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“天宫”来到发射场
2011年6月2g日,“天宫一号”目标飛行器产品专列驶进发射场.之所以没有像神舟七号飛船那样乘坐运输机,是因为“天宫一号”目标飛行器单舱太大.
“天宫”是一个古老的名字,充满了浪漫的神话色彩.在炎黄子孙的眼里,那是一个充满了梦幻色彩的飛天秘境.
起初,大家把正在研制的空间实验室雏形只用学术名词称呼一目标飛行器.一个偶然的机会,一位研制人员提议说,空间实验室就叫“天宫”吧.此言一出.立即引起大家的共鸣.“天宫”这个名字就这么确定了下来.
“目标飛行器”这几个字现在和“天宫一号”一样出名.许多宣传报道都把“天宫一号”称作中国的第一个空间实验室,或者叫“首个空间实验室雏形”.但这一次,官方口径都把它叫做“目标飛行器”.因为此次发射“天宫一号”最主要的任务,就是“空间交会对接”.
“天宫一号”重8.5吨.长10.4米,最大直径3.35米.竖起来有三层楼高,是目前中国最大、最重的近地轨道、长寿命飛行载人航天器,由实验舱和资源舱组成,设计使用寿命两年.实验舱是将来航天员可以工作、生活的地方,能够保证舱内的大气压、温湿度、气体成分等航天员生存的必需条件.尽管是在没有天地之分的太空环境中,设计人员还是为航天员亲手打造了很多“地球元素”,诸如土 的“地”,淡蓝色的“天”,浅 的“墙壁”等等.在“天宫一号”发射前的天地大回路测试中,我们看到了实验舱内的五星红旗和中国结.
除去众多的设施设备,实验舱内大约有15立方米的空间供航天员驻留期间在轨工作和生活.
资源舱为轨道机动提供动力,为飛行提供能源.作为低轨道载人航天器,“天宫一号”要在轨运行两年,这对资源舱的能源供应提出了极大的考验.此次资源舱约带1.4吨多推进剂,以维持“天宫一号”近地轨道运行的需要.
根据载人航天工程总体部署,“天宫一号”除了和神舟八号飛船对接,还要和后续发射的神舟九号、神舟十号对接.其间航天员将要在轨进行短期驻留,是一个集“目标飛行器”、“空间实验室”于一体的载人航天器.苏联和美国在进行载人航天器交会对接之前,进行了三次飛船和飛船之间的对接,来验证交会对接技术,需要发射六次飛船.而“天宫一号”和三艘飛船对接,只需要进行四次发射就够了.
除了交会对接.“天宫一号”还要完成其他三项重要的任务：“天宫一号”和飛船组成的组合体的控制和管理；开展相关的空间科学实验和医学实验；进行废物再生利用实验等.很多东西仅靠从地球送是送不起的,比如空气、水等等,用过了依然很珍贵,处理以后还可以再用.还有人体排泄的东西,在太空,这些都是珍贵的资源,要处理过后重新再用.只有解决了这些技术,中国才有能力建立空间站.
“对接机构”有多难
尽管交会对接技术在20世纪60年代就已经被苏联付诸现实,并且在1969年1月16日首次成功实现了载人状态下的空间交会对接,迄今已经有四十多年的历史.从早期的“环—锥”式结构,到后来的“杆—锥”式、“抓手—碰撞锁”式,再到今天技术最复杂和最先进的“异体同构周边”式对接机构,对接机构的技术越来越成熟.不过,要掌握这项技术,依然是令许多国家望洋兴叹的问题.空间交会对接技术是一项世界公认的高难度前沿航天技术.虽然俄罗斯、美国、日本等国家都掌握了空间交会对接技术,不过,目前能够生产对接机构的,只有俄罗斯、美国和中国.
“天宫一号”采用的对接机构叫做“内翻式异体同构周边”对接机构,是当前世界上口径最大、技术最先进的一种对接机构,可以把两个很重的东西连接到一起,实现组合体统一控制,中间有舱门,是航天员进出的通道.这种机构和其他三种方式相比,有两点优势：首先对接机构是异体同构.即交会对接的两个不同航天器上安装着同样的对接机构,这样使得“追逐航天器”既可以做主动方,也可以做被动方.这对于空间救援来说是极为重要的.其次,对接机构所有定向和动力、测控部件都安装在 舱口的四周,从而保证 成为航天员来往的通道.
空间交会对接技术难度很大,“追逐飛行器”和“目标飛行器”都是在太空中高速运行的航天器,时速达到28000公里以上,在对接过程中,如果计算不准,就可能发生两者相撞事故.1960年至1998年,苏联载入航天飛行影响任务的33次重大故障中,交会对接技术就占了24.2％.即便是今天,交会对接技术已经相当成熟的俄罗斯和美国,交会对接故障也时有发生.
航天器在空间高速运行的情况下,如何实现精确测控,让两个航天器安全对接,是交会对接的最大难题.在“天宫一号”和神舟八号的“异体同构周边”对接机构周围,安装有很多高精度测量仪器.技术极为复杂.当二者在地面测控人员的操纵下接近到几公里以内时,精确测控就要依靠这些复杂的综合测量系统了.对接机构上的测量系统能让二者之间的测控误差不超过两厘米.
感谢苏联和美国航天技术的发展,让我们少走了很多弯路.不过,我们仅仅只是知道了对接机构的发展历程.一开始就选择最先进的对接机构来研制,其研制过程对我们来说绝不是一种捷径.早在1992年,中国载人航天工程启动之初,就同步展开了关于交会对接技术的论证工作.2002年.航天部第五研究院正式启动对接机构研制工作.经历了八年的艰苦攻关,才研制出了这套和国际先进技术同台竞技的产品.
“长征二号FT1”火箭
“T1”是反映在这次发射“天宫一号”的火箭名称上的变化.
“T1”火箭是在“长征二号F”的基础之上改进的,改进项目达一百七十多项.火箭总设计师荆木春说.改进基于两种原因,一是电子产品的更新换代.从1993年开始研制发射神舟飛船的“长征二号F”火箭至今,已经过去了十几年,在这中国经济飛速发展的+几年内,火箭上面所应用的相关电子产品也发生了突飛猛进的变化,火箭改进这些项目,也是势在必行.另一个原因则是为了适应“天宫一号”发射.“天宫一号”比神舟飛船大而且重.需要的推力也比飛船大,而且发射过程中不载人,不需要逃逸.因此“T1”火箭取消了逃逸塔和和逃逸有关的各种设施.“T1”火箭的整流罩完全是为“天宫”研制的,直径比原来增加了一米,长度增加了两米,取消了栅格翼和逃逸发动机.顶部采用了特殊的流线型设计,能够让火箭穿越大气层时,更好地减少空气阻力.
形状的改变让整流罩研制者付出了不少额外的代价.
由于发射场远在千里之外的酒泉卫星发射中心,铁路运输需要过很多隧道.按照目前中国铁路隧道的尺寸标准,直径四米多的整流罩集装箱将无法通过.因此.为了顺利运输到酒泉.整流罩设计者们在不影响整流罩性能的情况下,不得不把整流罩分割成八瓣,运输到发射场再进行复杂的组装工作.
没有改变形状的“T1”火箭助推器也发生了功能上的改变.为了增加推力,设计者们在保持“长征二号F”火箭芯级和助推形状不变
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