本報(bào)記者 章文 張蕾
《光明日?qǐng)?bào)》( 2021年09月22日 08版)
9月20日下午，伴隨著一陣山呼海嘯般的巨響，長(zhǎng)征七號(hào)遙四運(yùn)載火箭托舉著天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船成功發(fā)射升空。距天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船發(fā)射3個(gè)多月后，天舟“兄弟”再次出征，為天和核心艙送上第二件“包裹”，也是一份中秋“大禮包”，這份禮包將為后續(xù)空間站航天員補(bǔ)給工作生活所需的各類(lèi)物資。
天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船帶了哪些貨
天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船的主要任務(wù)是為空間站運(yùn)輸、存貯貨物，運(yùn)輸、補(bǔ)加推進(jìn)劑，收集、存放廢棄物并帶回大氣層銷(xiāo)毀，天舟三號(hào)此行也不例外。天舟三號(hào)任務(wù)是空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證及建造階段的第二次貨物運(yùn)輸應(yīng)用性飛行，貨運(yùn)飛船為滿(mǎn)載狀態(tài)，除了運(yùn)載可支持3名航天員6個(gè)月的在軌駐留物資、空間站備份設(shè)備、空間科學(xué)載荷等貨物，攜帶補(bǔ)加推進(jìn)劑等上行物資，還具備停靠期間并網(wǎng)供電能力，可以為空間站提供電力支持。
“天舟三號(hào)攜帶的貨物主要包括航天員生活物資、航天飲水、氣體補(bǔ)給、衛(wèi)生用品、應(yīng)急儲(chǔ)備物資、出艙消耗品、維修備件和實(shí)驗(yàn)載荷等，與天舟二號(hào)基本一致。”航天科技集團(tuán)五院天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船總指揮馮永介紹。其中，氣瓶由特種復(fù)合材料制成，可以充至300倍大氣壓力，這樣1瓶氧氣就能供航天員很長(zhǎng)時(shí)間使用；水箱則用輕質(zhì)、柔軟材料制成的水囊包裝，不僅可以保證飲水安全，還可以在飲水用盡后更好地收納。
在天舟三號(hào)攜帶的貨物里，最貴重的要數(shù)艙外航天服了。它的主要功能是在太空中為航天員供氧、調(diào)溫、防輻射等。據(jù)悉，這套裝備重達(dá)90多公斤，價(jià)格也相當(dāng)昂貴，超過(guò)8位數(shù)。另?yè)?jù)航天五院的專(zhuān)家介紹，貨運(yùn)飛船系統(tǒng)為了上行運(yùn)輸這套裝備，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了艙外航天服支架，就是為了保證在運(yùn)輸過(guò)程中不會(huì)損壞“一針一線(xiàn)”。
除了這些特殊貨物，天舟三號(hào)隨身攜帶的其他貨物都采用標(biāo)準(zhǔn)化、型譜化的貨包裝載。這些貨包不僅具備良好的力學(xué)承載性能，還能抗菌、防霉、阻燃、避免有害氣體揮發(fā)。“我們的靈感其實(shí)來(lái)源于螃蟹殼。經(jīng)過(guò)大量探索和試驗(yàn)，從‘橫行將軍’的殼里提取出一種特有成分，經(jīng)過(guò)特殊工藝制作，從而研發(fā)出性能優(yōu)異的天舟貨包材料。”航天科技集團(tuán)五院貨運(yùn)飛船系統(tǒng)總體主管設(shè)計(jì)師王冉透露。
在貨物裝載方面，天舟三號(hào)充分吸收天舟二號(hào)的經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)行了持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)。據(jù)航天科技集團(tuán)五院天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船系統(tǒng)總體主任設(shè)計(jì)師楊勝介紹，相比天舟二號(hào)，天舟三號(hào)裝載貨物的密度更大，在發(fā)射場(chǎng)安裝貨物的效率更高。“此外，天舟三號(hào)運(yùn)載的物資要滿(mǎn)足航天員6個(gè)月的需求，因此它的整船裝載能力更高，裝載的貨包數(shù)量比天舟二號(hào)增加了25%，而且經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)等‘精裝修’，貨格的‘外墻面’非常美觀，給航天員提供了更加舒適的環(huán)境。”
“天眼”護(hù)“天舟”， 中國(guó)航天科工確保飛行任務(wù)“看得見(jiàn)、聽(tīng)得清”
天舟三號(hào)升空，位于海南文昌發(fā)射場(chǎng)的兩部固定式脈沖測(cè)量雷達(dá)，是觀測(cè)的第一雙“眼”。這兩部由中國(guó)航天科工二院23所研制的測(cè)量雷達(dá)，主要用于運(yùn)載火箭發(fā)射上升段的外彈道測(cè)量，為發(fā)射場(chǎng)指控中心實(shí)時(shí)提供火箭距離、方位、俯仰等精確坐標(biāo)信息和徑向速度數(shù)據(jù)，一旦火箭飛行出現(xiàn)偏移軌道的狀況，即刻就能發(fā)現(xiàn)。點(diǎn)火后的數(shù)分鐘內(nèi)，雷達(dá)屏幕上一個(gè)小點(diǎn)跳動(dòng)閃耀，畫(huà)出線(xiàn)條，記錄天舟三號(hào)平穩(wěn)奔向大氣層。
飛船在發(fā)射和飛行過(guò)程中溫度變化大、機(jī)械沖擊大，加上太空環(huán)境復(fù)雜，這意味著對(duì)晶體元器件的可靠性和穩(wěn)定性的要求非常高。為確保航天飛行任務(wù)能夠“看得見(jiàn)、聽(tīng)得清”，專(zhuān)家表示，二院203所研制了一系列優(yōu)質(zhì)晶體元器件產(chǎn)品。作為空間站任務(wù)的關(guān)鍵部件，晶體元器件利用石英晶體的壓電效應(yīng)和頻率特性，像脈搏一樣不停跳動(dòng)，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號(hào)，為運(yùn)載火箭的發(fā)射、測(cè)控、通信以及飛船在軌飛行、交會(huì)對(duì)接、返回地面等過(guò)程提供了穩(wěn)定的時(shí)間頻率基準(zhǔn)，保障飛行狀態(tài)全程可控。此外，三院33所研制的石英撓性加速度計(jì)還能在太空微重力環(huán)境下提供精準(zhǔn)的加速度測(cè)量，幫助飛行器精準(zhǔn)調(diào)姿。
中國(guó)電科搭建天地“高速公路”，全流程“物流”監(jiān)控
上天無(wú)小事，安全可靠是第一要?jiǎng)?wù)。為搭建的天地信息傳輸“高速公路”，中國(guó)電科針對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)進(jìn)行了全新升級(jí)：在多地新建了衛(wèi)通站，并對(duì)現(xiàn)有衛(wèi)星通信設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，用自主研制生產(chǎn)的大功率功放和高速調(diào)制解調(diào)器，大幅提升了衛(wèi)通站的傳輸能力，增強(qiáng)了對(duì)任務(wù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋Ｕ稀?/p>
太陽(yáng)電池陣作為航天飛行器的飛行“翅膀”，能量充沛、安全穩(wěn)定是核心。針對(duì)天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船的“大體格”，中國(guó)電科采用了國(guó)內(nèi)獨(dú)創(chuàng)的半剛性太陽(yáng)電池陣技術(shù)，創(chuàng)新研發(fā)了太陽(yáng)電池陣組裝技術(shù)，不僅大幅提高了性能，還降低了太陽(yáng)電池陣的工作溫度。
在運(yùn)送過(guò)程中，為了實(shí)時(shí)監(jiān)控“快遞員”的運(yùn)送軌跡，中國(guó)電科為火箭發(fā)射、飛行器入軌、交會(huì)對(duì)接等全過(guò)程，提供了多種類(lèi)的核心器件——
火箭發(fā)射的“安全鎖”——安控系統(tǒng)和遙測(cè)雷達(dá)。火箭在發(fā)射階段具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，也直接關(guān)系到整個(gè)航天發(fā)射過(guò)程的成敗。中國(guó)電科研制的地面安全遙控系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“安控系統(tǒng)”)和遙測(cè)雷達(dá)就猶如給火箭發(fā)射增添“安全鎖”，確保發(fā)射萬(wàn)無(wú)一失。一旦飛行出現(xiàn)異常，安控設(shè)備將通過(guò)發(fā)送特殊指令啟動(dòng)自毀裝置，最大程度避免火箭墜地造成的危害。專(zhuān)家介紹，中國(guó)電科研制的雷達(dá)遙測(cè)綜合測(cè)量系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)首部大口徑雷達(dá)遙測(cè)一體化系統(tǒng)，該雷達(dá)突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，技術(shù)水平國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。
牽送入軌的“風(fēng)箏線(xiàn)”——通信測(cè)控系統(tǒng)。在運(yùn)載火箭送飛行器入軌的過(guò)程中，多型號(hào)統(tǒng)一測(cè)控系統(tǒng)、遙測(cè)系統(tǒng)、系列測(cè)控通信設(shè)備，編織成高效可靠的“空—地信息高速公路網(wǎng)”，通過(guò)接收和發(fā)送指令，精確測(cè)量火箭和飛行器的速度、距離、飛行姿態(tài)和角度，為火箭發(fā)射和天舟三號(hào)成功入軌提供精確數(shù)據(jù)，控制飛行器按照預(yù)定軌跡飛行。
交會(huì)對(duì)接的“智慧眼”——計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。中國(guó)電科配備的三維綜合立體顯示系統(tǒng)，可通過(guò)三維可視化技術(shù)，在交會(huì)對(duì)接過(guò)程中展示實(shí)際任務(wù)的整體流程和實(shí)時(shí)場(chǎng)景，使任務(wù)過(guò)程更加直觀可控，方便地面指揮中心對(duì)在軌飛行及交會(huì)對(duì)接進(jìn)行控制，為任務(wù)執(zhí)行提供有效依據(jù)。