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第一代货运飞船:配置新一代对接机构等多种“神器”
发布时间:2017-04-26 作者: 信息来源: 上海航天技术研究院

2017年4月20日,中国首个货运飞船天舟一号在海南文昌发射场发射升空。天舟一号执行的空间实验室任务是复杂的系统工程,具有技术难度大、协作范围广、环境条件苛刻、产品工艺要求高、偶然性强等特点。上海航天承担天舟一号的对接机构分系统、电源分系统、测控与通信子系统及推进舱结构与总装、总体电路推进舱电缆网等任务。

货运飞船是在天宫一号目标飞行器和载人飞船的基础上研制,充分继承了二期的研制成果,对接机构已经具备8吨至180吨对接目标适应能力,电源分系统具备低轨高压长寿命能力,测控与通信具备了跟踪测轨、遥测、遥控、图像话音、空空通信和天地数据输出等功能,都是对第一代载人航天产品的跨越发展。

适应8吨~180吨的多目标交会对接

对接机构由2011年11月3日首次实施交会对接的第一代产品,成功进入2.0版,可实现“重量级”大吨位航天器的偏心对接,而此次的对接机构必须适应未来空间站建造阶段8-180吨各种吨位、各种方式的对接,包括偏心对接。上海航天的设计师们通过大量的技术攻关和方案论证,提出了可控阻尼的控制思路,通过可控阻尼器单机产品、改进型传动缓冲对接机构产品以及分系统级的整机、缓冲等全覆盖的考核措施,满足了本次及后续任务的需求。

这次天舟一号与天宫二号将实现三次交会对接,对接机构组合体保持时间将远超过原来的神舟十一号与天宫二号的30天,其中第二次交会对接是在对接分离后,实行短时间调头绕飞后再次对接,分离后将保持较长时间的独立飞行,而后进行第三次对接,这对对接机构的控制、空间环境长寿命、重复对接性能提出更高要求。

首次使用高压大容量锂离子电池

在低轨高压大容量锂电领域,拥有2700W功率的天舟一号当仁不让是中国航天史上的第一次,也是为日后空间站打基础。

天舟一号电源分系统采用3机组锂离子蓄电池组,每组由22个单体串联组成,共使用单体66个,它的使命从天舟一号待发段转内电开始,同时在飞船进入阴影区时提供整船所需的全部电能,在光照区储存电能,并通过电池放电补充负载的峰值功耗。围绕锂电池自身的可靠性和安全性,上海航天做了大量的试验和验证工作。

千兆以太网通信和高清数字图象处理与传输

上海航天研制的高速通信处理器是货运飞船以太网通信的重要组成部分。它被大家戏称为“神器”,不仅在货运飞船的天地测控通信中发挥着巨大的作用,也为空间站千兆通信网的建立奠定了扎实的基础。

它作为货运飞船测控天地链路的核心关键单机、空间站通信网技术的试金石,集千兆网络、光纤通信、高速DSP处理技术、IP over CCSDS、网关服务器、高清图像等多项新技术于一身,它就像一座大型机场,可以指引各种大小型飞机起飞降落,接收来自各地的乘客,也可以将乘客送往各地,是一个“核心交通枢纽”。

适应复杂多变载荷工况、大体积模块可靠安装

与以往的神舟飞船推进舱不同,天舟一号推进舱几乎是全新的产品。天舟一号推进舱的推进模块由神舟推进舱的一层变成了两层,推进模块贮箱数量由原来的4个增加为8个。神舟飞船推进舱推进模块总装时,将舱体吊装起来,就像给推进模块“戴帽子”一样套下去,舱体内壁和推进模块的对接环端面对准即可。天舟一号推进舱两层推进模块每一层需要分别固定,在设计源头上就不能采用原先的端面对接安装,而是创新型地采用了凹凸对应卡住的方式,即在舱体内壁和推进模块边框上都有凸台和凹槽,同样是“戴帽子”的操作,但要在舱体内壁与推进模块边框间隙不到5mm的间隙范围内,把20多对凹凸一一对上就是“穿针引线”的活了。

吊装起来的舱体与放置在地面上的推进模块“对接”,对推进模块放置的整体平面度要求很高,稍微有一丁点的偏差,这凹凸就不能很好地组对了。总装工艺与总装操作一起三改托架,保证了推进模块放置的平面度。

回顾二十多年的研制历程,在神舟一号至神舟十一号、天宫一号、天宫二号的13次发射任务中,上海航天承担的任务均取得了圆满成功,特别是历经多年研制的对接机构在确保任务成功中发挥了关键作用。后续载人航天任务中,除了载人飞船、货运飞船、空间实验室等任务以外,上海航天还承担了空间站实验舱Ⅱ总体任务,空间站系统的对接机构、电源分系统及非密封舱结构与总装、测控通信设备,光学舱系统能源功能、对接子功能、测控通信设备等研制任务。

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