,才能和空间站如期相遇。保守情况下,往往耗时两天左右。
随着天舟飞船的迭代发展,飞船轨道控制能力提升、定轨和导航精度提高、控制制导策略不断优化,对接时间也在不断缩减。例如,天舟一号耗时两天才对接,天舟五号仅需两小时就完成了对接!这是新的世界纪录,也是货运飞船在同时满足工作要求和确保成功率条件下的最小理论时间:在入轨一圈后即完成对接。
天舟对接并服务于整个空间站的效果图
(图源:国家航天局)
因而,执行天地运输任务的天舟飞船,实现了城市内“小时达”的运输效率。可以脑补下这样一个场景:航天员早上九点看到订单送出,十一点就能收到,还不耽误中午吃饭。
四、便宜:性价比超高的运输方案
天舟飞船“多、稳、快”的直接好处就是在同等运力要求下使用的频率可大幅降低。例如,国际空间站每年需进行约8次货运飞船补给任务,而以天舟六号为代表的新一批货运飞船,每两年仅需3次任务就可满足天宫空间站的运营需求。“8比1.5”,天舟在性价比方面有明显优势。
发射次数降低,意味着对发射场资源的占用减少,货运飞船测试和维护团队的宝贵时间也被节约出来,昂贵的运载火箭成本大幅降低,航天员用于交会对接和飞船分离等节点的工作安排也被解放。此外,舟飞船的发射和交会对接过程,可利用我国的数据中继卫星系统实现测控和制导,大幅节约了相应成本。且在关键技术(如超快速对接)突破后,飞船可以实现批量生产,单个的造价因而大幅降低。
所以,天舟飞船的强大能力,能为我国的航天事业节约不少经费,这些经费可以用于其他关键技术的攻关。更好的技术,换来更多的产出、却是更低的成本,天舟就是个极好的例子。
在任务的最后阶段,天舟会竭尽全力为空间站做最后一次轨道维持,尽力提高它的轨道以对抗空气阻力的影响。随后满载空间站产生的垃圾,离开空间站,为后续的飞船让出对接位置。在最后的时刻,受控冲入地球大气层,剧烈的冲击和热量会让它变成耀眼的流星。为预防可能的燃烧残余带来的影响,它一般会瞄准太平洋南部的巨大“航天器墓地”,结束自己辉煌的一生。
参考文献:
【1】Lei Jianyu Jia Dongyong Bai Mingsheng Feng Yong Li Xingqian . Research and Development of the Tianzhou Cargo Spacecraft. Space Sci Technol. 2023:3;0006. DOI:10.34133/space.0006.
【2】拉货更多、货物上新 天舟六号货运飞船将于五月上中旬发射,光明网。
标签:
上一篇:【智惠农民】“海”的归处是草原:海归90后的绿色农业梦
下一篇:最后一页
凡本网注明“XXX(非现代青年网)提供”的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和其真实性负责。
原标题:浙江湖州:乡村柳编工坊助力非遗传承5月9日,柳编艺人、党员沈柏根(左一)在给东林镇第二小学的学
2023-05-11 10:55
原标题:舞剧《东方大港》将登国家大剧院用小人物奋斗史“舞”出舟山港发展史中新网北京5月10日电(记者应
2023-05-11 10:35
原标题:陈佩斯西安谈话剧:《惊梦》是用喜剧包裹的悲剧中新网西安5月11日电(记者张一辰)“我们喜剧一般
2023-05-11 10:39
原标题:“大地情深”全国优秀群众文艺作品亮相武汉5月10日,演员在舞台上表演节目《舞起来》。当日,“大
2023-05-11 10:39
原标题:关注现实观照生活(主题)——感受当代油画的创作活力(副题)人民日报海外版记者尹晓宇近日,由中
2023-05-11 10:48
原标题:以戏曲为火种,点亮“北方戏窝子”河北是中华文明的发祥地之一,有着光辉灿烂的戏曲文化。河北梆子
2023-05-11 09:33
原标题:人艺西装造型演绎新版《赵氏孤儿》北京青年报记者郭佳100名士兵、白色真马、3万块方砖、倾盆大雨,
2023-05-11 09:34
原标题:天津艺术职业学院牵手德云社(引题)郭德纲聊传统艺术出路(主题)今晚报讯(记者丁晓晨)昨日下午
2023-05-11 09:35
原标题:回望千年丝路的使命行走(主题)——舞剧《张骞》再现荡气回肠“凿空之旅”(副题)中国文化报记者
2023-05-11 09:43
原标题:“世界的黑河”创意艺术展暨特色产品展销会开幕中新网黑河5月10日电(王静钼记者王琳)10日,“世
2023-05-11 09:51
原标题:电视剧《漫长的季节》高分热播——(引题)当时间穿过每一个人,会留下怎样的痕迹(主题)呼啸而来
2023-05-11 08:39
原标题:“青春叙事”注重年轻化表达(引题)现实题材剧刮起“青春风暴”(主题)天津日报记者张帆新人律师
2023-05-11 07:43
原标题:地铁站里赏文创5月9日,在太原地铁2号线大南门站,市民参观第三届“印记太原”文化创意设计展。近
2023-05-11 07:43
原标题:徐克版《射雕》公布选角金庸作品影视化改编再引关注中新社北京5月10日电(记者高凯)电影《射雕英
2023-05-11 07:55
原标题:2023年广西田林县壮剧艺术节开幕5月8日,演员在开幕式上表演。5月8日,2023年田林县壮剧艺术节在广
2023-05-10 20:42
原标题:开心超人衍生真人剧《不是吧!我变成超人了》杀青时光如梭,经过为期一个多月紧锣密鼓的拍摄,由上
2023-05-10 18:40
原标题:《漫长的季节》带来的信号是什么澎湃首席评论员李勤余关于《漫长的季节》有多“好”,这几天人们已
2023-05-10 17:52
原标题:(神州写真)中国传统戏曲展现对年轻人吸引力中新社武汉5月10日电 作者:武一力一个多月以来,在“
2023-05-10 17:40
原标题:人从众,怎么“看”五柳七一到五一长假,“人从众”“火炎焱”的字样就开始四处飘屏。今年这个假期
2023-05-10 16:41
原标题:《激情精神》:女性书写的历史中,为一位“邪恶缪斯”正名工人日报客户端记者陈俊宇关于著名音乐家
2023-05-10 16:32
原标题:民族舞剧《红楼梦》爆火背后的逻辑泉子在省会大剧院演出的三场,谢幕阶段观演的互动,被大批年轻人
2023-05-10 16:45
原标题:美国向我国返还2件非法流失的重要石刻文物记者5月10日从国家文物局获悉,当地时间5月9日,中国驻纽
2023-05-10 16:38
原标题:与周杰伦同行20年动感地带携“周同学”开启元宇宙新合作5月8日,“我的地盘‘移’燃周同学”——中
2023-05-10 16:53
原标题:纪念赵慧秋京剧演唱会将举行天津日报讯(记者刘莉莉)纪念著名京剧表演艺术家赵慧秋京剧演唱会将于
2023-05-10 15:53
原标题:天津自然博物馆推出沉浸式AR导览相机(引题)让文物在眼前“活起来”(主题)今晚报讯(记者高爽)
2023-05-10 15:46