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“3、2、1,启动!”

1月17日晚,长征七号火箭托举着天舟七号货运飞船在人们期待的目光中升空,向中国空间站传送2024年的“新年太空礼物”。

天舟七号“太空快递”与长征七号“火箭专列”老搭档有何新的升级?来自地球家园的“新年礼物”都有哪些呢?2024年我国载人航天工程的首次发射有很多看点。

“火箭专列”再送“天舟”赴“天宫”

长征七号运载火箭是为满足中国空间站工程发射货运飞船而研制的新一代中型运载火箭,近地轨道运载能力达14吨,被人们亲切称为空间站的“火箭专列”。

2017年4月20日,长征七号运载火箭成功发射天舟一号货运飞船,本次任务已是它第七次与“老搭档”天舟货运飞船一起奔赴太空。

长征七号运载火箭在研制过程中,是按载人火箭的可靠性标准设计的。“每发长征七号运载火箭*大特色就在于‘稳’。”航天科技集团一院长征七号运载火箭发射队队员周宁说。

一般卫星发射入轨后即使位置略有偏差也可再慢慢调整,而天舟货运飞船要与以每秒7.8公里高速运行的中国空间站进行对接,入轨精度与可靠性同等重要。为此,长征七号运载火箭通过迭代制导控制,二子级火箭将能根据实际情况随时修正航向,将天舟货运飞船送到设定位置。

未来几年,长征七号运载火箭将继续执行空间站货运飞船发射任务,以每年1至2次的发射频率为我国空间站正常运转提供物资保障。航天科技集团一院长征七号运载火箭发射队队员邵业涛介绍,长征七号运载火箭正开展5.2米整流罩的研制工作,将提高载荷适应范围,充分发挥火箭能力。

1月15日,长征七号遥八运载火箭与天舟七号货运飞船组合体垂直转运至发射区。新华社发(胡煦劼 摄)

“太空快递”开启“送货”新模式

对空间站“送货”可谓是难度极大,就像是在茫茫太空中“穿针引线”。这一过程被形象地称为“太空牵手”,要求速度快、稳定性好。这次天舟七号货运飞船采用了3小时快速交会对接方案,比起常规的6.5小时快速交会对接方案,对接时间进一步缩短。

从6.5小时缩短到3小时,这样的时间节省离不开高效的指挥。航天科技集团五院研制的飞船制导导航与控制(GNC)系统就像飞船的“领航员”,帮助飞船在太空中航行。

据悉,这次任务通过调整飞船的飞行轨迹,缩短了天舟货运飞船与空间站的远距离导引段一个圈次,减少了约1.5小时的时间。在近距离导引段,由于技术逐渐成熟,飞船减少了“走走停停”的过程,减少了约2小时的时间。

“这次3小时快速交会对接方案是根据综合火箭系统和空间站系统的相关要求提出的全新对接方式。”航天科技集团五院专家李智勇告诉记者,这个方案更加灵活,适用范围更广,进一步提高了货运飞船自主交会对接能力,丰富了交会对接模式,也推动了我国空间交会对接技术的发展。

经过大幅度修改,1月17日22时27分,我国在文昌航天发射场点火发射了搭载天舟七号货运飞船的长征七号遥八运载火箭。大约10分钟后,飞船与火箭成功分离并进入预定轨道,随后飞船的太阳能帆板成功展开,整个发射过程取得了圆满的成功。摄影师刘金海在新华社拍摄了这些精彩瞬间。

“新年礼包”中的货物多达260余件

天舟七号货运飞船是世界现役货物运输能力*大、货运效率*高、在轨支持能力*全的货运飞船,由航天科技集团五院抓总研制。作为今年我国载人航天工程的**次发射任务,它将为在轨的神舟十七号和后续的神舟十八号两个乘组运送补给物资。

本次天舟七号携带的航天员系统、空间站系统、应用任务领域、货运飞船系统和工程总体货物多达260余件,运输物资总重约5.6吨,具有装载货物种类多、大型货物多的特点。其中,试验载荷定制货包等大型货物,每件货物重量在100千克以上,将应用于空间站在轨运营、空间在轨科学试验以及航天员生活保障。

这得益于天舟货运飞船装载量的提升。航天科技集团五院专家杨胜介绍,从天舟六号开始,天舟系列飞船“升级”为改进型货运飞船,装载空间和装载重量都得到了提升。

随着飞船载货量增加,大家“备货”的底气越来越足。天舟七号还为航天员乘组准备了2400千克的生活物资,包括龙年春节年货、新鲜果蔬大礼包等。其中新鲜水果将近90公斤,让航天员在太空也能“畅吃”果蔬。此外还搭载了多个科学载荷,对后续空间探测具有重要意义。

“我们为航天员乘组精心准备了龙年的盲盒,可以为大家展现出来一个非常不一样的、星辰大海一样的龙年。”中国航天员中心航天员系统副总指挥尹锐说。

我国载人航天工程已建立物资信息系统。随着建造阶段任务在轨数据的累积,模型越来越精确,可对后续需求进行精准预估,所需物资适度携带,补给效能不断提升。

1月17日22时27分,搭载天舟七号货运飞船长征七号遥八运载火箭,在我国文昌航天发射场点火发射。约10分钟后,飞船与火箭成功分离并进入预定轨道,之后飞船太阳能帆板顺利展开,发射取得圆满成功。新华社记者 张丽芸 摄

新型航天供电插座 实现低成本在轨维修

天舟七号此次航天任务中,一位特别的“新成员”加入——一个新型的航天供电插座,可以在轨道上独立更换熔断器。这个新型供电插座虽然体积小巧,只有10厘米见方,但却具备快速拆装和插槽对位功能等多项在轨维修特性,对航天员在空间站的在轨用电具有重要意义。

如果将空间站看作一个配备豪华设施的“三居室”,那么空间站“室内”的各种载荷就相当于房间中的“家用电器”。为了确保这些载荷正常工作,除了靠供电电源外,供电插座也是必不可少的。

在空间站建造的早期阶段,一旦供电插座的熔断器熔断,就只能整体更换,由航天员将供电插座带回地面维修,这种维修方式成本高、周期长。随着在空间站内进行的空间科学实验逐步增多,接入供电插座的载荷种类也越来越多,使得用电状态和工况变得更加复杂,供电插座内部熔断器异常熔断的概率也随之增加。整体返厂维修方式已不再适应载人航天的新需求。

为了提高供电插座的维修效率,航天科技集团五院研制团队进行了基于微重力环境的熔断器组件维修技术研究。现在,它的维修方式从“整机维修”变为“外置器件”维修方式。

借助新一代供电插座,航天员在太空维修时只需像“拧螺丝”一样,就能摘下供电插座外置熔断器组件并更换新的组件,大大节省成本并缩短维修周期。

本文记者:宋晨、胡喆、徐鹏航、李国利、赵叶苹、陈凯姿;视频记者:殷家捷、梅元龙、王军锋、郭良川、赵玉和、洪靓、黎多江、房宽;编辑:舒静、张善臣、林立平、郑雅宁、金怡、魏海、邬金夫、姜子炜;海报设计:常清潭;统筹:黄小希、郜新鑫。