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主题:【原创】天宫遨游 -- 心有戚戚
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注:本帖有补充
家园博客 【原创】取快递小哥

天舟货船专注上行能力,可达约7吨。除了送货,还要处理垃圾(再入焚烧)。另外一个功能就是作为推进舱,帮助天宫升轨。完成这些使命后,天舟就实现了它的价值。毕竟上行能力和下行能力两者有冲突,不可能都最大化,所以由天舟负责送货上门是最佳选择,作好“送快递(餐)大哥”就当之无愧了。

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那下行怎么办?神舟载人飞船仅可带少量重要物品回地球。以后天宫试验设备投入运营,有些产品需要带回地球进行深入的研究和加工处理,所以有切实的下行需求。为此载人航天办公室已于2021年初发布“关于征集‘面向空间站运营的低成本货物运输’方案设想的公告”,公告中明确提出300公斤级下行货运能力。至于上行能力运力,只需1至4吨。

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所以,“取快递小哥”的称号还是留给将来有下行能力的往返货运飞船吧。既然大哥叫“天舟”,小弟就姑且叫“天筏”。这里抛砖引玉地猜测一下,“天筏”估计有两种技术途径:

1. 神舟载人飞船的简化版、轨道舱换成可抛弃的对接口。为了降低成本,返回舱本身可复用。

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发射载具可以是长征6A火箭(下图最右侧),采用固体助推器和液体芯级,运力和价格适中。

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2. 返回式卫星的增强版。返回式卫星越做越大,下图中第四代是最近发射的实践8号和10号返回式卫星,返回能力可达250公斤。最右面的第五代最新型返回能力上升到500-600公斤,已接近神舟载人飞船了。

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下图是新一代返回式卫星的基本型(左)和和扩展型(右)。 和以前的窄头设计不同,新型返回式卫星采用大圆头,上部应该有空间放置对接口(如果可以用机械臂通过气闸舱转运货物,那么也不一定必须有对接口)。而且扩展型会装上太阳帆板,可长期在轨,也许是改成小型货船的预研。

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除了返回舱可复用,运载火箭也有可能用一级可回收的长征6X(下图显示无捆绑式助推器,一级可能有4个主发动机,而不是长征6A芯一级的2个):

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方案一较成熟,而方案二更便宜,各有千秋。当然大家集思广益,可能还有其它更好方案。目前还在竞标阶段,就看哪个方案胜出。

通宝推:mezhan,不如安静,尖石,风雪,桥上,
帖:4625065 复 4609405
以下是 作者 对本帖的 补充 (2)
2021-06-01 01:38:43
还有一个选项

就是充气柔性返回舱。2020年5月由长5B遥1火箭附带进行实验,可惜没有最后成功。

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不过也没有下马,而是被纳入国家规划了,继续进行新一代研发。这说明实验虽然归零但还是有收获(如果是阿三就会说90%成功),但愿最后能成。

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即使载货有限制,充气柔性返回舱仍不失为一个廉价的货物下行选项,至少能成为往返货船的补充。

通宝推:狂草舞茅,
帖:4625404 补 4625065
2021-06-05 14:09:32
一些细化计算

方案一:比起载人神舟飞船,货运简化版去掉轨道舱、瘦身服务舱、无需逃逸火箭,这样发射重量可减少三分之一到一半,用长征6A火箭发射绰绰有余。

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方案二:第四代实践八号返回式卫星,返回有效载荷为260公斤,不返回的搭载实验有效载荷300公斤,加起来560公斤。而第五代新型返回式卫星的返回有效载荷为600公斤。如果按照比例增加,总上行载荷可达1300公斤。即使不返回的有效载荷还是300公斤,加起来也有900公斤,和1吨的上行要求已经相差无几。

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有说法新型返回式卫星的头锥是着陆缓冲模块(类似弹簧吊着下面)。和新型载人飞船一样,缓冲机构可改成气囊缓冲,这样上面可改成对接口。即使没有对接口,也可以用天和核心舱上的大机械臂捕获固定,用实验舱上的小机械臂通过气闸舱转送货物。

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新型返回式卫星的发射质量还是3吨半到4吨之间,用长征2号火箭就可发射。长征6X的光杆版一级有两台YF-100发动机和两台YF-115发动机。起飞推力达2*122+2*18=280吨,和长征2号火箭的起飞推力300吨差不多。考虑到CZ-6X的高压补燃循环火箭发动机的比冲较高,在一级不复用的条件下,可将4吨左右的往返货运小飞船发射入轨。而在复用条件下,长征6X的700公里太阳同步轨道运力1.5吨。而近地轨道的运力算下来大概是2.5吨。所以,光杆型长征6X可复用运力的确还差些,但是绑上2个6A上的固体助推器,运力肯定是足够了。而固体助推器可水面上用降落伞回收,这样成本增加并不多。

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帖:4626774 补 4625065
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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帖:4625082 复 4609405
家园博客 货运飞船里的货物要卸货吗?

心大,看货舱的示意图感觉里面堆满了货物,这些货物需要卸运到主舱吗,还是作为直接作为仓库存放?

如果卸货的话,是需要宇航员进去取还是自动分拣输送?示意图好像没看到有人通过的巷道设计。

帖:4625227 复 4625082
帖:4625442 复 4625404
家园博客 需要”签收“

宇航员首先要打开天舟货船舱门,然后分批将所有货物搬到天和核心舱。对接口有80厘米通道,人员货物都是从此通过。太空搬东西比较省力:这头一个人,那头一个人,箱包气罐等略微推一下就慢慢飞过来了。将来如果有大件货物,比如实验柜,则要走实验舱上的专用气闸舱。

天舟货船还是航天员的“垃圾箱”,不过所有垃圾都要打包,固定好放到天舟货船里。处理垃圾的方式是再入焚烧。

通宝推:风雪,住在乡下,
帖:4625617 复 4625227
帖:4625907 复 4619894
家园博客 刚刚看到这句“LHT100霍尔电推力器”

心里就咯噔一跳。。。

这洋名起的,我心想“坏了,这么重要的部件,不会是外国生产我们进口的吧?”

于是去查了一下。。。

中国航天科技集团公司五院510所研制的LHT-100霍尔电推进正样系统地面点火联试取得成功,该系统将应用于我国相关卫星开展飞行试验。

啊,放心了放心了

通宝推:心有戚戚,
帖:4625924 复 4609405
家园博客 圆轨道的能量公式

势能:Ep=-GMm/r

动能:Ek=GMm/2r

分母相差一倍。

帖:4625967 复 4625907
帖:4626221 复 4625924
家园博客 动图来袭

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外链图片需谨慎,可能会被源头改

这家伙体积不小,收拢的直径有1米不到,充气后成了一个3米的大蘑菇。

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充气柔性返回舱可以装在天舟货运飞船的外部,尾部和货船里面连通。装好下行货物时,可将尾部的气密门关闭,同时关上货船上的气密门。分离后用小火箭推离轨道,返回地面。

通宝推:ton,nettman,
帖:4626771 复 4625442
注:本帖有补充
家园博客 【整理】神舟五年再出发

2021年6月9日,神舟十二号载人飞船与长征二号F遥十二运载火箭组合体在中国酒泉卫星发射中心完成组装测试:

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垂直转运至发射区:

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在勤务塔完成最后测试和推进剂加注:

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神舟十二号预计在6月17日发射,将与天宫对接。3名航天员应该是:聂海胜, 刘伯明, 汤鸿波。他们计划为期3个月的在轨驻留工作。

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虽然总体构型保持不变,但神舟十二号的大脑即“制导、导航与控制系统”(GNC)却是升级版,和天舟货运飞船上的一致。通过控制飞船姿态和轨道,可进行和天宫的6.5小时快速对接。

通宝推:狂草舞茅,三笑,外俗内正,唐家山,mezhan,ton,pattern,梓童,胶州大白菜,桥上,nettman,真历啊,迷惑不解,
帖:4628342 复 4609405
以下是 作者 对本帖的 补充 (2)
2021-06-14 11:36:41
6月17日

早上9:20左右发射(此时天宫过顶,是快速对接的发射窗口),有直播、尽请关注。

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通宝推:住在乡下,愚弟,桥上,
帖:4630163 补 4628342
2021-06-17 00:24:20
【整理】发射对接一气呵成

长征2F遥12火箭先将神舟12号送入近地点200公里,远地点348公里,倾角41.3度,周期90分钟的轨道。

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之后的三圈里,神舟用自带火箭发动机依次在近地点和远地点升轨(共六次),用5个小时不到的时间超过天宫,再回过头“拦截”与之前向接口对接。由于天宫的质量大大超过神舟,所以为了防止被撞飞,对接装置特地调节了阻尼系数。快速自动对接耗时约6个半小时,比之前的两三天缩短约10倍,对航天员绝对是福音。

通宝推:唐家山,
帖:4631485 补 4628342
家园博客 这火箭看着就舒服,修长挺拔简洁明快,是个帅哥

帖:4628763 复 4628342
家园博客 聂海胜第三次遨游太空

羡慕。

2005年,第一次搭乘神舟六号遨游太空;2013年,搭乘神舟十号与天宫一号对接,还有大美女王亚平陪伴。

聂海胜今年已经57岁了,看来,宇航员也不是体力活嘛。

通宝推:心有戚戚,
帖:4628877 复 4628342
帖内引用
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