天宮空間站關鍵技術驗證與在軌建造兩階段總計安排12次飛行任務,首次任務是兩年前的長征5B遙一火箭/新一代載人飛船試驗船發射任務,此次發射雖然不涉及空間站艙段部署,但卻也是至關重要的一步,主要是驗證長征5B大型運載火箭運力與可靠性。
長征5B遙一任務
剩下的11次任務則全面聚焦空間站的在軌關鍵技術驗證與在軌建造,截至天舟五號任務,目前已經完成10次發射任務。
實際上我們只用9次發射就完成了天宮空間站三艙T字形構型建造任務,用時僅一年半。反觀國際空間站,以完成希望號實驗艙及其暴露實驗平台部署任務計算,時間跨度長達十一年。
天舟五號眼中的天宮空間站
國際空間站規模雖大,但它能做的事情天宮照樣能做:
桁架太陽翼?我們有實驗艙對置布局加以實現;
氣閘艙?我們做到了艙艙皆有氣閘艙(兩個人員氣閘艙、一個世界規模最大的貨物氣閘艙);
暴露實驗平台?夢天實驗艙轉位不久就實現了暴露實驗平台的展開;
夢天實驗艙暴露實驗平台展開到位
機械臂?天和機械臂與問天機械臂早已實現雙臂共舞;
看畫面右側,天和機械臂與問天機械臂級聯組合在一起。
睡眠區?6個永久睡眠區盡顯以人為本設計理念,即便是在軌輪換期間,我們的航天員也不需要像國際空間站那樣打地鋪……
問天實驗艙睡眠區(上)與天和核心艙睡眠區(下)
這是天宮空間站的「體系制勝」之道,具有強大運力的天舟貨運飛船在這個體系中發揮着關鍵作用,空間站組合體軌道調整、燃料補加、貨運支持、新技術驗證等任務均由天舟承擔,該飛船為天宮快速建成並投入使用立下了汗馬功勞。
截至目前,空間站任務中已經發射了4艘天舟貨運飛船,分別是天舟二號、天舟三號、天舟四號、天舟五號,空間站首發貨船是在原天舟一號基礎上改進而來,後三艘則是同一批次,其在天舟二號基礎上改動了交會對接敏感器配置方案。
天舟四號
天舟貨運飛船的能力有多強?
以天舟五號為例,該飛船裝載了239件(套)貨物,重約5.3噸,攜帶2.5噸推進劑(1.4噸補加推進劑),上行物資總重約6.7噸,不僅運力居於世界現役各型貨運飛船之首,載貨比更是達到了0.51,同樣居於世界領先水平,載貨比是飛船設計發射重量與貨運重量的比值,比值越大表明飛船運輸效率越高。
天舟五號貨物艙艙內
不僅如此,天舟五號還實踐了2小時快速交會對接,進一步鞏固了我國在空間交會對接技術領域的領先地位。
天舟五號對接空間站前留影
即便天舟已然如此先進,但是我們也不會停下前進的腳步。早在5個月前,貨船系統總師就曾在央視披露,新一批次貨船有天舟六號、天舟七號、天舟八號、天舟九號、天舟十號、天舟十一號,會有新的改進,運輸能力會有大的提升。
近期據央視報道,改進型天舟飛船的貨物艙可提升500公斤運力。
天舟貨運飛船由推進艙與貨物艙組成,新批次天舟的改進措施就是擴大貨物艙容積。
以上一批次天舟為例,只有天舟五號攜帶了8個推進劑貯箱,其餘飛船均為4個貯箱。
貨物艙
推進艙
基於任務靈活調整貯箱數量原本就是天舟貨船的功能優勢,而攜帶8個貯箱的任務頻次是比較低的,那麼就可以基於4貯箱的推進艙擴容貨物艙容積。
上述改進措施只是筆者的推測,具體如何改進有待後續官宣。還有一種可能的改進措施,就是精簡飛船平台設備。
那麼,推進劑貯箱數量的減少會不會影響空間站組合體的運行?並不會,後續進入穩定的在軌運營階段後,空間站組合體的推進劑消耗會更加可控,同時天和核心艙配置的霍爾電推發動機也將發揮作用,該型動力配置的初衷就是為了減少對常規推進劑的依賴。另外,如果未來有大量的燃料補加需求,原8貯箱天舟可繼續發揮作用。
天宮空間站電推在軌測試
目前停靠於天和核心艙後向端口的天舟五號與前幾艘貨船相比還有一個顯著的不同之處,就是停靠空間站的時間將長達一年之久,與之對比,天舟二號與天舟三號是將近10個月,天舟四號是6個月。
貨運飛船延長駐留時間也就是延長了在軌保障組合體運行的時間,而空間站進入運營期原本規劃就是每年發射兩艘神舟飛船、兩年發射三艘天舟貨運飛船,也就是每八個月發射一艘天舟,減少貨運飛船發射次數每年可節省數億資金消耗,增加密封艙貨運能力的新批次天舟將更好地服務這一目標。
原計劃每兩年發射三艘天舟
擴大密封艙貨運能力之後,接下來天舟還將有新的變化,早在該型飛船設計之初就選定了3種變體,分別是全密封型、半開放型、全開放型,後兩種型號可以運送非加壓貨物。比如接下來天宮空間站還將部署大型擴展暴露實驗平台,這些平台組件就可以通過帶有開放型貨艙的天舟飛船承運,停靠空間站後可由機械臂抓取安裝至艙外接口。
由左至右:全密封、半密封、全開放
除此之外,天舟還可完全去掉貨艙,由推進艙單獨部署空間站的小型艙段。
天舟貨船雖然很強,但也有運力調配不夠靈活的問題,為此我們正在研發運力較小且具備下行運力的小型貨運飛船,以滿足空間站多樣化貨運需求,未來還將推進新一代載人飛船的貨運型號發展,從而構建更加完善的天地往返貨運體系。