神舟十四号航天员进入天舟五号货运飞船

原标题:神舟十四号航天员进入天舟五号货运飞船

神舟十四号航天员进入天舟五号货运飞船。后续,航天员乘组将按计划开展货物转运等相关工作。

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双十一刚刚过去,快递小哥把“买买买”的战果送到了吗?在大家等待包裹的时候,我们的“太空快递小哥”已再次出发。

北京时间11月12日10时03分,搭载天舟五号货运飞船的长征七号遥六运载火箭,在我国文昌航天发射场准时点火发射,约10分钟后,天舟五号货运飞船与火箭成功分离并进入预定轨道,飞船太阳能帆板顺利展开工作,发射取得圆满成功。

天舟飞船五次“送快递”,均由长征七号火箭护航

这是天舟系列货运飞船五年以来的第五次成功发射。南都大数据研究院梳理了这些发射任务的相关情况。

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我国自主研制的艘货运飞船天舟一号于2017年4月成功发射。经过两天时间,天舟一号与天宫二号空间实验室实现交会对接,形成组合体,随后完成两个月在轨飞行。此次任务,通过天舟一号与天宫二号的一系列测试,验证了货物运输的地面后勤保障系统和长期独立飞行等功能。

2021年5月以来,天舟二号等四艘货运飞船陆续发射,为空间站送去推进剂、实验设备与航天员的补给等物资。

天舟二号与天和核心舱组合体(图片来源:中国载人航天工程办公室)

五艘货运飞船都在海南文昌发射场实施发射。本次天舟五号发射任务也是是文昌发射场2022年度收官之战。据南都大数据研究院观察,文昌航天发射场以百分之百的成功率完成了空间站天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱三个大型舱段和五艘货运飞船的重大航天发射任务,为我国空间站的建造与载人航天工程发展立下赫赫战功。

值得关注的是,负责运载天舟系列货运飞船的均为长征七号火箭。这个“专属座驾”都有哪些特别之处?

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资料显示,长征七号运载火箭采用液氧煤油作为推进剂,是我国新一代高可靠、高安全的中型液体运载火箭。火箭总长53.1米,起飞质量约597吨,捆绑了四个助推器,为两级半构型。长征七号火箭的芯一级直径为3.35米,近地轨道运载能力约13.5吨,太阳同步轨道运载能力约5.5吨。

长征七号运载火箭的研制时间为2002年至2014年,在2016年正式首飞。2016年6月,火箭在文昌发射场将由远征1A上面级、多用途飞船缩比返回舱等6类7项载荷成功送进预定轨道。此后,它执行了五艘天舟货运飞船的发射任务,成功率,被誉为我国载人航天的“货运专车”。未来,长征七号运载火箭还将承担中国航天更多类型的发射任务。

更大上行运力6.9吨,天舟飞船运输能力过硬

天舟系列货运飞船是由我国自主设计、研发的货运飞船,主要用于对中国空间站在轨运行期间,提供补给支持。

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天舟系列货运飞船由货物舱和资源舱组成,其中加压的货物舱主要用于装载工作和生活物资,推进舱除了提供动力和电力,还可以贮存为空间站运送的推进剂并实现在轨补加。“天舟”的运行轨道不高于450公里,物资上行运载能力约6.9吨,在轨飞行时间最长可持续约1年。天舟飞船具有运输能力强、飞行时间长、发射频度高等突出优势,既是中国空间站专属货物和补给运输平台,也可以拓展成为面向社会开放共享的空间科学技术和应用项目实验平台。

五艘天舟飞船分属两个批次,其中,天舟一号、二号为批次产品;天舟三号、四号和五号则是第二批次。和“前辈”相比,后三艘天舟飞船进行了一系列优化:首先是删减了微波雷达,而且将分体式激光雷达更新为一体式激光雷达;其次,采用一体化设计方案进行推进系统和推进剂补加,而且8个推进剂贮箱数量和4个推进剂装载量,可以根据实际任务的需要实施动态调整;最后,还将导航与控制系统的软硬件系统进行了多项优化,提高了复杂环境下的计算能力和控制能力。

天舟飞船主要有四个功能,一是为空间站补加推进剂;二是运送空间站所需的维修和更换设备;三是运送航天员在空间站上工作、生活期间所需的各种物资;四是向空间站运送必要的空间科学实验设备和用品。

推进剂、冰墩墩、节日礼包,“天舟”都送过这些东西

另一方面,南都大数据研究院还梳理了五艘天舟飞船的“货物清单”。

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五位“太空快递小哥”的单次运货重量都在6吨以上(天舟五号为6.7吨),但包裹数量并不相同。天舟一号的主要任务是验证将推进剂补加到天宫二号空间实验室等任务,只携带了约100个包裹。进入空间站时代后,天舟飞船的运送任务也复杂了不少。天舟二号为天和核心舱带去约2吨推进剂,包裹数量也控制在160个左右,主要为在轨驻留三个月的神舟十二号航天员乘组带去工作、生活的物资和相关的实验设备。神舟十三号、十四号和十五号航天员乘组的驻留时间都是半年,因此后续三艘货运飞船所装载的包裹也增加到200多个。此外,得益于空间站的功能优化与推进效率提升,天舟四号所携带的推进剂也减少到750公斤左右,天舟五号则带了1.4吨补加推进剂。

而从物品清单来看,推进剂燃料、空间科学技术试验设备与应用载荷、空间站的维修与平台设备,以及未来一段时间航天员在轨生活、工作所需的物品等都是必带的常规物资。据航天科技集团五院货运飞船系统总体副主任设计师张振华介绍,天舟五号装载了八个贮箱,里面搭载了“澳门学生科普卫星一号”等三项实验、五台载荷设备去开展空间实验,并增加了两个细胞实验单元的冷藏货包,而天舟三号、天舟四号只装载了四个贮箱。此外,天舟五号还搭载了我国首台空间应用燃料电池升空,将验证燃料电池在微重力等空间环境下的运行特性规律。

神舟十三号航天员进入天舟三号内部清点物资(图片来源:中国载人航天工程办公室)

另一方面,不同的“太空快递小哥”也会携带一些特别的货物。例如,天舟二号和天舟三号飞船一共带了三套我国自主研制的“飞天”舱外航天服,每套造价高达3000万元人民币。此外,天舟三号还为神舟十三号航天员乘组带去了装着冰墩墩的盲盒。天舟四号装上了支持开展空间科学医学实验上行的低温锁柜,俗称“冰箱”。同时,它也为空间站送去了此前面向社会、高校征集的实验项目设施与材料,并“快递”了为航天员准备的节日食品、奖励食品和“盲盒”食品等。天舟五号则带上了给神舟十五号航天员乘组的春节大礼包,以及两个乘组在空间站进行交接的礼物。具体是什么?还有待航天员们在空间站上“拆快递”揭晓。

为天舟飞船上的货物打包也是一门学问。例如,天舟四号增加了货包色彩标识,航天员查找货物更加直观、容易。针对货物舱中的货格与盖板,天舟四号也设计了更便捷的尼龙搭扣连接方式,在轨可随时开合。此外,科研人员还对货包内的缓冲泡沫进行分块小型化优化设计,减小空间占用,更便于收纳存储。

相比“同行”,天舟飞船都有这些优势

与其他货运飞船相比,“天舟”有什么优势?取得了哪些突破?南都大数据研究院进行了梳理与分析。

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资料显示,20多年来主要由5个系列的货运飞船为国际空间站“送货”。其中,上行运载能力与“天舟”相当的ATV货运飞船和HTV宇宙飞船已经退役。目前主要负责运送物资的是由美国SPACE X公司研制的货运龙飞船和俄罗斯的进步号飞船,其更大上行运载能力都与天舟飞船存在一定差距。据NASA统计,货运龙飞船每年要送货4-5次,才能支持6名在轨航天员的工作、生活。相对地,天舟飞船凭借着领先的上行运载能力,每年只需发射2次,就能满足3名航天员在轨驻留半年的物资需要,成本大大降低。

在交会对接上,运营超过40年,经过多次技术改良、升级的进步号飞船不断提速。十多年前,从哈萨克斯坦拜科努尔航天基地“发货”后,进步号飞船一般需时两天左右,才能对接上“买家”国际空间站。2012年8月,俄罗斯优化了交会对接方案,飞船只需约6个小时就可将物资“送达”。到了2018年,用时进一步减少到3.5小时左右。据俄罗斯联邦航天局介绍,科学家们正在研究仅2小时就能完成自动交会对接的新方案。另一方面,天舟货运飞船的交会对接用时也在持续减少。根据空间站最新的调相机动数据、运载火箭推力与飞船入轨准度等计算,天舟五号只需约3小时,就可与空间站完成自动快速交会对接,较天舟四号时的6.5小时压缩超一半,创下新纪录。据中国载人航天工程办公室消息,早在北京时间2022年11月9日,已完成既定任务的天舟四号货运飞船,顺利撤离空间站组合体,转入独立飞行阶段,也为天舟五号的到来提供条件。

天舟四号货运飞船顺利撤离空间站组合体(图片来源:中国载人航天工程办公室)

值得注意的是,货运龙飞船是现在可回收再利用的货运飞船,而且还具备3—3.5吨的下行运载能力,这也是天舟飞船未来优化、改进的方向。

出品:南都大数据研究院

数据采集分析:陈泽然

制图:何欣

数据来源:航天局、中国航天科技集团、中国载人航天工程办公室、NASA、欧洲航天局、俄罗斯联邦航天局、俄罗斯航天集团、新华社等媒体报道

图片来源:中国航天科技集团、中国载人航天工程办公室、新华社等

统计截止时间:2022年11月12日

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