作為我國第一艘貨運飛船,天舟一號首次出征肩負的使命可不少。它要揹著相當於自己體重的貨物和推進劑,與天宮二號對接並進行推進劑補加,並開展多項空間試驗、驗證許多新技術。
攬了一身瓷器活,沒有金剛鑽可不行。讓我們一起看看,中國航天科技集團公司五院為天舟一號賦予了哪些絕技,讓它能笑傲太空。
特製貨架裝得又多又好
從地面往太空運一次貨不容易,“能裝”是貨運飛船應具備的首要特質。
天舟一號很能裝。它的運載能力達到6噸,相當於自身重量。除了裝得多,還要裝得好。研製團隊費勁心思,為它設計了特別的貨架和貨包。
天舟一號的高效承載貨架,猛一看跟普通書架差不多,其實細節和構型大不相同。該貨架採用基於蜂窩板、碳纖維立樑的樑板預埋結構,形成了大量標準裝貨單元,結構與貨物重量比達到8%,在業內屬領先水平。蜂窩板有大量留空面積用於裝貨,碳纖維立樑材質非常輕且抗變形能力強,二者的完美結合,使貨架既能適應傳統剛性結構安裝,又能適應柔性束縛帶的連線承載。經過測試,三個這種結構就能承載一臺轎車。
大承載貨架結構與密封艙主結構的連線環節,採用了特殊的材料和結構設計。由於密封艙充電後會變形,連線環節採用碳纖維結合鋁合金材料,相當於有一個橋樑釋放變形產生的力,避免貨架直接與密封殼體相連,以保障在軌環境下結構不被破壞。
國內最大組合體可實現精準控姿
相比以往神舟飛船與天宮的組合,天舟一號與天宮二號組合體的轉動慣量將增加近50%,是國內在軌最大、最重的航天器組合。在軌進行推進劑補加時,勢必對組合體的飛行姿態有較大幹擾。這要求控制系統足夠健壯和聰明,能應對該過程中各種可能出現的故障工況。
為保證組合體在太空的姿態穩定,五院研製了200Nms(牛米每秒)控制力矩陀螺(CMG),構建了具備完善自主故障診斷和重構能力的CMG系統。該系統在實現對組合體穩定控制的同時,可以保證如果某一陀螺出現異常,可以無縫切換並把對姿態的干擾降到最小。
組合體上各裝置的執行,都要依靠太陽能。在繞地執行過程中,為使太陽能帆板儘量多接受陽光照射,組合體需要持續調整姿態。研製團隊優化了帆板實時調速控制演算法,進一步提高了帆板跟蹤精度。長期在軌執行中,組合體還可能面臨太陽方位不好的情況,這時它將實施連續偏航機動,確保太陽帆板高效跟蹤太陽,持續接收能量。
“載荷大管家”能控制多項試驗開展
空間試驗是天舟一號此行的重要任務之一。被稱為“載荷大管家”的空間技術試驗分系統管理著來自5個載荷方、13個試驗專案的40餘臺載荷裝置。
該系統分為載荷公用平臺和實驗專案兩部分。其中,載荷公用平臺負責向實驗專案提供控制、供電、狀態採集、資訊傳輸等各類電氣介面資源,保障載荷試驗在軌順利開展;實驗專案由在軌試驗所需的各類試驗裝置組成。
研製團隊對試驗載荷實施了有別於平臺產品的差異化管理,兼顧了試驗載荷週期短、介面可靠和執行安全需求,以保障各類空間技術試驗順利進行。
由於這些試驗將在無人情況下進行,研製團隊通過載荷運控方案設計,編制了相應的飛行程式。在實際飛行任務中,載荷公用平臺將如同“大腦”,控制包括空間應用實驗、特殊技術試驗、航天技術試驗等各類試驗專案的開展。
