我们中国现役的货运飞船是天舟货运飞船,单次最多可以携带超过7吨的物资去中国空间站,最快的一次交会对接是天舟五号货运飞船,当时这艘飞船发射升空后只飞行了2小时,就成功对接到中国空间站了。
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美国、俄罗斯也有类似的货运飞船给国际空间站补给物资,不同他们的货运飞船和我们的还是存在很大的差距。比如说俄罗斯的进步系列货运飞船最多可以搭载超过2.5吨的物资去国际空间站,美国的货运龙飞船的运载能力也大概是3吨左右。
除了运载能力差距比较大外,我们的货运飞船对接中国空间站也是非常快的,而美国、俄罗斯的货运飞船对接时间就相对比较长。其中美国的货运龙飞船对接国际空间站的过程耗时38小时45分钟,而俄罗斯的进步号货运飞船对接国际空间站更是接近50个小时。
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例如在2024年3月22日4时55分,美国发射了一艘货运龙飞船去国际空间站,在飞行了大约38小时45分钟后,这艘飞船在2024年3月23日19时30分才抵达国际空间站完成交会对接。这次补给任务给国际空间站带去超过2.7吨的物资。
2026年3月22日,俄罗斯发射了一艘进步MS-33货运飞船,当时这艘飞船入轨后,一根“航向”天线没法正常打开,导致这一次对接任务调整为手动交会对接。这艘飞船飞行了差不多50个小时才和国际空间站完成交会对接。
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我国的天舟货运飞船已经发射了好几艘,交会对接的时间也有长短,自从我们的空间站开始建设以来,天舟货运飞船曾经使用过2小时、3小时和6.5小时快速交会对接方案,其中天舟五号货运飞船是最快的一次,飞行了2小时就完成和中国空间站的交会对接。
后续的一些飞行任务主要采用稍微慢一些的3小时快速交会对接。例如当前正在中国空间站补给的天舟九号货运飞船就是采用3小时的快速交会对接的方案。虽然3小时快速交会对接呀要比天舟五号货运飞船2小时快速交会对接慢了差不多1个小时,但是整体来说还是非常快了。要知道,美国、俄罗斯的货运飞船对接时间需要一两天时间。
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既然天舟五号货运飞船曾经实现了2小时的快速交会对接,为什么后续的货运飞船没有继续采用这么快的快速交会对接的方案呢?
在货运飞船、载人飞船发射升空之前,空间站组合体本身就以极快的速度环绕地球飞行,速度接近7.8公里每秒,也就是说1秒钟就可以飞行7.8公里。当飞船发射升空后,需要快速进入轨道,然后追上空间站组合体从而实现快速交会对接。
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这本身就是非常困难的事情,对飞船的发射时间窗口精度要求相当高,需要做到分秒不差,哪怕只是稍微晚点火1秒钟,或者早1秒钟,都会和空间站组合体的距离非常远。
除此之外,对火箭的入轨精度也是提出极高的要求,试想一下,如果飞船准时发射升空,但是火箭入轨精度不够高的话,飞船需要进行多次变轨才能来到空间站组合体附近,那就需要很长时间了。
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天舟五号货运飞船能够实现这么快的交会对接,是科学家们优化了飞船交会对接过程中的控制制导策略,减少环绕地球飞行的圈数,将远距离导引过程由多圈次压缩为不到一圈,将多次变轨压缩为两次综合机动。
众所周知,每次环绕地球飞行1圈大约需要1.5小时,飞行少一圈就少一个半小时,在进行了制导策略的优化后,天舟五号货运飞船在这个阶段所需的时间从之前的4个多小时,缩短到了1个小时左右。
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除此之外,科学家们还减少了天舟五号货运飞船在近距离自主控制阶段用以确认状态的停泊点。之前的飞船有5公里、200米多个停泊点,但是天舟五号货运飞船直接取消了一系列的停泊点,直接奔着最终指定位置400米去。在这方面也会大幅度缩短时间。
虽然天舟五号货运飞船实现了2小时的快速交会对接的方案,创下了世界纪录,但是后来的天舟货运飞船以及我们的神舟载人飞船都没有采用这么快的快速交会对接的方案。
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这是因为天舟五号货运飞船想要实现2小时的快速交会对接,对各方面的要求都是非常苛刻的。并不是说我们的技术没法“复制”2小时的快速交会对接,实际上3小时的快速交会对接的方案也合适,很完美地兼顾了快速以及可靠性、安全性等各方面。就算是3小时的快速交会对接,实际上也是处于世界领先的地位了。
飞船和空间站交会对接的时间越短,肯定是越好的。以货运飞船为例,货运飞船内除了携带推进剂、食物、水这些物资外,还有一些科学载荷,比如说一些生物试验材料。有一些试验材料的时效性比较强,需要快速送到空间站上开展研究。如果在飞行过程中所需的时间比较长的话,可能会影响到试验的效果。
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在载人飞船方面,交会对接的速度也是非常重要的。因为飞船返回舱内部空间不大,航天员在发射升空的时候要穿着舱内航天服,固定在座椅上。如果交会对接需要的时间比较长的话,那航天员就要长时间处于这样的状态,体验感肯定不会很好。如果飞船发射升空几个小时就到达中国空间站的话,那航天员的体验感相对来说就比较好。
而且,长时间在狭小的飞船内,当航天员到达空间站后会比较疲惫,没法快速投入到工作中。所以载人飞船快速交会对接,对航天员来说除了体验感更好外,也有助于他们快速投入到工作中。
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还有一个很重要的,那就是如果需要执行紧急救援任务的话,救援飞船发射升空需要飞行很长时间才能到空间站的话,空间站内的航天员面临的风险就比较高。飞船可以尽快到达空间站,航天员就更加安全。
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