貨運(yùn) 天地運(yùn)輸，穩(wěn)定可靠！詳解“天舟二號(hào)”的過(guò)人之處( 三 )
電源分系統(tǒng)是貨運(yùn)飛船翱翔宇宙的“動(dòng)力源泉”，太陽(yáng)電池翼暴露在艙外，蓄電池隱藏在艙體內(nèi)，兩部分配合為整船供電。
中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司八院承擔(dān)天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船電源分系統(tǒng)研制任務(wù)，八院試驗(yàn)隊(duì)電源分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師王振緒介紹：“‘天舟二號(hào)’太陽(yáng)電池翼主要有兩個(gè)功能，發(fā)電滿足整艘貨船的供電要求，同時(shí)給蓄電池充電。”
當(dāng)貨運(yùn)飛船逐漸進(jìn)入陰影區(qū)域，太陽(yáng)電池翼無(wú)法接收陽(yáng)光，貨運(yùn)飛船上的3組鋰離子蓄電池開(kāi)始為整船供電，直到太陽(yáng)電池翼進(jìn)入陽(yáng)光照射范圍供電、充電，電源系統(tǒng)進(jìn)入下一次循環(huán)。
“實(shí)際情況更復(fù)雜，‘天舟二號(hào)’與空間站核心艙對(duì)接后，可能會(huì)被核心艙遮擋。”王振緒介紹，太陽(yáng)電池翼會(huì)經(jīng)歷多次“進(jìn)影”和“出影”，如果長(zhǎng)時(shí)間充放電不均衡，電池壽命會(huì)減損，甚至沒(méi)辦法工作。
據(jù)科研人員測(cè)算，空間站在近地軌道繞地球一圈需要91分鐘，其中能接收光線照射的時(shí)長(zhǎng)約為54分鐘，太陽(yáng)電池翼每天要經(jīng)歷約16次明暗交替循環(huán)。“我們對(duì)產(chǎn)品有信心。”王振緒介紹，貨運(yùn)飛船太陽(yáng)電池翼技術(shù)成熟度高，產(chǎn)品散熱性能好，能抵御高低溫的循環(huán)沖擊；鋰離子蓄電池與核心艙采用相同方案，經(jīng)過(guò)至少10000次地面循環(huán)驗(yàn)證，能支撐貨運(yùn)飛船全壽命周期使用。
“我們優(yōu)化了太陽(yáng)電池翼的布局和蓄電池的充電控制策略，能適應(yīng)空間站建設(shè)中復(fù)雜的遮擋工況。”王振緒說(shuō)。
“如果太空垃圾擊中太陽(yáng)電池翼怎么辦？”采訪人員追問(wèn)。
“首先擊中概率小，其次即使被小的太空碎片擊中，太陽(yáng)電池翼的單個(gè)電池板是獨(dú)立運(yùn)行的，對(duì)整個(gè)電源分系統(tǒng)供電影響較小。”王振緒說(shuō)，團(tuán)隊(duì)有充分的信心迎接挑戰(zhàn)。
33次撞擊，從8噸到180噸
“兩個(gè)航天器在太空要連在一起，主要依靠對(duì)接機(jī)構(gòu)。”八院對(duì)接機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師丁立超介紹，捕獲、緩沖、剛性連接……對(duì)接機(jī)構(gòu)完成一系列規(guī)定動(dòng)作后，互相獨(dú)立的航天器才能連成一體，共同組成復(fù)雜的中國(guó)空間站。
空間站建設(shè)就像搭積木一樣，貨運(yùn)飛船、載人飛船、實(shí)驗(yàn)艙都要與核心艙對(duì)接，積木越壘越多，質(zhì)量不斷疊加。丁立超解釋?zhuān)骸皣嵨辉酱螅矒裟芰吭酱螅瑢?duì)接機(jī)構(gòu)要消耗的能量越大。”
“天舟一號(hào)”與“天宮二號(hào)”對(duì)接是13噸對(duì)8噸，首次在太空開(kāi)展相關(guān)技術(shù)驗(yàn)證；本次任務(wù)中，“天舟二號(hào)”要與22噸的空間站核心艙對(duì)接，后續(xù)還要和總重超過(guò)30噸的航天器組合體對(duì)接。
“天舟二號(hào)”做了一些適應(yīng)性改變，丁立超介紹：“所有改進(jìn)都要適應(yīng)核心艙。”
除了完成運(yùn)輸物資主線任務(wù)，“天舟二號(hào)”還承擔(dān)了多條支線任務(wù)，其中需要完成4次對(duì)接動(dòng)作，為空間站后續(xù)建設(shè)做技術(shù)驗(yàn)證。
貨運(yùn)飛船入軌后，按計(jì)劃8個(gè)多小時(shí)即可自主完成與核心艙的交會(huì)對(duì)接；航天員進(jìn)入核心艙后，要手控遙操作，在核心艙內(nèi)控制貨運(yùn)飛船完成對(duì)接動(dòng)作；貨運(yùn)飛船從后向?qū)雍诵呐摵螅€要調(diào)頭繞飛到前向，完成后續(xù)動(dòng)作，并配合核心艙機(jī)械臂進(jìn)行轉(zhuǎn)位試驗(yàn)。
“每多對(duì)接一次，風(fēng)險(xiǎn)就增加一次。”丁立超認(rèn)為，這也是貨運(yùn)飛船的使命，要為其他航天器升空做先期驗(yàn)證。
“我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室完成了33次捕獲緩沖試驗(yàn)。”八院805所對(duì)接機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師邱華勇介紹，8噸、22噸、74噸、180噸，產(chǎn)品對(duì)接能力穩(wěn)步通過(guò)地面驗(yàn)證。
“之前交會(huì)對(duì)接環(huán)節(jié)很多依靠地面干預(yù)。”于磊介紹，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船完成交會(huì)對(duì)接動(dòng)作主要依賴(lài)地面測(cè)控，“比如貨運(yùn)飛船發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī)，開(kāi)機(jī)時(shí)長(zhǎng)、開(kāi)機(jī)點(diǎn)位都要靠地面指令，測(cè)控人員壓力很大。”
在硬件條件不變的前提下，快速交互對(duì)接系統(tǒng)提前安排好入軌后的動(dòng)作時(shí)序，節(jié)省指令在天地間傳達(dá)的時(shí)間，也免去地面臨時(shí)注入程序的流程，貨運(yùn)飛船可及時(shí)找準(zhǔn)與空間站核心艙交會(huì)的切入點(diǎn)，于磊說(shuō)：“交會(huì)對(duì)接的速度更快了。”
最直觀的是，軟件性能提升后，交會(huì)對(duì)接階段地面飛控人員能從高度緊張的狀態(tài)中解放出來(lái)，于磊說(shuō)：“希望能讓飛控人員發(fā)揮所長(zhǎng)，完成更有挑戰(zhàn)性、創(chuàng)新性的工作。”
承重、防曬，給發(fā)動(dòng)機(jī)撐起“遮陽(yáng)傘”
天舟貨運(yùn)飛船可以簡(jiǎn)單分為貨物艙與推進(jìn)艙，貨物艙主要負(fù)責(zé)上行貨包，推進(jìn)艙為飛船提供動(dòng)力、為核心艙補(bǔ)加燃料。
天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船推進(jìn)艙有8個(gè)400升金屬膜片貯箱，其中4個(gè)裝燃燒劑、4個(gè)裝氧化劑，推進(jìn)劑滿載重量3.5噸左右。天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船任務(wù)就已成功對(duì)在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船在此基礎(chǔ)上，將在軌驗(yàn)證空間站核心艙前向推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)。
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