天舟二号飞行任务全解读

20210530期来自:新华日报

“大力水手”托举深空梦想

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中国文昌,夜漫南海,圆月当空。

北京时间5月29日20时55分,搭载着天舟二号货运飞船的长征七号遥三运载火箭,在位于海南省的文昌航天发射场点火发射。

约604秒后,飞船与火箭成功分离,精确进入预定轨道。21时17分,太阳能帆板两翼顺利展开工作,发射取得圆满成功。

兵马未动,粮草先行。距离天和核心舱发射升空30天后,中国向空间站核心舱成功发出了第一件快递“包裹”。

与敦实憨萌的“胖五”——也就是长征五号运载火箭相比,长征七号遥三运载火箭的身材显得修长。但事实上,它总长53.1米,比“胖五”要短3米多。

作为新一代高可靠、高安全的中型液体运载火箭,长征七号是为满足搭载天舟系列货运飞船的专属需求量身研制。因其“两级半”的构型,仅从外形来看,它比“胖五”的“一级半”构型更匀称——如果说“胖五”像举重运动员,长征七号则更像健身房里的教练。

“力气大”,是空间站建设对长征七号火箭最基本的要求。虽然不如“胖五”体态雍容,但长征七号的起飞重量达到了597吨,近地轨道运载能力达到13.5吨,跻身中国火箭“四大力士”之列,是名副其实的“大力水手”,达到了国外同类火箭先进水平。

“大力水手”这一次的任务,就是将满载大批物资的天舟二号货运飞船送到预定轨道。为了“力气大”,长征七号使用动力更强劲的液氧煤油做燃料,还将助推器主捆绑结构的安装间隙由5毫米压缩到4毫米,这不仅减少了火箭飞行时的振动,也增加了助推传力。

“成功是我们唯一的选项。”回顾长征七号的研制过程,火箭总设计师程堂明用这句话来表明自己的信心和决心。研制项目正式启动以来,长征七号团队瞄准空间站建设,以精益求精的铸“箭”精神和万无一失的严谨作风,全力以赴为使命和荣誉而战。

2016年6月25日,长征七号在新建成的文昌航天发射场首飞成功。

2017年4月20日,长征七号托举着天舟一号货运飞船腾空而起。这是天舟货运飞船和长征七号运载火箭组成的空间站货物运输系统的首次飞行试验。

这一次,长征七号又一次成功升空,为空间站天和核心舱送去生活物资、实验设施和推进剂,拿下了中国空间站工程建造阶段承上启下的又一重要环节。

按照空间站在轨建造任务规划,到2022年底,我国将连续实施11次发射任务,其中4次货运飞船发射都将由长征七号火箭“承运”。“环环相扣,就像接力赛跑,每发任务的成败都关乎中国空间站建造计划能否顺利实施。”长征七号运载火箭试验队主任设计师徐利杰说。

为确保运载能力和满足交会对接的需求,科研团队对长征七号火箭进行了大量优化改进设计,围绕技术状态确认、关键环节保证等方面开展了“再分析、再设计、再验证”,火箭的技术状态发生了100多项变化。

为满足飞船与空间站的交会对接需求,科研团队将精确到秒的发射“零窗口”拓展为2分钟左右的“窄窗口”。通俗地说,如果火箭起飞时间出现了2分钟以内的偏差,火箭可以根据起飞时间自行修正飞行轨迹,保证货运飞船仍然能够进入核心舱所在的轨道面,为后续的交会对接奠定基础。

细心的人们会发现,这一次火箭点火的瞬间,“大力水手”的尾部没有出现因四氧化二氮不充分燃烧而形成的红色“烟雾”,取而代之的是如同棉花糖般的“白烟”。

那是因为长征七号装备了具有自主知识产权的新型液氧煤油发动机,煤油在不充分燃烧条件下,产生的颗粒和水蒸气混合凝结,形成的“烟雾”呈白色。

仅此一项技术改进,长征七号的推力提高了60%。

“快递小哥”穿梭天地走廊

大大小小包裹160多件,两件分别重达100多公斤的航天员舱外服,还有3吨推进剂——天舟二号货运飞船并不是世界上最大的货运飞船,但装的物资却达到了6.8吨,超过了飞船自重。

远离地球,空间站里吃的、穿的、用的,乃至呼吸所需的物资,都要由货运飞船及时送达。天舟货运飞船与长征七号火箭一起,共同构成了空间站货物运输系统,实现了“人货分装”,成为中国载人航天工程中的“快递小哥”。

“去”的时候,天舟二号可为空间站送去各种生活物资、推进剂、平台维修设备附件及各种消耗品、载荷设备等补给物资。“回”的时候,天舟二号还将带走和销毁空间站废弃物。

与天舟一号相比,天舟二号在构型上与其基本一致,采用了全密封货物舱和推进舱组合而成的两舱构型,总长10.6米,最大直径3.35米。

在承担的任务上,天舟二号则有其鲜明的特点。

为了装得更多,科研团队根据货运飞船的圆形舱体结构,一共设计了26种不同尺寸规格、不同形状的货包,像搭积木一样组合放置进蜂窝板形成的一个个货格之中。每个货包都会被类似飞机座椅的安全锁扣稳当固定住,单手就可以取下来。这些物资,可以满足3名航天员3个月太空生活的需要。

不仅装得多,而且送得快。天舟二号的快速交互对接系统已经提前安排好入轨后的动作时序,节省了指令在天地间传达的时间,也免去地面临时注入程序的流程,从地面“发货”到“快递小哥”来敲门的时间大约7个小时,堪比“同城快递”,实现了空间站任务物资运输快速补给。

不仅送得快,天舟二号还设计了多个与密封舱隔离的“油箱”,具备“危险品运输资质”。除了运输生活物资、实验设施外,天舟二号还携带了3吨推进剂,交会对接之后,就摇身一变成为空间站的“加油站”。

不仅能加油,还能给空间站充电。天舟二号货运飞船有自己独立的能源系统,可以实现能源自给自足。靠泊空间站期间,天舟二号和空间站之间可以互相输送补充电能资源——靠泊期间的天舟二号处于休眠状态,自身能源需求小,富余出来的电能就可以输送到空间站,为航天员活动提供保障,同时支撑一些电能消耗较大的科学实验。

天舟二号还是一个“储藏室”。完成交会对接后,航天员会进出天舟二号取用生活和工作物资。为了让航天员在天上也可以方便快捷地取用、查找自己想找的物资,“储藏室”里的每件货物上都粘贴了一个具备无线射频识别功能的标签,使用专用设备能进行智能定位。

天舟二号有存放垃圾的职能,是一个太空“垃圾桶”。航天员在空间站里产生的生活垃圾、人体排泄物,都会集中到天舟二号舱内存放。完成使命后,天舟二号将带走这些废弃物,在坠入大气层的过程中一同烧毁。

18立方米货物装载体积,除了留出航天员舱内活动空间,还同时具备这么多的功能且保持重量均衡,科研团队在布局设计上用足了智慧。强大的送货和补给能力,也将对延长空间站寿命和航天员在轨驻留时间起到重大作用。

再过一段时间,中国航天员将搭乘神舟十三号载人飞船来到太空。相信他们在进入天和核心舱后,打开天舟二号货运飞船舱门的那一刻,一定会有“拆快递”的惊喜。

“滨海福地”续写航天新篇

没有建成发射场之前,海南文昌以侨乡闻名,120多万祖籍文昌的海外侨胞分居在世界50多个国家和地区。

历史上,文昌还是“一里三进士”的文化之乡、诞生了200多位军队高级将领的将军之乡。因为三面临海,负氧离子含量高,文昌居民的平均寿命高达81.85岁,是一个人杰地灵的福地。

2007年8月,我国决定在海南文昌建设新一代最先进的航天发射场。2009年9月,文昌航天发射场在文昌市龙楼镇破土动工。继酒泉、太原、西昌3大发射场之后,文昌航天发射场于2016年全面建成并投入使用,文昌这块“滨海福地”又多了一个“航天城”的美誉。

作为中国首个开放性滨海航天发射场,也是世界上为数不多的低纬度发射场,文昌航天发射场主要承担地球同步轨道卫星、大质量极轨卫星、大吨位空间站和深空探测卫星等航天器的发射任务。5年来,天舟一号、天问一号、嫦娥五号、天和核心舱、天舟二号……一个个大国重器从这里飞向太空。

这一次,文昌航天人在承压中奋战,在坚守中前行,按照“确保万无一失、圆满成功”的要求,严格落实载人航天工程质量标准,专题组织发射区综合检查,全面检查设备设施、特燃特气、物资器材等准备情况,仅推进剂加注抢险、消防救护等演练就组织了数十次。

航天发射是一项高风险的科技活动。原定于5月20日凌晨的天舟二号发射任务,因技术原因推迟实施,发射场系统承受着不小的压力。

与传统发射任务相比,天舟二号发射任务,不仅要将飞船精确送入预定轨道,还要将货运飞船发射到天和核心舱所在的空间轨道面内,实现货运飞船与天和核心舱的交会对接。一旦火箭起飞时间偏离了发射窗口,将错过空间站所在的轨道面,导致货运飞船需要较长时间的轨道调整,消耗更多的推进剂,甚至影响交会对接任务。

为确保发射任务在既定窗口时间进行,文昌航天发射场的气象保障人员加强对雷电、强降水、浅层风、高空风的技术研究,收集整理了场区近15年的气象数据,为天舟二号的“窄窗口”发射提供分时分段、精细精确的气象保障。发射场短时预报准确率达到95%以上,具备提前7天预报发射日天气、提前8小时准确预报窗口天气的监测能力。

长征七号火箭是一型低温推进剂火箭。低温推进剂蒸发量大,为确保运载能力和发动机启动条件要求,发射前需要开展一系列复杂的动作,哪个环节出现异常都将影响发射。5月16日,船箭组合体转运至发射区后,发射场不分昼夜满负荷运转,部署强化统一领导,加强组织指挥、资源连续保障、重大风险防控,总装、测试、合练……

高强度发射任务也将一批年轻技术骨干摔打磨砺成才,一批“高学历”“善决策”“能担当”的科技人才活跃在航天发射前沿阵地,成为航天事业薪火相传的支撑。

“3个月内连续承担3次重大航天发射任务,文昌航天发射场综合测试发射能力得到持续提升。”西昌卫星发射中心党委书记董重庆说,文昌航天发射场纬度低、发射效费比高,射向宽、安全性好,海运便捷、可行性强,无毒无污染、绿色环保,在建设航天强国的征程中独具优势、堪当重任。 (新华社电)

配图:昨晚,我国在海南文昌航天发射场准时点火发射天舟二号货运飞船。 (新华社发)

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推进改革释放科技人员创新活力

“‘创新不问出身,英雄不论出处。’总书记的讲话如雷贯耳,指明了我国科技体制改革的方向,必将在更大程度上释放科技人员的创新活力,让想干事、能干事、真干事的人干成事!”省农业科学院院长易中懿发出这样的感慨。在省农业科学院,一批年轻人开始“挑大梁”,同时积极探索与企业共建产业研究院等新型研发机构,组建跨学科、跨团队的创新联合体,并通过联合体“揭榜挂帅”,共同解决农业生产中急需的、紧迫的“卡脖子”技术。易中懿表示,会后将第一时间传达总书记的重要讲话精神,在院内深入推进科研组织方式、项目立项机制、成果与人才评价机制等方面的改革,进一步聚集创新资源,激发创新潜能,释放创新活力。

南京邮电大学教授赖文勇清楚地记得,在总书记提到“保障时间就是保护创新能力”时,整个会场掌声雷动。“总书记还提出做‘减法’,为科研松绑,真正地说到了我们的心坎上。”赖文勇说,过多不必要的评审评价等事务性工作挤占了科研人员有限的时间和精力,需要有好的机制去保障科研人员的时间投入。“值得高兴的是,我所在的单位在科研管理和财务管理等方面正在做探索和创新,通过配置科研助理,落实项目管理、经费报销等工作,将科研工作者的时间和精力解放出来,科研助理实现了岗位价值,科研工作者可以更加专注钻研,相得益彰。”

“我国教育是能够培养出大师来的”“让青年才俊像泉水一样奔涌而出”,南京航空航天大学科协秘书长刘双丽对总书记的话印象深刻。“高校作为科技工作者最集中的地方之一,应该进一步加强科协组织建设和能力建设。”她表示,围绕高校人才培养中心任务,南航科协将把高校科技工作者团结在党的周围,弘扬科学家精神,涵养优良学风,服务和引领青年科技工作者成长成才,鼓励他们勇挑重担,支持他们上大舞台,干大事业,为科技自立自强和建设科技强国而努力奋斗。

自觉履行高水平科技自立自强的使命担当

习近平总书记强调,国家实验室、国家科研机构、高水平研究型大学、科技领军企业都是国家战略科技力量的重要组成部分,要自觉履行高水平科技自立自强的使命担当。

“对科技企业来说,践行科技自立自强,就是要大力发展自主可控产品。”南京南瑞继保电气有限公司副总经理严伟表示,以他在的电力行业为例,近期研制成功了全面采用自主可控量产芯片和操作系统的电力保护控制装置和分散控制系统(DCS),从根本上消除电力安全的重大隐患,将我国电力基础设施国产自主可控工作推向崭新阶段。

“总书记强调要发挥高水平研究型大学的科技引领作用。对于融合医教研为一体的大学附属医院,如何大力发展研究型医院科技创新的领头羊地位值得我们思考。”南京医科大学第一附属医院主任医师、江苏省青联副主席吕凌说,研究型医院要以新医学知识、新医疗技术和新医学理念的追求为使命,在疾病的诊疗中不断进行范式转换,通过自主创新不断催生高水平研究成果转化为服务人民生命健康的产品。“我们将在这条道路上进一步弘扬老一辈科学家精神,抓住机遇迎难而上,为健康中国伟大事业奋勇前行。”

“总书记提到科技创新要服务国民经济的主战场,科技工作者要把论文写在祖国大地上,这对我们大学一线的科研工作者来说责无旁贷。我们的研究成果要么能上书架,要么能上货架。”苏州大学纳米科学技术研究所执行院长刘庄表示,自己所在的化学材料领域,在原创性研究上已经实现“并跑”,团队正在尝试把一些前沿的原创性成果进行转化应用,目前有了初步进展。“未来我们将扎扎实实地以十年磨一剑的态度来做原创性研究,进一步努力实现‘领跑’,并将这些成果充分应用于国计民生。”

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