神舟十二號航天員圓滿完成任務,已經於9月17日順利返回地球。與天和核心艙對接的天舟二號貨運飛船已經完成使命,照理說應該脫離空間站,受控離軌並且在大氣層中燒毀。然而神舟十二號飛船返回後,天舟二號並沒有跟著離開空間站,根據來自中國載人航天工程辦公室的消息稱,就在9月18日10時25分,天舟二號飛船從天和核心艙後向端口分離開了,但它並不是要降落到地球上,而是圍著天和號核心艙繞了個彎,從後向端口繞飛至節點艙上的前向端口,與其中的一個端口完成了自動交會對接。
為什麼要把天舟二號挪個位置呢?其實該任務既試驗了天舟二號與節點艙的交會對接能力,也為天舟三號與天和號核心艙後向端口對接騰出了位置。
9月20日15時10分,搭載天舟三號貨運飛船的長征七號遙四運載火箭,在中國文昌航天發射場點火發射。約597秒後,飛船與火箭成功分離,進入預定軌道。天舟三號貨運飛船入軌後順利完成入軌狀態設置,於當日22時08分,採用自主快速交會對接模式成功對接於空間站天和核心艙後向端口。
中國載人航天工程辦公室介紹說,天舟三號裝載了航天員生活物資、艙外航天服及出艙消耗品、空間站平台物資、部分載荷和推進劑等,與天和核心艙及天舟二號組合體完成交會對接後,轉入三艙組合體飛行狀態。
有人說,之所以還把天舟二號留在軌道上,是因為要給接下來的神舟十三號太空人裝垃圾,等垃圾裝滿之後,就可以讓它脫離、帶著一船廢物墜落了。果真是這樣嗎?
航天員在太空生活,他們每天都需要消耗一定數量的物資,吃穿用也會產生大量廢棄物和排泄物。太空裡沒有下水道,你沒辦法將廢物一沖了之,只能用特制的容器密封起來,定期存放在貨運飛船裡。航天員在太空中穿髒的衣服也不能拿洗衣機洗滌晾乾再穿,空間站裡水資源有限,用來洗衣服成本太高,所以內衣穿幾天之後就打包扔進貨運飛船。太空科學實驗所使用的一次性工具、設備以及它們的包裝,因為沒必要保留,通常也都會隨著貨運飛船一起在大氣層中燒掉。
那為什麼天舟二號已經完成了任務,科學家依然不肯放棄它?因為本著物盡其用的原則,天舟二號貨運飛船除了拿來運貨,它同時也肩負著其它功能,以及重要的科學使命。
天宮空間站是中國第一個空間科學技術和太空研究基地,盡管有之前天宮一號、天宮二號打基礎,新的空間站無論從體量還是先進性方面都上了不止一個台階。在空間站建設初期,我們還有許多技術需要驗證,有許多功能需要反復實驗,以確保萬無一失。
天宮空間站在2022年將迎來兩個重量級部分:20噸級的「問天號」與「夢天號」實驗艙,這兩個艙長約14.4米、最大直徑達4.2米,但它們沒有機動能力。空間站與實驗艙的對接需要「以我為主」——由長征五號運載火箭把實驗艙精確地送到空間站軌道前方,再由空間站慢慢加速靠近,對接到核心艙的前方端口上。把實驗艙對接上之後,航天員操控機械臂「抓住」實驗艙,再將它轉體90°,送到節點艙側向的端口對接,從此固定在那裡。
但是中國建設空間站是「大姑娘坐轎」—— 頭一回,實驗艙能不能順利轉位對接,誰也沒試過,機械臂好不好用?中間可能會遇到什麼問題?只有實際做過才能知道。在實驗艙發射上天之前,天舟二號正好可以充當這個實驗品。
天舟二號在完成物資補給任務之後,地面控制人員發出指令,它會自動轉移到核心艙前方,模擬未來的實驗艙進行自動交會對接,然後停靠在節點艙前向端口,同時完成電路、液路對接、測試前向燃料補加。接下來神舟十三號飛船將對接到節點艙下方的徑向端口,航天員進入空間站後,手動操縱機械臂抓住13噸的天舟二號模擬實驗艙轉位對接工作。
在這些實驗完成之後,天舟二號才算最終完成使命,可以用來裝垃圾、擇機離開空間站返回大氣層了。
天舟二號還有一個重要功能被許多人忽略:它還是空間站上的一個平衡器。
我們知道當空間站以7.68公里/秒的速度繞地球飛行時,它產生的「離心力」與地球引力相互抵消,於是空間站會呈現「失重」狀態,就像是漂浮在太空一樣。這時候你哪怕是對它施加一個很小的力,都能讓它的姿態發生變化。天舟三號對接在核心艙的後端,這兩個組合體的質心(重心)位於核心艙後部,而節點艙位於最前端。當神舟十三號從側向對接時,只要兩個對接口一接觸,核心艙就會發生扭轉,這很容易造成對接失敗。
現在我們把天舟二號接在核心艙前邊,形成「天舟二號-天和核心艙-天舟三號」的「一」字形三艙結構,就可以把組合體的重心大幅度前移到中間位置,神舟十三號對接過程中碰撞的偏轉力矩縮小,對接成功的概率大幅度提升。並且天舟二號推進艙的發動機也能作為空間站推進控制系統的備份,幫助對接後更快地穩定空間站姿態。
在實驗艙完全安裝到位之前,貨運飛船始終要充當一個平衡重心的作用,以後天舟三號在退役前也會轉到空間站前邊,等神舟十四號對接完了再退出軌道。
與其它的貨運飛船不同,天舟二號飛船除了運貨,它還承擔了非常復雜的科學實驗任務:需要驗證未來實驗艙的自動對接、機械臂轉抓取轉位;驗證備份推進技術、姿態控制技術、前向燃料補加與供電;改變空間站重心、為載人飛船徑向對接提供保護。由此可見,我們的天舟二號其實是一個多面手,它也將是服役時間最長的一艘貨運飛船。當然啦,貨運飛船在脫離前總會盡量帶走所有垃圾,這本來就是它分內之事。
毛拍手
** 博客文章文責自負,不代表本公司立場 **