国际空间站有8个对接口,天宫空间站有几个?孰优孰劣一目了然

原创 PC4f5X  2021-04-20 17:52 

来源:巅峰高地

4月5日19时14分,此前停靠于国际空间站和谐号节点舱轴向对接口的SpaceX公司坚韧号载人龙飞船在经过四十多分钟的机动飞行后,成功靠泊和谐号节点舱天顶方向侧向对接口,完成了该型飞船首次载人状态下的转位对接任务。

坚韧号在“太空搬家”之前四名宇航员也进入到了载人龙飞船返回舱内,对接过程一旦出现故障他们可以乘坐此飞船返回地球,毕竟如果损失一艘飞船这四名宇航员就没有了回程的航班。

实施转位对接是因为要为计划于4月下旬发射的新一艘载人龙飞船腾出轴向对接口,完成转位对接后坚韧号也将于4月下旬与国际空间站分离返回地球,腾出的天顶方向对接口将为今年6月到来的货运龙飞船做好准备。

载人龙飞船之所以要在国际空间站闪转腾挪主要是因为可用对接口数量只有两个,一个是最为稳妥可靠的轴向对接口,它是载人龙飞船的优选对接通道。另一个是工作量较大的天顶方向侧向对接口,此次坚韧号搬家的位置就在此处。

6月计划发射的货运龙飞船是载人龙飞船的货运改型,不同于以往货运龙飞船只能依靠机械臂辅助对接,新货运龙飞船可以摆脱机械臂支持,进而直接对接和谐号节点舱天顶方向侧向对接口。

话说重达420吨的国际空间站难道就只有两个对接口?非也,目前该站仍在使用的对接口有8个之多,这一数量在可预见的未来没有其他空间站可以超越,那么为什么载人龙飞船还需要如此大费周章呢?

主要有两点原因,一是国际空间站虽冠名国际,实际上却是各自为政,对接口技术标准差异极大。

国际空间站用于连接载人航天器的对接口有6个,分别是星辰号服务舱尾段轴向对接口、星辰号小柱段前端对地方向的码头号对接舱、星辰号小柱段前端天顶方向的微型实验舱1对接口、曙光号核心舱小柱段前端对地方向的微型实验舱2对接口,以及和谐号节点舱轴向与天顶方向两个对接口。

前四个均为杆锥式对接口,只能供俄制联盟载人飞船、进步货运飞船使用,欧空局为迁就此对接方式不得不在ATV货运飞船的设计中使用杆锥式对接口,美制现役载人航天器中并没有杆锥式对接口,因此前四个对接口均无法用于连接龙飞船。

和谐号节点舱轴向与天顶方向两个对接口应用的异体同构周边对接方案还是航天飞机时代的技术遗产,载人龙飞船与波音公司正在研发的CST-100飞船沿用了这一技术。

另一个原因就是一个萝卜一个坑,除去上述6个对接口还有两个货运飞船专用对接口,分别是团结号与和谐号两个节点舱的对地方向对接口,其对接通道内径尺寸均为1.2米,与载人飞船的80cm对接内径尺寸并不一致,在没有附加对接适配器的情况下,无法用于人员输送任务,因此到头来NASA在四百吨级国际空间站运营任务中的载人运输条件还不如即将发射的百吨级天宫空间站。

那么,天宫空间站有没有类似此次坚韧号载人龙飞船转位对接的任务需求呢?

天宫空间站不同于国际空间站的门户有别,其核心架构优势是技术标准的高度统一,该空间站一期工程建成后有三个对接口,分别是天和一号核心舱大柱段尾段对接口、天和一号核心舱小柱段前端节点舱的轴向对接口与对地方向侧向对接口。

天和一号核心舱前端节点舱并没有天顶方向对接口,因为此处是节点气闸舱的航天员进出舱口,节点舱轴向对接口与对地方向侧向对接口均有独立的对接设备,载人飞船无论从哪个方向接近空间站,均可与后者直接交会对接。

通常情况下,天舟货运飞船会在天和一号核心舱大柱段尾段轴向对接口对接,进行物资补给,最重要的是在此可以进行燃料在轨补加,同时核心舱节点舱另外两个对接口也能接纳货运飞船对接。换句话说,天宫空间站所有对接口既能对接载人飞船也能对接货运飞船,兼容性更强。

天舟货运飞船若要在节点舱对接就使得神舟载人飞船有了转位对接需求,例如,天宫空间站在航天员乘组轮换期间,会有两艘神舟载人飞船同时对接节点舱的轴向对接口与侧向对接口,先期对接轴向对接口的神舟载人飞船撤离后,轴向对接口泊位空出,侧向对接口还有一艘神舟载人飞船,天舟货运飞船此时要对接节点舱侧向对接口,就需要神舟载人飞船转位对接于轴向对接口为天舟腾地。

鉴于天宫空间站各对接口更强的多任务兼容性,飞船转位腾地的需求较少。天舟完全没必要与神舟争抢对接泊位,在任务规划阶段大多可以前置部署规避此类问题,但即便如此我们还是未雨绸缪地做了万全准备。

在载人航天二期工程中我们前后总计实施了10次空间交会对接任务,神舟八号突破有无,与天宫一号目标飞行器先后实施了两次无人自动交会对接;神舟九号突破有人手动交会对接技术,与天宫一号先后进行了一次自动交会对接与一次手动交会对接;神舟十号巩固神舟九号成果,再次与天宫一号先后进行一次自动交会对接与一次手动交会对接;神舟十一号一次对接,旨在验证航天员中期驻留能力;另外,还有天舟货运飞船的三次对接。

在神舟十号任务临近结束的时间段内,该飞船对天宫一号目标飞行器进行了绕飞交会试验。具体方案如下,飞船从天宫一号撤离至安全距离后按预定程序变轨,从天宫一号上方绕飞至后方,尔后神舟十号由倒飞转为正飞姿态,天宫一号则由正飞转为倒飞姿态,随后神舟十号与天宫一号近距离完成交会试验。

绕飞交会试验在天舟一号货运飞船任务中有进一步落实,由近距离交会升级为实际对接。

此项任务程序即可用于飞船在天宫空间站节点舱轴向对接口与尾段对接口之间的转位对接,也可用于飞船在节点舱对地方向侧向对接口与节点舱轴向对接口之间的转位对接。

我国空间交会对接技术可以说是人类航天的集大成者,之所以这么说是因为此项技术融汇了多家方案优势。

神舟载人飞船应用的对接方案与美制载人航天器一致,对接口内径均为80cm,两家均为导向瓣内翻式异体同构周边对接装置,此种对接方案的优势是追踪航天器与目标航天器的对接机构完全一致,便于实施太空救援任务,而这是俄制杆锥式对接装置所没有的优势,在此基础上我们又拓展了俄制联盟飞船的快速对接功能。

载人飞船由运载火箭发射入轨后通常需要绕地球运行2天后再实施对接任务,这是因为宇航员在进入太空6小时后会遭遇空间适应综合征,大约需要48小时才能适应太空失重环境。

空间交会对接是一项极具挑战的高难度太空科目,虽然自动交会对接技术已经很成熟,但手动控制仍然是保障安全的托底手段,因此需要航天员在身体机能上有充足的准备,以便在遇到危机情况时能够准确应对。

对于航天员而言实施空间交会对接有两个时间窗口,一个是入轨48小时适应太空失重环境后,要么就是在入轨6小时内。就技术角度而言当然是越快越好,首先对航天员的体能需求更友好,另一方面也可满足时间敏感性物资的上行运输需求。

快速交会对接可以降低被太空碎片命中的概率,进一步提升任务安全系数,同时,还可以节省燃料,进一步增强飞船的轨道机动能力,可谓是好处多多。

快速交会对接并非21世纪的新技术,但确实是进入21世纪才发展成熟的载人航天核心技术。联盟飞船先是攻克了4圈6.5小时快速对接技术,此技术一致沿用至2020年的MS-16任务。之后又于去年在MS-17任务中再次突破2圈3小时快速对接技术。

航天器快速交会对接考验的是飞船零窗口发射能力,在2天周期的交会对接方案中每天都有发射窗口,入轨轨道误差可以在后续48小时左右的飞行时间内修正,而快速交会对接数天才有一个发射窗口。这就对发射场、运载火箭、飞船的零窗口发射准备情况提出了新要求,同时快速交会对接需要在数小时内修正入轨精度误差,又对飞船的飞控系统提出了更高要求。

我国载人航天二期工程10次交会对接任务的最后一次是由天舟一号货运飞船实施,它与神舟飞船使用的是同款异体同构周边对接装置,用最少资金办最大的事向来是我国航天的优良传统,天舟一号作为天舟系列首发飞船不仅创造了人类货运飞船的最高载荷比纪录,同时也首次验证并攻克了4圈6.5小时快速对接技术,使得我国空间交会对接技术一举进入世界前列水平。

今明两年天宫空间站将进入高密度任务发射期,除三大主体舱段外,神舟载人飞船也将保持每年两至三艘的高频次发射,进入常态化运营阶段每年也有至少两艘神舟载人飞船与一艘天舟货运飞船发射业务。

高频次任务也意味着将有更多机会验证新技术新能力,类似联盟飞船最新具备的3.5小时快速对接技术我们也将很快掌握,而我们的发展加速度远不止如此,除了单项核心技术的快速突破,还有总体能力的跨越式提升。

载人航天跨越式发展的焦点之一便是新一代载人飞船,该型飞船由返回舱与服务舱组成,是一款两舱构型飞船,发射质量21.6吨,在去年5月5日长征五号乙遥一火箭首飞任务中成功实施了首飞任务,其意义堪比昔日的神舟一号飞船。

新一代载人飞船与载人龙飞船相比,我们的内部空间更大,除了可以搭载6至7名航天员执行近地轨道天地往返任务,还为实施深空载人任务提前做了后勤保障,返回舱内设计了专门的生活区,这是以往载人飞船所没有的。

载人登月领域,新一代载人飞船与波音公司的猎户座载人飞船相比,虽然整体规模略有逊色,然而前者却应用了具有世界领先水平的轻质碳基微烧蚀防热材料,并在首飞任务中率先实现了近第二宇宙速度热流数值条件下的倒锥体半弹道跳跃式再入返回,且实现了10.8环的高精度落地成绩。

与俄制雄鹰号新一代载人飞船相比,我们已经首飞,他们还在地上。

遥想多年前载人飞船总师张柏楠立下“争取与国际同步推出新一代载人飞船”的宏愿,如今我们不仅兑现了诺言,而且超额完成目标。

每当取得一些成绩后不少人总喜欢感叹“天佑中华”,而在笔者看来从来没有什么天佑中华,有的只是不断地拼搏进取,唯有如此才能改写历史,才能从胜利走向新的胜利,因为我们一直在路上。

本文地址:http://www.xsfytl.com/112.html
版权声明:本文为原创文章,版权归 PC4f5X 所有,欢迎分享本文,转载请保留出处!

发表评论


表情