2021年5月29日20时55分29秒373毫秒长征七号遥三运载火箭在海南文昌发射场201工位零窗口点火起飞,经过约604秒飞行后船箭分离,天舟二号货运飞船准确进入预定轨道,并于5月30日05时01分完成与天宫空间站天和核心舱后向端口对接,进入组合体运行阶段。
长征七号遥三运载火箭
此时距离上一艘天舟一号货运飞船飞天已经过去了整整四年时间,天舟二号与之对比有哪些提升呢?
从天舟二号看天和核心舱后向对接口
天舟一号与天舟二号两艘货运飞船皆为“推进舱 全密封货舱”的两舱结构设计,轴向总长约10.6米,太阳翼展开宽度14.9米,推进舱直径2.8米,货舱直径3.35米。
天舟一号货运飞船
两艘飞船的最大发射质量同样一致,皆为13.5吨,这取决于运载火箭的运力上限,承运天舟二号的长征七号遥三与承运天舟一号的长征七号遥二运力一致,都是13.5吨。
同时,还要知道衡量货运飞船的两项核心指标是“货重比”与“运力”。
货重比是指货运能力与飞船最大发射质量的比值,比值越大运载效率越高。早在天舟一号任务时期,该型飞船就以0.48货重比高居世界现役货运飞船榜首,同时6.5吨上行货运能力也高居世界现役货运飞船榜首,可谓是双料冠军。
天舟二号货运飞船
时隔四年再出发的天舟二号并不满足于此,其上行货运能力进一步提升至6.9吨,而最大发射质量保持13.5吨不变,意味着运力优势得到了进一步发扬,再就是货重比从0.48提高至0.51,双料冠军地位进一步巩固,是名副其实的具有世界领先水平的上行货运飞船。
最大发射质量不变,而运力提升,只有一个原因,就是飞船结构重量进一步减重。
天舟飞船密封货舱货格与航天员通道
除巩固两项核心优势外,天舟二号的“全自主快速交会对接技术”又有了新的突破,早在天舟一号任务时期也进行过类似技术演示验证,但那次是在地面测控干预进行4次轨道变轨控制得以实现。
事实上以往载人航天工程进行的十次交会对接任务与本次相比在对接流程上是一样的,例如,天舟二号在远程导引阶段总计实施6次变轨,随后在距离天和核心舱后下方约50公里处开始寻的段、接近段、平移靠拢段,分别设置5公里、400米、200米、19米四个停泊点,两器对接环接触后进入“对接段”,此阶段对接装置要完成捕获、缓冲、拉近、锁紧四个动作,从而达成两器对接形成刚性连接组合体的目标。
天舟二号400米停泊点
神舟八号、神舟九号、神舟十号、神舟十一号、天舟一号执行的历次对接任务也有着相同的对接流程,天舟二号的特殊之处就在于“全自主快速交会对接”的“全自主”与“快速”两个关键词。
天舟二号的“全自主”体现在将原来无法自主的“远程导引段”实现了“自主”,基于北斗卫星导航系统提供的空间位置信息,天舟二号星载计算机可自主定轨并计算出变轨数据,进而控制轨控发动机进行自主变轨。结束远程导引段后的动作与以往对接任务相比则完全一致。
天和核心舱视角看天舟二号对接
“快速”指的是发射入轨仅四十分钟左右时间即进入远程导引模式,以往则需要更长时间,且每一次变轨时间间隔更短,轨道控制更加精准。同时还要仰仗运载火箭的零窗口发射,为快速对接提供先决条件。
天舟二号还具备全相位、全方位、多构型对接能力,全相位是指天舟飞船相对于目标飞行器的空间位置,无论是四分之一圈还是二分之一圈,甚至是一整圈都可以对接。
天宫空间站的多种构型
全方位意思是它可以对接目标飞行器的前向、后向、径向多个方位对接口,多构型指的是目标飞行器的一字形构型、L形构型、T形构型、干字构型等多种组合体的对接能力。
对接目标飞行器的规模也由8吨级升级至180吨级,这是为天宫空间站最大干字形构型准备。
异体同构周边式对接装置
在接下来的任务中,推进剂在轨补加优势也将进一步显现。天舟货运飞船在世界范围内率先应用了推进/补加一体化设计方案,配置的8只400L推进剂贮箱分为推进与补加两个模块,模块间可以融合使用,能够满足推进/补加模块的安全隔离和灵活切换的要求,提高了推进剂利用效率以及任务应急能力。
例如,天舟一号任务时用于补加的推进剂最大携带量是2.1吨,天舟二号任务时则是2.5吨,二者推进剂总携带量皆为3.5吨,证明了推进/补加模块的融合使用能力。
天舟二号推进舱
放眼当今世界各型货运飞船,同时具备上行货物运输与废弃物销毁、推进剂在轨补加、全自主快速交会对接、空间应用和技术试验支持、组合体轨道与姿态控制功能的货运飞船有且仅有天舟号这一款货运飞船。
天宫空间站的最大“干”字构型
正所谓好马配好鞍,在天舟号货运飞船加持下致力于打造具有世界领先水平空间站的“天宫”精品工程也将更加事半功倍。
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