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太空货运开启“高铁时代”,你的太空之旅还会远吗?
传感器技术 | 2022-11-23 17:34:03    阅读:19   发布文章

2022年11月12日10时03分,在海南文昌海岸,伴随着点火后的一缕白烟,长征七号运载火箭托举天舟五号货运飞船****升空,为空间站的宇航员们送去一份约6吨的“快递包裹”。这也是中国空间站建成前的最后一艘“货船”。

****约10分钟后,船箭成功分离并进入预定轨道。随后,仅用2个小时,天舟五号便实现了与空间站天和核心舱后向对接口的顺利对接,创造了航天器最快交会对接的世界纪录。而在此前的2017年9月12日,我国利用天舟一号开展与天宫二号空间实验室快速交会对接在轨试验用了6.5小时,成为当时世界上第3个掌握近地快速交会对接的国家。从6.5小时到2小时,天舟五号实现了“太空货运专列”到“太空货运高铁”的华丽升级。图片图源:中国载人航天工程网图片

2小时“中国速度”背后

天舟五号为全密封货运飞船,是世界现役货物运输能力最大、在轨支持能力最全面的货运飞船,此次它装载了神舟十五号3名航天员6个月的在轨驻留消耗品、推进剂、应用实(试)验装置等物资,还搭载了“澳门学生科普卫星一号”、宇航用氢氧燃料电池、空间宽能谱高能粒子探测载荷等试验项目,并且带了一枚CAS-10“希望4号”(XW-4)立方卫星到空间站,预计将在12月初释放到预定轨道。本次任务是中国航天器首次具备2小时自主快速交会对接能力,创造了世界最快交会对接纪录。所谓交会对接是指两个航天器在空间轨道上会合并连接成一个整体的技术,类似于我们在地面上将两块积木插在一起,可是在太空里插积木并不容易。对接时,需要两个航天器通过发动机喷气来改变航天器的运动速度大小或方向,从而变换轨道,到达同一轨道上。快速交会对接并不是航天器的飞行速度变快了,而是轨道控制的流程变短了。此前,“天舟二号”到“天舟四号”货运飞船都需要经历6次变轨,然后到达离空间站大概50公里左右的瞄准点。接下来,它们逐渐逼近,不断地确认位置关系,调整姿态和速度,最终追上目标飞行器完成对接。对比之下,天舟五号货运飞船只需要经过2次变轨便可轻松完成这一过程。天舟五号货运飞船的对接目标达80吨量级,这也是中国首次在空间站有人驻留的情况下实施货运飞船快速交会对接。万一遇到故障情况,航天员有能力遥控操作货运飞船对接,提高了对接的可靠性。图片图源:中国载人航天工程网随着天舟五号货运飞船运来的物资抵达太空站,提供足够的保障,神舟十五号载人飞船也将****,3位航天员将与目前正在浩瀚太空“出差”的神舟十四号航天员实现“太空会师”。届时,中国空间站将首次实现6名中国航天员在轨驻留,迎来“满员”。至此,中国太空交会对接技术从最初44小时缩短到2小时,而航天员驻留的时间则从13天增加到6个月,这也意味着中国航天又一次开启新的征程。图片

全球航空航天加速度

中国又一次取得瞩目成就的背后,是全球航天航空产业的快速发展。纵览全球,航天航空经济已成为一国经济的重要组成部分,与之相伴随的,更多的商业组织参与到这个领域来,推动航天航空进入新征程。我国国务院于2014年出台了《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》,首次提出鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设;鼓励民间资本研制、****和运营商业遥感卫星,提供市场化、专业化服务;引导民间资本参与卫星导航地面应用系统建设。政策带动下,我国商业航天事业也随之发展,到目前为止已形成初步生态。据不完全统计,截至2021年底,已注册商业航天相关企业数量已有200家左右。海外商业航天也在如火如荼展开。其中,美国商人马斯克创立的SpaceX无疑最具代表性。值得关注的是,在包括SpaceX在内的美国商业公司的带动下,一场名为“太空旅游”的商业活动正让航天航空与普通人更接近。就在2021年,英国亿万富翁理查德·布兰森和亚马逊创始人杰夫·贝索斯先后进行了“太空旅游”。其中,2021年7月11日,理查德·布兰森搭乘旗下公司维珍银河的飞船,率先实现了太空旅游,成为亚轨道商业飞行领域第一位搭乘自家飞行器前往太空边缘的企业创始人。9天后的7月20日上午9时,贝索斯搭乘旗下公司蓝色起源的飞船“新谢泼德号”进行了该公司的首次载人飞行。钢铁侠马斯克虽然在当时还没有进行太空旅游的明确计划,但他也曾提到过,将来某一天会坐着SpaceX的飞船上火星。图片图源:SpaceX图片航空探索,火箭先行无论是带着国家任务的航天****,还是能满足普通民众飞天梦想的太空旅游,人类对太空的探索正带动以火箭****为代表的航天航空技术的发展。以SpaceX为例,数据显示,该公司在2020年完成了26次****,在2021年创纪录地完成了31次任务。到了2022年,SpaceX的****清单共有52次****计划。在不久前,马斯克曾表示,SpaceX的目标是在2023年完成100次****任务。不过,火箭行业不是一个环境友好的行业,尤其是超氧化物和高氯酸盐等有毒化学物质和大量太空垃圾,都会对地外空间造成不小的污染。针对污染最大的火箭燃料,目前有四种主要的不同路线:固体、液氧煤油、液氧甲烷、液氧液氢。此前常用的四氧化二氮与偏二甲肼,由于污染量较大,正在逐步减少中,走向无毒无污染已成为大趋势,比如长征七号、长征八号、SpaceX ****的猎鹰九号均使用液氧煤油燃料,SpaceX 研发的 Starship 则在使用液氧甲烷。在2016年,Space X研发的“猎鹰”9号火箭在****成功之后实现海上回收,标志着可回收火箭技术的重大突破,可回收重复利用火箭成为航天运载领域的热点。如今猎鹰 9 号已成为商业****进入地球轨道的主力火箭,得到了商业、科学和国防领域人员的高度信任。据悉,为了使火箭行业走向环境友好,微软联合创始人比尔·盖茨(Bill Gates)所创立的清洁技术基金 Breakthrough Energy Ventures 曾在去年领投一轮 6500 万美元的融资,以支持位于美国华盛顿州肯特市的斯托克太空(Stoke Space)公司开发新型完全可重复使用的火箭。中国曾参与长征一号火箭研制的老专家韩厚健也曾指出,可回收重复使用是火箭运载技术发展的趋势,未来10年到20年内,可能是一次性火箭、部分重复使用火箭和重复使用火箭并举的时代。图片图源:unsplash“可回收火箭”作为航天航空领域的一项突破性技术,在2016年入选《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术”。纵观过去20年的“全球十大突破性技术”,航天领域的发展促进了能源和材料领域的技术变革,新型的材料也在航天器上大放异彩。比如太阳能电池最早被安装在人造卫星上,航空航天领域的巨额资金投入使得太阳能电池技术快速发展。在能源危机后的几十年时间里,科研人员在太阳能电池领域不断进行技术革新,取得了许多突破性的进展,发展了一系列新型太阳能光伏电池。“太阳能热光伏电池”也在2017年入选“全球十大突破性技术”。从可回收火箭到太阳能热光伏电池,从超级星座卫星到超高精度定位,对航天航空领域相关技术的发展趋势进行精准而成功的预测,在过去的二十年中屡见不鲜。  



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