首次太空亮相的天和核心舱节点舱,事关天宫

6月17日上午9时22分31秒长征2F遥十二火箭托举神舟十二号载人飞船点火升空,历经6小时32分钟飞行后神舟十二号与天宫空间站完成对接。

长征2F遥十二载人火箭升空

此次对接是我国首创全自主交会对接技术继天舟二号之后第二次实战任务应用,飞行全程耗时对比天舟二号再缩减1.5小时,标志着“全自主快速交会对接”技术进入常态化应用新阶段。

神舟十二号发射入轨后与天宫空间站的距离大约为2万公里,交会对接任务的远距离导引段由此开始,以往在此飞行阶段需要地面人工测定轨道并将数据上传飞船,全自主交会对接的一大突破是将远距离导引段的制导导航工作由人工解算转变为基于两器绝对定位数据的全自主导航。

神舟十二号载人飞船船箭分离

飞船发射前将目标飞行器的轨道位置信息提前装订,飞船入轨后自主在天上完成轨道测定,进而控制发动机实施变轨接近目标飞行器。

另外需要指出的是,北斗全球卫星导航系统的建成为载人航天工程的全自主快速交会对接任务提供了极大帮助。

神舟十二号对接天和核心舱(画面有加速)

历经远距离自主导引段、近距离自主控制段、对接段三大阶段后,神舟十二号目前已经与天宫空间站形成刚性连接,异体同构周边对接机构形成内径0.8米的航天员转移通道,供人员与货物通行转移。

神舟十二号对接天宫空间站的结果振奋人心,而对接过程中视频成像的视觉冲击力更是令人难忘。

神舟十二号向中瞄点移动

在此次对接任务中,神舟十二号的目标位置是天和核心舱前向对接口。作为追踪航天器它需要由后向追踪,并在抵达中瞄点后掉头绕飞至天和核心舱的前向位置实施对接。

神舟十二号抵达米停泊点后决策是否需要转手动对接

在神舟视角画面中,天和核心舱前端节点舱在太空中的英姿首次在公众面前亮相。

天和核心舱节点舱及天和机械臂

节点舱是天地往返运输系统的重要枢纽,同时也是天宫空间站组成T字形构型的唯一节点,它还是航天员执行出舱活动的气闸舱,可谓是身兼数职,体现了我国航天科技发展的新智慧新能力。

节点舱有4个对接口,分别是1个前向对接口、1个对地球方向径向对接口、2个侧向停泊口。

核心舱前向对接口

神舟十二号对接的前向对接口功能最为强大,它不仅可以接纳神舟载人飞船,还可以对接天舟货运飞船,且具备推进剂在轨补加功能,与天和核心舱后向对接口的推进剂补加功能形成备份。

除此之外,明年发射的问天号实验舱与梦天号实验舱也将先后对接前向对接口,再转位对接至两个侧向停泊口。

节点舱的4个对接口

在神舟视角画面中可以看到核心舱有一个延伸出去的臂杆装置,它就是天和机械臂。

天和机械臂

这是一种七自由度大型空间机械臂,自重公斤,承载力25吨,两根臂杆展开有10.2米长,机械臂首尾两端各有一个执行器,并基于首尾两端相同的关节配置,以及遍布舱体的目标适配器实现舱体爬行功能。

机械臂爬行转移

天和机械臂还可以与问天实验舱机械臂对接,形成长度达15米的组合臂,进而实现空间站外表面的全触达。

天和机械臂与实验舱机械臂对接组合试验

核心舱入轨时天和机械臂的位置是在小柱段对地球方向一侧,神舟十二号对接期间机械臂则是在天和核心舱大柱段,这就是舱体爬行功能的体现。

天和机械臂靠泊核心舱大柱段

天和机械臂虽然可以承载重达25吨的航天器,但它却不是问天实验舱与梦天实验舱实施转位对接任务的第一选择。

两个实验舱各自都配置有转位机械臂,专门用于实验舱转位对接,具有结构简单与转位对接精度高的优势。

实验舱与节点舱转位机构布局

在神舟十二号成像画面中可以看到节点舱天顶方向有两个角状凸出物,它就是两个实验舱转位机械臂的对接基座。

转位机械臂对接基座

转位对接成败事关天宫空间站在轨建造阶段的成败,为了确保万无一失,天和机械臂也将是转位对接的备份手段。

神舟十二号在轨驻留三个月,之后三名航天员将搭乘飞船返回地球,当前对接于天和核心舱后向对接口的天舟二号货运飞船届时将绕飞至前向对接口对接。

神舟十二号3个月后撤离天宫空间站

天舟二号完成绕飞转位后将进行前向对接口推进剂补加功能试验,之后天舟三号货运飞船发射,并对接核心舱后向对接口,神舟十三号紧随其后发射,此时前向对接口、后向对接口均有飞船占据,因此神舟十三号将对接节点舱对地方向的径向对接口。

天舟二号绕飞至前向对接口

谈到这里需要指出的是,天舟货运飞船与神舟载人飞船目前皆已具备包括前向、后向、径向在内的全方位对接能力。

实施转位对接试验前的空间站构型

神舟十三号航天员乘组进驻空间站后将实施转位对接试验,届时天和机械臂将爬行至核心舱小柱段天顶方向,航天员可以在轨操作机械臂捕获前向对接口的天舟二号货运飞船,实施转位试验,也可以由地面遥控执行,并由航天员在轨手动备份。

天和机械臂与天舟二号转位试验

天舟二号为了服务转位试验任务,专门在货舱前锥段加装了机械臂对接适配器。

天舟二号用于机械臂对接的适配器

节点舱在承担来访航天器对接与停泊任务的同时还兼具气闸舱功能,其出舱口就在节点舱的天顶方向,出舱口外还有服务航天员执行出舱任务的圆环扶手装置。

核心舱节点舱出舱口

神舟十二号航天员乘组在三个月驻站期间将执行多次出舱任务,02号航天员刘伯明与03号航天员汤洪波将执行天宫空间站首次出舱任务。

天和全景摄像机d拍摄出舱口

遥想十三年前刘伯明曾协助翟志刚完成我国首次太空出舱行走任务,在那次任务中刘伯明在神舟七号气闸舱出舱口探出了半个身子,而这一次他将尽情拥抱浩瀚太空。

神舟七号出舱任务中刘伯明探出了半个身子

到明年年底左右,T字形构型天宫空间站将完成在轨建造,空间站三大舱段皆配备有气闸舱,问天实验舱有人员专用气闸舱,布置在靠近太阳翼的小柱段一侧,出舱口在对地球一面。

问天实验舱对接后,天和核心舱节点舱的气闸舱功能将转为备份功能,此后航天员将主要在问天实验舱气闸舱执行出舱任务,除此之外梦天实验舱也有货物专用气闸舱,用于暴露实验载荷的转移。

问天实验舱人员专用气闸舱所处位置

观看神舟十二号对接任务时想必很多人都观察到了一个细节,就是神舟视角画面与天和核心舱视角画面清晰度的巨大差别。神舟画面仿佛是自带马赛克效果,而天和核心舱则为我们首次呈现了神舟飞船在太空的高清画面,这也是我国航天快速发展的生动写照。

天和核心舱视角看神舟十二号

前有天问一号一次完成火星绕落巡,后有神舟十二号开启天宫空间站有人驻留的高光时刻,对于航天迷而言,如此密集的幸福攻势也是前所未有的体验,仿佛天天都在过年,而这也仅仅是开始……

天和核心舱柔性太阳翼

去年年底嫦娥五号月球采样返回任务的完成标志着嫦娥探月工程三步走计划的完美收官,今明两年载人航天工程三步走计划也将随着天宫空间站完成在轨建造而胜利收官,两大工程都将进入新的发展阶段,嫦娥探月四期工程已经在路上,载人航天工程的天宫空间站将进入长期运营阶段。

天和核心舱柔性太阳翼如同向日葵一样做对日指向运动

如今,两大工程也到了该考虑会师月球表面的新伟业,就在长征2F遥十二载人火箭执行神舟十二号发射任务的当天,新一代载人运载火箭总师张智披露,用于载人登月的新一代载人火箭高度超米,采用三级半构型,地月转移轨道运力近25吨。

新一代载人火箭壳体箱底联合传力方案全尺寸原理样机

同时,进一步确认六大载人登月评选方案中“两次发射环月轨道集合的载人登月方案”已经脱颖而出,并暗示明年的此时此刻会有新惊喜,这个惊喜会是什么呢?

结合去年首飞的新一代载人飞船试验船来看,载人登月任务已经驶入深水区,这个惊喜究竟是什么?想必大家心里都有自己的答案。

服务载人登月任务的新一代载人飞船试验船

探索浩瀚星空永无止境,类似最近一段时间的航天攻势在未来不仅不会有丝毫削弱,而且会不断攀登新的高峰,这是毫无疑义的。




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