天舟九號成功發射!今年還將迎來兩款貨運飛船!
7月15日5時34分,搭載天舟九號貨運飛船的長征七號遙十運載火箭,在我國文昌航天發射場點火發射,隨後飛船進入預定軌道,飛船太陽能帆板按程序順利展開,這意味着本次發射取得圓滿成功。
從2017年天舟一號任務開始,到2025年的天舟九號,不知不覺我們已經有九艘貨運飛船入軌執行任務。從2021年天舟二號開始,平均一年接近發射兩艘貨運飛船,主要原因是我們的空間站進入建造階段和應用發展階段,爲了滿足航天員在軌長期工作和生活的需要,貨運飛船自然要做到“糧草先行”,爲神舟二十號和神舟二十一號乘組運送物資。
本次發射採用3小時快速交會對接方案,在8時52分左右與空間站組合體完成對接,進一步彰顯了我國在快速入軌、空間交會對接方面的成熟技術能力。
天舟貨運飛船發射畫面
(圖片來源:央廣網)
天舟貨運飛船與空間站對接計算機模擬畫面
(圖片來源:新華社)
天舟九號貨運飛船的基本情況
從建造批次上看,天舟九號是新一批次六艘飛船中的第四艘。這批新飛船主要服務於空間站應用和發展階段的任務需求,爲航天員送去更多急需的各類物資。這意味着,這批次貨運飛船與上一代相比有了較大的改進。比如貨物運輸能力有了一定提升,從6.9噸提升到7.4噸,總質量達到13.5噸,長度達到10.6米。
密封艙也比上一代有了比較大的改進。原來的貨物艙有一部分是非密封艙段,從天舟六號開始,原貨物艙的非密封艙段設備被轉移到了推進艙。這樣一來,貨物艙的內部空間有了較大的提升,有效裝載容積從18.1立方米提升到22.5立方米,成爲世界上運載能力最強的貨運飛船之一。
天舟貨運飛船的真實大小
(圖片來源:CCTV)
天舟九號是第一艘具備應急發射能力的天舟貨運飛船,具備在3個月內完成應急發射任務的能力。至此,我國的載人飛船、貨運飛船都具備應急發射的能力。
航天任務畢竟存在一定的風險,這就需要相關飛船具有應急發射能力。2024年6月,波音研發的“星際飛船”在進入軌道後發生推進器故障,導致航天員無法返回,波音未制定有效的應急發射預案,最終兩名宇航員在太空滯留近9個月後才返回。國際空間站也發生過貨運飛船故障,導致補給受到影響。
這些事件說明,航天活動具有不確定性,因此做好應急處置預案纔是重中之重。天舟九號曾作爲天舟八號任務的應急備份飛船,進一步說明天舟九號的各方面性能足夠可靠且成熟,在天舟八號任務結束後,仍然可以按計劃執行發射任務,爲空間站送去相關物資。
天舟貨運飛船
(圖片來源:中國載人航天工程網)
天舟九號的3小時快速交會對接模式也是該飛船的優異性能之一。從早期的2天完成對接,再到後來的6.5小時完成對接,我們逐步縮短了從發射到與空間站對接的時間。
當然,我們還有更短的2小時方案,只不過相比較而言,3小時模式對火箭入軌條件、測控精度要求較低,也能增強任務可靠性。3小時模式意味着,從貨物送出到空間站收到貨物,幾乎與我們去大型超市置辦物資的時間較爲接近,要知道這可是從地面送到數百公里高度的空間站。我們的航天員通過中繼衛星可以實時掌握貨物的運輸情況,實現對整個送貨過程全程追蹤。
本次運輸貨物的亮點
兩套新型艙外航天服備受關注。這次天舟九號將兩套全新的飛天艙外航天服送抵空間站,與之前的艙外航天服相比,在設計壽命上有了較大幅度的提升——從原來的3年15次,提升爲4年20次。這說明我們在自主研發艙外航天服方面,有了較大的進步。4年20次指航天服可在軌存儲4年,期間支持不少於20次出艙任務。其使用時間和任務頻次均明顯提高,關節活動壽命較上一代提升10餘倍。
空間站內貯存的飛天艙外服
(圖片來源:中國載人航天工程網)
事實上,艙外航天服使用一次就需要連續工作長達8小時以上,需要極高的可靠性才能在宇宙真空環境中保障航天員的生命安全。如果遇到故障發生,也要具備較好的維修性能,才能滿足在軌存儲4年等技術要求。
國際空間站曾發生過艙外行走時航天服手套部位撕裂事件。當時,航天員正在移動天線等一些外部硬件,一名航天員手套拇指附近出現一個小破洞,導致任務提前中斷並返回空間站。這說明艙外活動具有高度不確定性,而且連續工作時間較長,對航天服可靠性提出了極高的要求。
此次天舟九號任務中,航天食品更加豐富。貨艙內,爲航天員準備了品種更爲豐富的航天食品,新增菜餚類航天食品近30種,使得總數達到190餘種,將飛行食譜週期由7天延長到10天。據中國航天員中心航天營養與食品研究室的研究人員披露,早餐有粥、米糕、滷蛋、芒果汁等,午餐和晚餐品種更爲豐富,比如紅燴豬排、菘菜牛肉湯、什錦炒飯、魚香肉絲和宮保雞丁等菜品。
天舟九號貨運飛船內攜帶的航天食品
(圖片來源:CCTV)
空間站內還設置了一個“太空廚房”,航天員可以對食物進行加熱。有不少航天員喜歡喫刺激性的食物,一方面是因爲失重環境下會導致人的味覺和嗅覺發生變化,刺激性強的食物此時更能刺激食慾;另一方面是因爲有些航天員本身就喜歡偏辛辣的食物。
俗話說“民以食爲天”,豐富的航天食品也能緩解航天員長時間在軌飛行產生的心理壓力。我們的空間站雖然已有三艙佈局,活動空間較大,但要在這樣的封閉空間內工作生活近半年,對航天員的身體和心理確實是一種考驗。
科學實驗覆蓋面廣。據中國科學院空間應用工程與技術中心專家介紹,天舟九號上搭載了多種科學實驗材料,這些物資涉及空間生命科學與生物技術、空間材料科學、微重力流體物理與燃燒科學等領域共23項科學實驗。可以認爲,我們的空間站正在充分發揮空間實驗室的功能。
貨運飛船內的打包好的貨物
(圖片來源:中國載人航天工程網)
比如,前不久中國空間站開展了渦蟲生命科學實驗。這是一種擁有強大再生能力的扁形動物,具有5.2億年的進化史,由於其組織修復能力驚人,即便斷成兩截,仍然可以再生出新的組織。航天員在微重力環境下研究渦蟲,探索空間環境對渦蟲再生能力的影響具有重要意義。
在微重力物理科學領域,我國科學家藉助空間站這個平臺進行了多種新型材料的研究,加強多相流體流動與傳熱的應用研究,掌握空間晶體成核機制及生長規律,最大限度發掘空間站微重力環境的優勢,實現更廣的科學實驗覆蓋面。
近期空間站貨運領域將有哪些新發展?
天舟九號是新一批次六艘飛船中的第四艘,預計在明年還有天舟十號和十一號執行補給任務。目前,新的貨運平臺已在研發之中。
2023年,中國載人航天工程辦公室發佈了低成本貨物運輸系統總體方案徵集公告,輕舟貨運飛船方案和昊龍貨運航天飛機方案在競標中勝出,獲得工程飛行驗證階段合同。這意味着,近期我國將誕生兩種新型貨運平臺的驗證機。
輕舟貨運飛船由中國科學院微小衛星創新研究院研發,上行運力爲1.8噸以上,下行爲2噸,貨物艙的體積爲27立方米。雖然整體尺寸要小於天舟飛船,但是突出了低成本運營的思路,引入了商業航天的理念和技術手段,初樣飛船計劃在今年首飛!明年有望投入空間站貨物補給任務。
輕舟貨運飛船對接空間站的想象圖
(圖片來源:CCTV)
昊龍貨運航天飛機由中航工業成飛設計研究院研發,這是一種可重複使用的航天飛機,具備多次往返空間站能力,從而達到降低運輸成本的目的。採用航天飛機構型的昊龍具備在大氣層內飛行能力,因此其任務拓展能力較強,該平臺也計劃在今年實現首飛!
昊龍航天飛機對接空間站的想象圖
(圖片來源:中航工業)
所以,2025年對於空間站貨運領域而言是個蓬勃發展之年,新增兩款新型貨運平臺,既突出了低成本的商業運營思路,又拓展了潛在的任務範圍,爲空間站的後續發展奠定了基礎。
出品:科普中國
作者:川陀太空(科普創作者)
監製:中國科普博覽