在茫茫星海和復(fù)雜的宇宙引力中,讓火箭飛船和空間站精準(zhǔn)對接,就像是讓兩個螞蟻在沙漠中找到彼此,這是技術(shù)水平的證明。
中美俄三個航天大國在空間站的對接上,竟然拉出了極大的差距,到底是哪個國家技不如人?
空間站的交會對接需要精準(zhǔn)而快速,這是馬斯克的龍飛船一直難以克服的難點。他們給自己定的標(biāo)準(zhǔn)也很寬松,只要24小時之內(nèi)接上了就算成功。
沒想到24小時還是不夠,3月14日龍飛船上去接滯留9個月的美國宇航員,結(jié)果對接了整整28個小時。
作為對比,4月8日俄羅斯聯(lián)盟MS-27載人飛船飛往國際空間站,聯(lián)盟號采用超短雙軌道方案,對接僅用了3個多小時。
同樣是載人航天,28小時和3個小時的差距可謂是天差地別。但是俄羅斯航天集團(tuán)是國有公司,前身是俄羅斯航天局和火箭公司。
馬斯克的龍飛船作為一個民間選手跟俄羅斯的國家隊比可能不公平,但是美國航天局更不行。美國兩位宇航員滯留太空9個月,就是因為NASA的火箭問題百出。
美國政府只能把這個工作外包給馬斯克,終于把人接回來了,不管再慢總算是完成了。俄羅斯的三小時對接自然是相當(dāng)?shù)膬?yōu)秀,馬斯克可能還有的學(xué)。
中國的水平則在俄羅斯與美國之間。
中國向來是國際航天領(lǐng)域的焦點,尤其是當(dāng)天舟五號貨運(yùn)飛船以2小時刷新世界紀(jì)錄后,不少人都在期待載人飛船也能實現(xiàn)這種"太空飆車"。
2小時方案相當(dāng)于開車全程油門踩到底,需要連續(xù)完成五次精準(zhǔn)的變軌機(jī)動,每一次軌道調(diào)整都要控制在毫厘之間。
這種模式對火箭入軌精度要求極高,必須保證初始軌道與空間站運(yùn)行軌跡近乎完美重合,稍有偏差就可能需要額外燃料修正。
我們的這種兩小時對接方案是用來向太空運(yùn)貨的,因為艙內(nèi)攜帶的是貨物,所以無需考慮人體承受能力,怎么樣效率最高,運(yùn)貨最快就怎么來。
畢竟運(yùn)貨這件事,要不然就一次性運(yùn)一大堆,要不然就少量多次,如果要少量多次就一定要提高速度,因此我們已經(jīng)把貨運(yùn)倉的對接速度縮短到了2小時。
天舟五號2小時對接成功后,工程師們?nèi)栽谟^察飛船結(jié)構(gòu)是否承受住高頻變軌的應(yīng)力,測試導(dǎo)航系統(tǒng)在極限狀態(tài)下的穩(wěn)定性,這些都需要時間積累數(shù)據(jù)。
而載人飛船不同于貨運(yùn)飛船,航天員需要在狹小艙體內(nèi)承受頻繁加速帶來的過載壓力,就像坐過山車時連續(xù)急轉(zhuǎn)彎,這對身體和心理都是極大考驗。
6.5小時方案雖然耗時稍長,但勝在穩(wěn)妥。這個方案將整個對接過程分解為四次主要變軌和三個關(guān)鍵停泊點,每個階段都留有充足的調(diào)整時間。
例如在最后400米接近階段,系統(tǒng)會進(jìn)行多輪數(shù)據(jù)復(fù)核,確保相對速度控制在安全范圍之內(nèi)。神舟十九和二十都選擇了6.5小時方案。
這讓人想起高鐵發(fā)展的歷程:雖然試驗時速曾達(dá)486.1公里,但商業(yè)運(yùn)營始終控制在350公里以下。
不是不能更快,而是要在速度與安全、效率與成本之間尋找最優(yōu)解。載人飛船的6.5小時方案,正是這種平衡的體現(xiàn)。
6.5小時方案比2小時方案節(jié)省約15%推進(jìn)劑,又為地面測控留出時間,即便某臺發(fā)動機(jī)突發(fā)故障,也有足夠窗口啟用備份系統(tǒng),全方位保證宇航員安全。
這個折中選擇既保留了快速響應(yīng)能力,比龍飛船節(jié)省時間,又比俄羅斯的2小時方案降低30%系統(tǒng)風(fēng)險。
值得關(guān)注的是,新一代載人飛船試驗船已采用自適應(yīng)預(yù)測制導(dǎo)算法,利用人工智能推算最優(yōu)對接路徑。
交接時間的差距其實就是飛船環(huán)繞地球的圈數(shù),中國和俄羅斯的飛船繞個四五圈就達(dá)到了速度要求,找到了對接路線,美國要繞個十幾,二十圈。
未來我們也許會縮短對接所需的速度,但是我方專家說過每一個方案都是從安全,經(jīng)濟(jì)等多個方面綜合考慮的。
在保證宇航員安全,合理消耗燃料的前提下,我們才會選擇更快的方案,否則沒必要盲目追求速度。
更重要的是在完成對接之后,宇航員能夠安全的在空間站中完成實驗。比如這次神舟二十號的宇航員就帶著一種特殊的魚類。
宇航員帶著河南兒童醫(yī)院的斑馬魚上了太空。斑馬魚是研究人類基因疾病的重要動物,這些小魚將在太空中度過43天,并完成產(chǎn)卵。
斑馬魚的密閉循環(huán)系統(tǒng)可以精確控制水溫、溶氧量,并完成自動投喂系統(tǒng),特制飼料可以滿足斑馬魚在太空食欲減退時的營養(yǎng)需求。
他們斑馬魚基因和人類十分相似,所以我們可以通過基因編輯研究遺傳病,基因病的治療。也可以研究人類基因在太空環(huán)境中的變化。
當(dāng)太空實驗發(fā)現(xiàn)某個基因?qū)构橇魇貏e有效,地面團(tuán)隊可以立即在遺傳性骨病模型上測試,這種"天地聯(lián)動"的效率傳統(tǒng)研究難以企及。
斑馬魚對先天性腎臟畸形、癲癇、房顫、癡呆,腫瘤還有人類骨頭和心臟在太空重力下的變形有重要意義。
有時候真正先進(jìn)的科技不在速度的快慢上,而是體現(xiàn)在一群游弋在宇宙的小魚身上。
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