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天舟一号 整装待发

2017-04-18 07:28 来源:人民日报 余建斌

17日,长征七号遥二运载火箭与天舟一号货运飞船组合体在垂直转运中。

  17日7时30分,位于海南文昌的中国文昌航天发射场,承载着天舟一号货运飞船和长征七号遥二运载火箭组合体的活动发射平台驶出总装测试厂房,垂直转运至发射区,完成最终状态确认后,预计于4月20日至24日择机发射。作为我国首艘太空货运飞船,天舟一号的首飞将揭开我国载人航天工程空间实验室飞行任务收官之战的序幕。

  太空货运飞船有怎样的发展历史,在人类探索太空的进程中扮演何种角色,未来发展形态如何?记者专访了国际宇航联空间运输委员会秘书长、中国航天科工集团公司二院二部研究员杨宇光。

  进步一号

  人类首艘货运飞船,使长驻太空成为可能

  记者:从发展历程来看,货运飞船的可靠性如何?

  杨宇光:人类第一艘货运飞船是1978年1月20日在苏联拜科努尔航天中心发射的进步一号。发射两天后,进步一号顺利与轨道上运行的礼炮6号空间站对接,为航天员尤里·罗曼年科和格奥尔基·格列奇科送去了1.3吨食物、给养、零件备份和科学仪器,还为空间站带去了1吨重的推进剂和氧气,这使人类在太空的长期驻留成为可能。

  进步号飞船不但能够为空间站运输航天员的生活物资和推进剂,还可以为空间站送去维修用的部件和新的科学试验仪器,这不但延长了在轨科学试验仪器的寿命,还可以更加灵活多样地安排新的科学试验,使得进步号飞船一直服役至今。在进步号的支持下,和平号空间站创造了人类太空连续驻留423天的纪录。

  进步号飞船本身不像载人飞船那样可以回收,一般在完成补给任务后,航天员会将空间站上产生的各种生活垃圾和废物填入进步号,随之离轨一同销毁。在进步号众多的任务中,只有3次因为发射失败而导致整个任务失败,但从整个进步号的发展历程来看,其可靠性是相当高的。在可以预见的将来,仍将在国际空间站的运行中发挥着重要的作用。

  龙飞船

  商业货运飞船,成为空间站货运的补充力量

  记者:目前服役中的太空货运工具各具哪些优势?

  杨宇光:除了进步号货运飞船外,国际空间站在最初的设计中非常依赖航天飞机,但2011年航天飞机退役后,单靠进步号货运飞船无法满足重量超过400吨、拥有6名常驻航天员的国际空间站的运营。在这种情况下,欧空局的自动转运飞行器ATV和日本研制的HTV,成为国际空间站货运补给的重要补充。

  欧洲的ATV重量超过20吨,可以为空间站运输约8吨的货物,加压货舱拥有48立方米的巨大容积,重量和货运量在已有的和正在研制的货运飞船中都是最大的。

  日本的HTV的空载重量约10.5吨,可以将6吨重的货物送往国际空间站。不过,与进步号和ATV不同,HTV不会自动与空间站对接,而是飞到空间站附近,由空间站的机械臂将其“抓捕”并停靠在国际空间站和谐号节点舱的靠泊口上。这在设计上极大简化了交会对接系统的设计。在所有的货运飞船中,HTV拥有最大的舱门,可以将国际空间站标准机柜直接从飞船中转移到空间站内,带来了很多的便利。

  记者:龙飞船为什么如此引人关注?

  杨宇光:龙飞船由美国太空探索公司SpaceX自主研发,飞船的加压舱能够实现回收并重复使用,这也使得龙飞船成为第一种具备大量货物下行能力的货运飞船,货物上行能力大约3.31吨,同时具备将2.5吨货物运回地面的能力,并且可以灵活地配置加压舱和非加压舱的货物比例。

  在2010年和2012年完成两次技术验证飞行后,迄今为止龙飞船为国际空间站执行了11次货运任务并成功10次。2015年6月28日因为猎鹰9号火箭发射失败而损失了一艘龙飞船。2016年猎鹰9号火箭在发射台上惨烈的爆炸也拖延了后续补给任务的进行。从这个案例我们可以看出,商业航天时代如何在低成本的同时保证高可靠,依然是亟待解决的难题。

  当然,除了太空探索公司,美国的轨道科学公司以及重组后的轨道ATK公司自主研制了安塔瑞斯运载火箭和天鹅座货运飞船,在一次试验性的飞行后为国际空间站执行了6次补给任务并成功5次。

  天舟一号

  不但用于空间站补给,还可作为空间科学试验平台

  记者:我国的货运飞船有何特点?

  杨宇光:未来中国的载人空间站,将有几名航天员在轨长期驻留,在乘组轮换期间甚至将有两艘神舟飞船和更多的航天员短期同时在轨。显然,没有货运飞船的支持,是无法完成长期在轨驻留任务的。这也是中国航天研发天舟货运飞船的根本原因。

  天舟一号是我国自主研制的首艘货运飞船,采用两舱构型,由货物舱和推进舱组成,总长10.6米,舱体最大直径3.35米,太阳帆板展开后最大宽度14.9米,起飞重量约13吨,物资上行能力约6吨,推进剂补加能力约为2吨,具备独立飞行3个月的能力,具有与天宫二号空间实验室交会对接、实施推进剂在轨补加、开展空间科学实验和技术试验等功能。

  一方面,它由运载能力达13.5吨的新一代中型运载火箭“长征七号”发射,可以将重达6吨的货物送往中国未来的空间站。其有效载荷比例在目前所有的货运飞船中是最高的。

  另一方面,天舟货运飞船充分继承了过去天宫一号、二号空间实验室和神舟飞船积累的技术基础,与进步号和ATV类似,天舟货运飞船也具备为空间站补加推进剂的能力,并将在天舟一号与天宫二号的对接任务中验证这项关键技术。天舟一号在今年的飞行任务中将面临诸多的技术挑战。

  天舟货运飞船不但是中国未来空间站的补给飞船,由于它具备较长时间的独立自主飞行能力,因此还可以作为空间科学试验的平台。

  记者:太空货运飞船以后能作星际飞行吗?

  杨宇光:从进步一号到现在,货运飞船已经为人类在太空的长期驻留履行了近40年的职责,并仍将在国际空间站和中国空间站的运营中发挥不可替代的重要作用。未来针对近地轨道空间站的货运任务将朝着更高载荷比、更高效费比和更加灵活的方向发展,随着技术的进步不断升级换代。

  但人类不可能长期只停留在近地轨道。近年来,世界各航天大国都将视野投向了月球甚至火星,并在自己的载人航天计划中落实相应的发展路线图。实际上,从美国阿波罗计划首次登陆月球,到现在已近半个世纪,单纯重复阿波罗计划的过程对各国都不是最理想的选择。因此,建设月球基地,以及在未来人类实现登陆火星后,建设火星基地,成为未来载人航天发展的重要考虑。

  月球基地和火星基地的建设无疑是规模远超国际空间站的巨大工程,其技术难度和巨大的资金投入成为实现路径上的最大障碍,而其中一个非常关键的因素就是维持基地运行的货物运输,如何降低这一成本是全世界载人航天领域绕不开的重大课题。

  以月球基地为例,如果能够通过单级入轨、完全可重复使用的登月舱,实现月球基地与绕月轨道之间的往返运输,再利用高比冲的电推进,实现绕月轨道与近地轨道之间的完全可重复往返轨道转移飞行器,就可以将月球基地的货物运输成本降低到近地轨道货运的水平。

  当然,如果未来能在月球基地实现推进剂的制备,不但可以进一步降低货物运输的成本,还能够为组装巨大的火星飞船奠定坚实的基础,使人类真正进入开发太阳系的新纪元。

(责任编辑:王蔚)

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