• 天舟一號成功釋放立方星:10厘米小身材卻有大智慧


    來源:微信公眾號“國資小新”   時間:2017-08-02





           昨天(8月1日)有個大新聞,或許你沒注意到——
     
           8月1日15時03分,天舟一號貨運飛船成功在軌釋放一顆立方星,隨即地面成功捕獲立方星。
     
           本次試驗是我國首次通過飛船系統采用在軌儲存方式釋放立方星,完成了非火工品裝置的分離解鎖技術、部署發射器與立方星間接口匹配技術以及部署發射器制造的材料和工藝保證技術驗證,為后續我國空間站開展微納衛星部署發射及在軌服務奠定了技術基礎。
     
           本次在軌釋放的立方星為標準3U結構,安裝在立方星在軌部署發射器內,于今年4月20日隨天舟一號貨運飛船發射升空,已在軌儲存104天,該星的主要任務是開展相關航天新技術試驗驗證。
     
           沒看懂?沒關系,小新為您詳解,這件事牛在哪兒。
     
           10厘米的立方星:小塊頭有大智慧
     
           隨著微電子、微機械、納米等技術的發展和衛星設計思想的創新,衛星正變得越來越小。按重量劃分——
     
           500至1000千克的為小型衛星
     
           100至500千克的叫微小衛星
     
           10至100千克的是微型衛星
     
           1至10千克的叫納衛星
     
           0.1至1千克的叫皮衛星
     
           重量小于0.1千克的叫飛衛星
     
           1999年,美國斯坦福大學教授湯姆·肯尼對皮衛星提出了一種新概念——立方星,其重量為1千克,體積為10厘米×10厘米×10厘米(也叫1U)。由若干顆立方星(若干個U)可以組成立方體納衛星。此后,這兩種小衛星得到了飛速發展。隨著小衛星技術的日新月異,小衛星產業也逐漸成為世界航天活動高速發展的主要驅動力和重要發展領域,正孕育著未來航天發展的重大變革。
     
    用途廣
     
           立方星或立方體納衛星可廣泛用于通信廣播、對地觀測、科技試驗等各個領域。目前,世界上有多家研究機構與企業在專門研制、生產和供應標準化、模塊化的立方星。僅幾年時間,立方星就已從創新概念、系統設計、技術實現、飛行實驗發展到具體空間應用,發射數量也快速攀升。不少國家通過立方星圓了“航天夢”。2013年,厄瓜多爾和秘魯成功發射自主研制的立方體納衛星,實現了本國首顆衛星的突破。
     
           成本低
     
           立方星技術的迅猛發展和發射方式增多,與其低成本密不可分。與建造成本動輒上億美元的傳統大衛星相比,立方星的成本可謂滄海一粟。目前,“一箭多星”發射已成為立方星發射的主流方式。今年,印度創造了“1箭104星”的世界紀錄,其中大多數是立方星或立方體納衛星。此種發射方式大大提高了發射利用率,降低了單星發射成本和進入太空的門檻,活躍了商業發射市場。
     
           另外,立方星還可通過國際空間站機械臂附加的小衛星釋放裝置到太空。從國際空間站上釋放的立方星振動更小,有助于降低設計難度和生產成本,并可充分利用有人參與的優勢,在站上進行測試和一定程度的維修,甚至根據需求進行組裝。
     
           好操控
     
           在立方星基礎上還出現了手機衛星。所謂手機衛星就是以立方星為衛星平臺,用智能手機進行控制的新型衛星。2013年2月,英國薩瑞衛星公司研制的全球第一顆智能手機衛星升空。它是一個3U的立方體納衛星,除了太陽能電池板和推進系統外,它具有傳統衛星的所有部件和功能,是全球第一個采用3D打印零件進入太空的航天器。
     
           背景資料:天舟一號
     
           天舟一號貨運飛船,由中國空間技術研究院(中國航天科技集團五院)研制的一款貨運飛船,也是中國首個貨運飛船。天舟一號的成功發射,將是我國載人航天工程“三步走”戰略計劃“第二步”的收官之作。
     
           作為貨運飛船,天舟一號的首要任務就是運輸航天員所需的生活工作必需品,以及空間站所需的推進劑等。天舟一號在近地軌道上的運載能力為6.5噸左右,高于俄羅斯聯邦航天局研制的進步號M型(2.5噸)以及日本宇宙航空研究開發機構的H-II運載飛船(6.0噸)。
     
           但是,如果你認為天舟一號僅僅是“太空貨物的搬運工”那就大錯特錯了,天舟一號還有以下幾個非常重要的任務。
     
           開展空間科學實驗
     
           天舟一號上總共搭載了40臺設備,在獨自飛行的三個月內,要進行13項太空試驗。空間應用系統將在天舟一號上開展多項科學實驗研究及技術驗證試驗,其中——
     
           “非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證”獲得的試驗結果將為我國“衛星重力測量”、“空間引力波探測”等空間計劃提供重要支撐;
     
           “主動隔振關鍵技術驗證”將為空間站高微重力實驗平臺研制奠定技術基礎;
     
           “兩相系統實驗平臺關鍵技術研究”將在歐空局相關項目之前實施,有望使我國在此領域率先獲得科學成果和實驗技術的突破;
     
           “微重力對細胞增殖和分化影響研究”項目研究微重力等環境對干細胞增殖分化、生殖細胞分化及骨組織細胞結構功能的影響,成果有望應用于心臟、肝臟疾病的治療、器官移植、生殖健康,以及預防和治療骨質變化疾病等方面。
     
           實現“太空加油”
     
           天舟一號將與天宮二號將首次實施推進劑在軌補加。
     
           “太空加油”看似簡單,卻是公認的世界性難題,目前掌握了在軌推進劑補加技術的國家僅有俄羅斯和美國,其中真正應用在軌加注的國家只有俄羅斯。另外歐空局、日本等國家也在這個領域進行著積極的探索,國際競爭非常激烈。
     
           天舟一號作為我國全新設計的貨運飛船,擁有兩個獨立設計的推進劑儲箱,不僅為天宮二號攜帶一箱推進劑,用于自身控制的推進劑也可以進行“轉讓”,推進劑補加能力約為2噸。在飛行中將多次開展補加推進劑試驗,熟練掌握和控制該項技術,為我國空間站的建立提供能源支持。
     
    快速交會對接
     
           在天舟一號上天前,我國掌握的交會對接技術需要耗時長達兩天時間,天舟一號將首次使用自主交會對接技術,可以將以前的兩天時間縮短為6個小時,大大減少了過程中的資源消耗,比如軌道資源等。也會進一步提高飛行器在軌飛行的可靠性以及航天員的舒適度,更大程度地保障未來空間站的安全。
     
           值得一提的是,自主快速交會對接,需要超遠程精確控制能力,比針尖對麥芒都困難。
     
    主動離軌受控隕落
     
           一般衛星完成使命后,隨著推進劑消耗殆盡,衛星失去動力,運行軌道將會慢慢降低,直到落入大氣層被燒毀,在這個過程中,會產生一部分軌道碎片(太空垃圾),有可能成為未來航天器的殺手。
     
           天舟一號在降落的過程中,將全程經由地面飛行控制人員控制,主動離開既定軌道,墜落在預定的安全海域。天舟一號的受控降落,不僅減少了離軌過程中的不確定因素,而且還避免自身成為太空垃圾,可以為打造潔凈安全的太空環境盡了自己最后的一份力。
     



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