本文作者——孔新|环球时报武器航天特约撰稿人
力箭二号在酒泉卫星发射中心首发成功,它最重要的载荷就是轻舟货运飞船了。中国科学院有关单位宣布,轻舟飞船以及搭载的其他卫星准确进入预定轨道。发射任务取得了圆满成功。
轻舟飞船是中国科学院下属微小卫星创新研究院为中国空间站研制的货运飞船。和正在使用的天舟货运飞船相比,轻舟飞船的运行模式是不一样的,这是中国载人航天向商业化迈出的探索一步。空间站运营单位利用市场采购的模式,向微小卫星创新院采购空间站的货运服务,把宇航员需要的给养、耗材、科学仪器等物资送上空间站,把宇航员生活工作所产生的垃圾带回地球大气层销毁。载人航天管理部门基本上不介入研制过程,仅仅在关键的节点实施验收工作,这样可以简化货运飞行的组织过程,降低管理成本,也丰富了中国空间站的补给手段。
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(用来发射轻舟的力箭二号)
但是这次轻舟飞船进入轨道后,并没有前往中国空间站实施对接。而是打算在自己的轨道上进行一些科研工作。既然是货运飞船,为什么不去想办法对接呢。这是载人航天科研活动中一个必要的过程。和承担空间站主要研制工作的中国空间技术研究院不一样,中科院微小卫星创新研究院,和另一种载人货运飞船昊龙的研制部门成都飞机公司,都是第1次从事载人航天器的研制。他们的飞行器本身还有相当多的科目要在太空当中独自进行测试,比如飞船的姿态和轨道控制能力,以及飞船的气密性、抗辐射能力。在与天宫正式对接之前,这些工作都要完成并且通过验收。在证明了自己的姿态和轨道控制能力之后,轻舟飞船才能得到允许接近中国空间站,并且尝试对接。
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(轻舟飞船的模型)
在新闻报道中,我们可以注意到,中国科学院有关单位采用了精确入轨这样的说法。入轨的精度越高,就越能够准确快速地接近空间站,调整姿态和轨道所消耗的燃料和时间就越少。这是本次飞行的主要任务,看来已经取得了成功。
空间站所使用的异边同构对接口是标准化的,无论是哪一家单位承接货运飞船的研制,都必须满足对接口的机械和电气界面要求。这项工作首先要在地面上进行测试。
为了确保中国空间站的运行安全,载人航天工程管理办公室实际上订购了两套一模一样的空间站设施。一套在轨道上运行,一套在地面上用于故障分析和技术研究。那么货运飞船要想得到在空间对接的许可,必须先和这套留守空间站进行对接试验。
另外,研制单位可能还要开展一些货运服务之外的科研活动。根据报道,轻舟飞船将在200千~600千米轨道高度上进行一系列科学实验。这与中国空间站400千米的轨道高度是不一致的。轻舟所携带的也不仅仅是补给物资的配重,还有技术储备、在轨验证、科学探索,甚至科普作品等27个项目。也就是说,有一批奇葩航天项目借助这次轻舟飞船的飞行,搭车进行了实验。
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(准备发射的轻舟)
那么轻舟飞船什么时候才能够和空间站对接呢?根据中科院发布的消息,本次发射的轻舟属于初样船,它的研制阶段和神舟一号飞船比较相似,主要是考察飞船的基础设计和基本结构。下一艘轻舟就是正样船,就是配备了所有的分系统,包括电子电气、生命保障、通信测控等分系统,技术状态和今后将要正式批量化生产的型号基本一样,这艘正样船就要尝试和中国空间站对接了。
至于对接方案,目前有关单位还没有公布。是和神舟飞船或者天舟飞船采用同样的自主交会对接方案,还是类似于马斯克的龙飞船那样,接近空间站之后用机械手抓持送往对接口。如果考虑尽量降低成本,那么用机械手抓持的方案比较有利。这样可以省去复杂的光电和雷达对接系统,对姿态控制和机动的要求也可以放宽一些。
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(轻舟飞船大概率对接在空间站前方)
但是如果考虑能够适应更复杂的对接场景,也可以考虑自主交会对接方案。那样不但需要配备相应的设备,还需要空间站把正前方的对接口腾出来,准备接待轻舟。到位之后考虑用机械臂夹持到其他对接口上。
从目前流传的一些消息看,轻舟飞船大概率采用后一种对接方式。这也体现了中美两国载人航天设计思路的不同。
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