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主题:【原创】天宫遨游 -- 心有戚戚
家园博客 【原创】送快递大哥

2021年5月29日,天舟二号货运飞船顺利从海南文昌航天发射场升空,并于30日凌晨与天和核心舱精准完成自动交会对接。网上普遍称天舟二号为“快递小哥”,实际上是当之无愧的“送快递大哥”。此次任务携带物资总重高达6.8吨,包括2吨的推进剂和4.8吨货包(160余件,每件平均30公斤),比货船自身(含一吨多自用推进剂)还要重一点,载货比超过50%。“取快递小哥”的称号还是留给将来的下行能力超过300公斤的往返货运飞船吧。

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我国天基测控系统圆满完成天舟二号发射、入轨及于天和核心舱交会对接段测控任务,顺利进入到首次执行空间站组合体的飞行测控任务状态中。除了用天基测控,天舟二号货运飞船和天和核心舱对接还用了北斗系统卫星定位。

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火箭发射后,“天链二号”01星按计划分别与火箭、货运飞船建立数据传输链路,实时稳定向北京航天飞行控制中心和文昌航天发射场发送目标数据。天舟二号顺利入轨后,“天链一号”03星、04星,“天链二号”01星三星组网,对天和核心舱、天舟二号货运飞船提供双目标天基测控与数据中继支持。下面示意图中飞船和核心舱各自的高增益天线朝向地球同步轨道上的天链中继卫星,上传数据和目标对方影像。北京航天控制中心监视整个过程,一旦出现大问题可终止自动对接,改用备份机械臂(此时已经“爬”到天和尾部待命)。

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天舟二号快递大哥很忙,后向对接不够,还要试验前向对接。天和核心舱的前后各一个有推进剂补加功能的轴向对接口,天舟货船平时用后向对接口,前向作备份。

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以后天宫二期的扩展,天和核心舱I的前轴向对接口会和天和核心舱II的后轴向对接口连接。此时,天舟货船仍然在天和核心舱I的后轴向对接口接驳,补加的推进剂可以通过天和核心舱I的前轴向对接口管路转送到天和核心舱II的储罐中。

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将来载人飞船一般情况下都在前面和天和核心舱对接,优先次序是先轴向、后径向。也就是说只有在轴向对接口有飞船时,才会使用径向对接口。这样可以利用轴向飞船上的姿控发动机对径向冲击作更有效的补偿。此次为了验证径向对接技术,天舟二号货船COPLAY了神舟载人飞船的角色。以后,前面的轴向和径向两个对接口都将主要留给神舟载人飞船。所以天舟二号再入大气层后,神舟14号载人飞船会轴向对接于节点舱,然后神舟15号会径向对接(两个实验舱都会在此时相继发射,与天和核心舱在轴向临时对接,再转移到两侧的永久停泊口),神舟16再轴向对接…周而复始。

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和下图中俄罗斯进步号将补加推进剂储箱和自用推进剂储箱分开的设计不同,天舟货船的推进剂储箱是通用的。天舟二号可带推进剂为3.5吨,2吨补加给天和。自己升轨对接和再入用掉约0.5吨,还有0.5吨左右可用于绕飞对接推进剂补加试验。剩下的差不多半吨还可为天宫组合体升轨使用(即天舟二号起到推进舱的作用)。常规任务中,取决于太阳活动引起的大气阻力波动和任务需要,天舟货船会将0.5吨-2.5吨的推进剂补加给天和核心舱,而用剩下的2.5吨-0.5吨的推进剂用于为组合体升轨。相比于进步号的储箱分开的设计,天舟货船对补加和自用推进剂一体化的管理更加灵活、继承了TG杜绝任何浪费的传统。

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上图进步号货舱里装的气罐较多,这次天舟二号也带了5组20个气瓶上去,看起来和普通的氧气瓶很像,但每个瓶体用复合材料制成,设计可承受30兆帕压力。这5种气体有氧气、空气、氮气,二氧化碳(用来灭火),还有霍尔效应电推力器所用的氙气。

将来载人月球任务中会有环月轨道空间站作为月球基地的中继站,天舟货运飞船还可以承担深空补给任务。如果载具是长征5号火箭,由于其地月转移轨道运力不到10吨,天舟要为嫦娥瘦身近4吨。估计会少带推进剂,去掉一些储罐的重量和体积,货舱的长度再短一点,这样就差不多够了(如果4个490N轨控发动机可减少一半或用1个大点的发动机,则还可减重)。

太空送快递真不易,天舟大哥你辛苦了!

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