“问天”成功发射,数代人的努力,你知道空间站的组装有多难

“问天”成功发射,数代人的努力,你知道空间站的组装有多难

2022年7月24日,中国空间站首个实验舱段“问天”顺利发射。它将在太空中与天和核心舱会合,完成中国空间站的第一次“扩建”。这也意味着中国空间站在组装建造阶段,迈出了新的一大步。

“问天”成功发射,数代人的努力,你知道空间站的组装有多难

组装一座空间站有多难!

在空间站的发展过程中,不是每一座都需要组装。

在人类空间站发展的早期阶段,各国一般选择先发射不用组装的试验性空间站,来探索空间站技术。

这批第一代空间站,只有一个接口,只能连接载人飞船,带上去的氧气、食品、燃料等物资很容易出现短缺,站内的一系列设备也很难更换,因此在轨寿命通常低于五年。

即便是像天空实验室一样做得很大,也只坚持了六年多,很不划算,并不是最终解决方案。

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这时有了单模块的第二代空间站,苏联只是在“礼炮”1-5号的基础上,增加了一个对接口,运行寿命就大大增加了。

但这时的空间站还是太小,各种器材、设备被安排得很紧凑,开展研究工作受到限制,一旦有故障也很难修理。

要让空间站更宽敞、能够承担更多任务、运行更长时间,就得把多种模块组合起来,比如第一个多模块空间站“和平号”,多个舱段分批发射、在太空组装完成,拥有多个对接口。

这种多模块的设计增加了空间站的灵活性,设备拆卸修理很方便,运行时间也就更长。

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中国在经历了两次不需要组装的“试验性空间站”后,也顺利推进到最实用的“多模块空间站”阶段。

按照计划,天宫空间站将由“天和”“问天”“梦天”三个舱段组成,首先“天和”发射,然后“问天”“梦天”依次对接。

但是,问天实验舱要追上“天和”,并不是你想象的这样,直接将“问天”发射到核心舱旁边。

由于地球引力和空气阻力,直接将飞船发射到“天和”旁边,需要耗费巨量的燃料。

最经济的办法,是先将飞船发射进入较低轨道,然后通过霍曼变轨的方式转移到“天和”所在的空间站轨道。看起来很简单,但事实并不是如此。

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这是天和核心舱,正在离地面400km左右的高空,以7km/s的速度高速运转,每一个半小时多一点就能环绕地球一圈。如果你在它正后方,想要追上它,可能会遇到这种尴尬场面。

要科学地追上“天和”,“问天”需要在短短6.5小时内,经历四个复杂的阶段。

第一阶段是最复杂的阶段,飞船由地面测控系统进行远程导引,完成多次变轨,逐渐抬高轨道,并且修正轨道倾角和其他误差,从而将“问天”的轨道调整为与“天和”轨道同一平面、高度略低的近圆轨道。

这个过程完成后,“问天”开始近程导引,通过自身配备的微波和激光敏感器,实时测量与“天和”的相对运动参数,自动引导到“天和”附近的初始瞄准点。

然后,“问天”将捕捉“天和”的对接轴,并根据情况调整,进入对接走廊,它们之间的距离也越来越近。

此时,任务终于来到最终阶段:对接。

准备对接时,“问天”关闭发动机,以0.15—0.18m/s的停靠速度与“天和”相撞,利用空间对接机构使他们相连。

空间对接口一般长这样,主要对接机构可以放在对接口中间,也可以放在周边,交错的物理结构,让它们能把两个航天器连在一起。

我国常用这样的周边式对接机构,两个航天器上都有三个结构一致的导向瓣,互相交错插合,紧密相连。

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在对接装置上面还安装有类似弹簧的阻尼装置,用来缓冲撞击产生的巨大冲击。

至此,“问天”和“天和”终于成功相聚,新的太空旅程,就此展开

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