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天舟一号:二妞,你的快递即将送达!
新闻来源:新华网  更新时间:2017-4-20 15:56:48

  文/于子茹

  三天前,在行驶2.5个小时后,我被垂直运至中国文昌航天发射场发射区。现在我正坐在发射台上,今晚听候指令携物出发。说句实话,此时此刻我的心情很复杂,有点激动,也有点紧张。

  对了,忘了做个自我介绍。我叫“天舟一号”,是一名大家既熟悉又陌生的“快递员”。或许你会问为何用这两词来形容自己的职业,其实原因很简单:快递员几乎天天和大家打交道,所以熟悉,但你见过太空“快递员”吗?

    4日17日拍摄的长征七号遥二运载火箭与天舟一号货运飞船组合体局部。


  我是中国首个太空“快递员”

  2011年,我进入名为“中国航天科技集团公司五院”的快递公司。那时我的名字还叫“货运飞船”,直到2013年,我才有了“天舟”这个正式代号。

  话说,我能当上太空快递员,还得益于中国载人航天工程“三步走”战略中载人空间站工程。未来,我们要建造长期有人照料的空间站,就需要输送航天员所需的生活、工作物资、空间站运转所需的推进剂。

  在去年中秋月圆之夜,二妞(身份证姓名为“天宫二号”),乘坐中国长征二号FT2火箭抵达了她的新家——距地球393公里的太空。随即,二妞也成为我国首个真正意义上的太空实验室。就像汽车需要加油一样,空间站今后要长期在太空工作也需要物资,于是我这个快递员就应运而生。

  作为太空“快递员”,我既承担了为二妞“加油”和运输货物的重担,还负责将未来空间站里的废弃物带回大气层烧毁。当然,我工作最大的亮点还是,在达到二妞住所后,完成太空在轨推进剂补给,即人类通俗称谓的“太空加油”。你可千万不要小看这个工作,据说掌握了在轨推进剂补加技术的国家目前只有俄罗斯和美国,其中,实现在轨加注应用的只有俄罗斯。

  当然,快递仅是我工作的一部分内容。当一名太空快递员还需要更多的“本事”。比如,在运输货物的同时,我还将最大限度地发挥平台效能,用搭载的几十台载荷设备在太空开展十余项载荷试验,实现“一次飞行、多方受益”的目标。

  说句实话,这些工作做起来并不简单,需要掌握专业技能才可将工作做好,而掌握这些技能并非朝夕之功。在过去整整六年的时间里,我苦练太空快递员技能,经历了上千小时测试验证,经受了上百次大型试验考核。终于在今年2月13日,我结束培训,成为一名合格的太空快递员。

   4日17日,长征七号遥二运载火箭与天舟一号货运飞船组合体在垂直转运中。

  我肚大能容,快递货物保证“安全”

  我身高10.6米,体宽3.35米。从外观上看,我的构造类似于天宫一号,都是由大直径的货物舱和小直径的推进舱组成,但这只是表象。其实,作为装运太空快递包裹的快递员,我的突出特点就是有个“大肚子”,运送6吨多货物不在话下。

  6吨或许只是一个数字,6吨货物的体积或许你也没有精确想象。那么,我就帮你做个假设。如果一个苹果半斤重,6吨就有24000个苹果;如果一个成年人体重120斤,6吨就有100个人。媒体曾这样评价我,“上行载货比优于国际现役货运飞船”。这也从侧面表明,让我快递货物既经济又实惠。

  做完这组假设,你会赞叹我是个大力士。你会问为何我有如此这般高效运载能力?嘿嘿,答案就在于我有两个“绝招”设计。

  绝招一:简约而不简单的货架

  我的“大肚子”犹如一个仓库,横横竖竖搭放着和普通书架类似的货架。这可不是一般的货架,它们采用了一种基于蜂窝板、碳纤维立梁的梁板结构,形成大量的标准装货单元,传力效果好,结构与货物重量比达到8%。同时,货架还采用适用于蜂窝板的预埋封边梁方法,巧妙地消除蜂窝板结构锐边,既避免划伤人手,又解决了边缘薄弱、易破坏的的问题。

  为了能更多的运载货物,我的设计师还精心设计了一种大承载轻量化预埋结构,既能适应传统刚性结构安装,又能适应柔性束缚带的连接承载。经过测试,三个这种预埋结构就可以承载一台豪华轿车。此外,大承载货架结构与密封舱主结构的连接环节也是结构设计一大亮点,碳纤维结合铝合金的设计,避免了在轨环境下内压载荷对结构造成的破坏。这一项项先进、便利的技术成就了高效承载的货架结构,保证我能稳固地运送货物。

  绝招二:适应多种货物的货包

  有了高承载能力的货架,并不能保证在往太空运输时不损坏货物。这次我运输的货物种类包括精密的仪器设备和宇航员用品,这些都是不能被磕碰的物品。于是,保护性良好的“快递包装”作用就凸显出来。

  “快递包装”设计过硬不行,容易对货架进行磕碰,过软也不行,不能有效保护货物。为了确定货物绑扎方式,设计师开动脑筋,想出了一种绑扎方式和内部泡沫的设计。因此,工程师在设计“快递包装”时,对那些敏感的电子器件、机械硬件系统以及其它生活物资等通常采用“软包装”或类似方法来实现装载、运送。

  “软包装”是什么样子的?这种“软包装”与传统的硬连接不同,它是包裹在泡沫或气囊袋里面,再一起固定在货架上,而不是直接与运载工具的内部货架结构相连接。由于“软包装”为装载对象提供了一个柔软的、高阻尼的、分布式系统的支撑,可以获得一个高度隔离/减振的载荷环境,减少了“投递”过程中,不必要的损耗。从而能让我将空间科学实验设备和生活用品顺利地送入太空,同时支持和保障空间站具备开展较大规模实验与应用的条件。

   4日17日,长征七号遥二运载火箭与天舟一号货运飞船组合体在垂直转运中。

  36台发动机助我完成快递运输任务

  在解决了运输物品“安全”问题,动力问题就成了工程师必须面对、解决的一道艰巨任务。

  在快递车上,工程师给我装有25N、120N、150N、490N四种不同推力量级共36台发动机,他们通过默契的配合,力保我在太空飞行速度是子弹飞行速度8倍的情况下,能够实现“俯仰有度,动静自如”。

  作为飞船的动力源泉,每一台发动机的工作精确与否,都关系着整船的飞行任务能否顺利完成。我的运载量大,这就要求发动机工作时间和工作次数需要成倍增加,这也就意味着发动机可靠工作的裕度下降。如何在较短的研制周期内,大幅提高各发动机的工作可靠性,就成了摆在工程师面前的又一道难题。

  经过充分论证比较,工程师们决定对于25N、120N、150N发动机的技术状态进行适应性改进设计,在不改变性能的前提下,降低发动机工作温度,这是一个“牵一发而动全身”的改动。由于发动机工作涉及雾化、燃烧等复杂的物理化学过程,是一个世界性的难题,不仅需要理论分析和仿真计算,还需要大量的试验验证。工程师们并没有因此心生倦怠,而是凝心聚力,迎难而上。在他们坚持不懈的努力下,我的各级系统均采纳了发动机的改进方案,满了型号总体提出的技术要求。

  在确保可靠性的基础之上,为实现我更优的工作性能,工程师们还提出了采用高性能的第二代490N发动机。历经10年时间,第二代490N发动机突破了7项关键技术,实现了490N发动机的更新换代。第二代490N发动机在我身上使用,不仅工作次数提高了10倍之多,而且密封性能更高,所有的技术指标完全满足我太空快递运输货物的任务需求。

  说了这么多,都是我这个太空“快递小哥”的自我情况介绍。现在,我更期待我成功地执行第一次任务,因为这不仅意味着攻克了不少技术难关,更意味着中国乃至世界载人航天史上又一新的里程碑。(孙维、刘峰对此文亦有贡献)

  编辑:王玮
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