天舟二號發射為何要等待窗口期?為何要在幾小時內快速…


天舟二號發射為何要等待窗口期?為何要在幾小時內快速交會對接?的頭圖

天舟二號發射為何要等待窗口期?為何要在幾小時內快速交會對接?

自4月29日11時,在海南文昌航天發射場,中國空間站天和核心艙由長征五號B遙二運載火箭發射升空,成功進入預定軌道,拉開我國天宮空間站建造的序幕!

兩度跳票後天舟二號快速對接天和核心艙

按計劃,在5月20日的發射窗口期,將發射貨運飛船天舟二號搭載貨物與天和核心艙對接,但天舟二號意外在兩個窗口期兩度跳票。直到天和核心艙成功發射一個月後的5月29日20時55分,連續兩次跳票的天舟二號,在第3個發射窗口成功從海南文昌航天發射場由長征七號遙三運載火箭發射入軌!並在入軌8小時後於5月30日清晨5時與軌道上的天和核心艙成功實現快速無人對接!

後勤補給貨運飛船——天舟二號

孤獨等待一個月後,我國第一個空間站核心艙天和核心艙終於迎來了首個訪客——天舟二號貨運飛船,在天宮空間站建設之初,它承擔重要的首次貨物運輸工作。此次帶去的除了空間站科研與生活所需的各種貨物,包括2套出艙用的每件一百多公斤重的航天服,還帶去了1.95噸的推進劑,用於空間站上的軌道維持和姿態調整。其餘貨物的重4.69噸,貨物加上推進劑總重6.64噸,而飛船的最大發射重量為13.5噸,也就是說天舟二號的貨物重量基本上跟飛船自身一樣重!載貨比達到50%,這就有點厲害了……

為何兩度延期?

那麼問題來了,本該在10天前就發射的天舟2號為何兩次跳票?據官方解釋是:【5月19日晚上21時40分,距離長征七號遙三火箭發射不到3個小時,發射指控大廳中的數據信息顯示:“一個壓力值參數異常!”】

為了排除這個異常,工作人員多次進入箭體內檢查,在首個原定的窗口期(5月20日凌晨1點)前兩小時依然沒找到問題根源,為了安全起見決定延後發射。在經過仔細排查後,準備次日在第2個窗口期(5月21日凌晨)發射,結果再次加註低溫液態燃料後,異常信息再度出現……最終再度延期發射,而第3個窗口期得到了數天后的5月29日。

百小時艱苦檢修,天舟二號-天和核心艙成功對接

經過近百小時的嚴密排查,問題根源終於找到,裝配員馬上帶著配件從北京飛往海南,在塔架上經過18小時的高難度操作,最終完成產品更換,故障徹底排除。 5月29日重新加註低溫推進劑,晚上20:55,長征七號遙三運載火箭在轟鳴聲中順利發射升空,604秒後箭、船分離,兩度延遲的天舟二號成功入軌,並在8小時後的5月30日清晨5:01成功與軌道上的中國空間站天和核心艙快速自主對接!

那麼問題來了,這窗口期是怎麼回事?

由於天舟二號採用快速對接,與一般對接飛行任務在入軌後數天才實施對接不同,天舟二號要在入軌後幾小時內就與在軌飛行的空間站核心艙實現對接,目的是盡可能地縮減飛船在軌等待對接的時間,這使天舟二號在入軌時與空間站核心艙相對位置有極高的精度要求,這就需要嚴格控制火箭發射入軌的時間,導致火箭發射時間幾乎是零窗口,也就是發射時間精度要以秒來計算。

為了減少入軌後進行軌道調整所需要的時間,天舟二號需要選擇入軌時直接進入空間站核心艙的軌道面。而對於非赤道飛行的空間站,由於地球的自轉,軌道面並不恒定,也就是說它並不是每一圈都會經過同一個地點。而所謂的窗口期就是在適當時間軌道面經過火箭發射點附近而空間站的核心艙又剛好在天上適當的位置,這個窗口是稍縱即逝的,畢竟空間站繞地球一圈也就1個半小時而已。前面說過,這個窗口期原則上是以秒來計算的,天舟二號通過自動調整飛行軌跡把以秒計算的零窗口擴展到以分鐘計算的窄窗口,窗口期達到120秒,錯過就要等下一個窗口期。

為什麼要採用零窗口的快速交會對接?

其實天舟二號只是貨運飛船,目前空間站上並沒有人,所以運送的時效要求其實並不嚴格,完全可以採用普通的交會對接方式,這樣根本不需要等待數天等這個窗口期,那天舟二號為什麼一定要選擇這種快速交會對接?

原因是這對將來載人任務非常重要,對於以後空間站上天地往返的載人任務,快速交會對接可以讓航天員盡可能縮短在飛船上的時間,載人飛船空間是相對狹小的,使用常規的交會對接方式,航天員需要在這樣的密閉環境下生活幾天,對航天員來說是個煎熬,也非常的浪費他們的時間。簡單說就是寧在地上等,也不在天上等,因此載人任務毫無疑問會選擇快速交會對接方式,而這次天舟二號貨運飛船就當是一次載人任務的預演。

祈願

天舟二號的任務非常成功,從發射到對接成功全過程用時8小時多一點,目前對接後的組合體已經展開太陽能帆板繞地飛行,期待後續的載人任務,為中國航天人鼓掌!

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