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天舟一号成功释放立方星:10厘米小身材却有大智慧

时间:2017年08月03日 信息来源:澎湃新闻网 点击: 【字体:

8月1日有个大新闻,或许你没注意到—— 

8月1日15时03分,天舟一号货运飞船成功在轨释放一颗立方星,随即地面成功捕获立方星。 

本次试验是我国首次通过飞船系统采用在轨储存方式释放立方星,完成了非火工品装置的分离解锁技术、部署发射器与立方星间接口匹配技术以及部署发射器制造的材料和工艺保证技术验证,为后续我国空间站开展微纳卫星部署发射及在轨服务奠定了技术基础。 

本次在轨释放的立方星为标准3U结构,安装在立方星在轨部署发射器内,于今年4月20日随天舟一号货运飞船发射升空,已在轨储存104天,该星的主要任务是开展相关航天新技术试验验证。 

没看懂?没关系,小新为您详解,这件事牛在哪儿。 

10厘米的立方星:小块头有大智慧 

随着微电子、微机械、纳米等技术的发展和卫星设计思想的创新,卫星正变得越来越小。按重量划分—— 

500至1000千克的为小型卫星 

100至500千克的叫微小卫星 

10至100千克的是微型卫星 

1至10千克的叫纳卫星 

0.1至1千克的叫皮卫星 

重量小于0.1千克的叫飞卫星 

1999年,美国斯坦福大学教授汤姆·肯尼对皮卫星提出了一种新概念——立方星,其重量为1千克,体积为10厘米×10厘米×10厘米(也叫1U)。由若干颗立方星(若干个U)可以组成立方体纳卫星。此后,这两种小卫星得到了飞速发展。随着小卫星技术的日新月异,小卫星产业也逐渐成为世界航天活动高速发展的主要驱动力和重要发展领域,正孕育着未来航天发展的重大变革。 

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用途广 

立方星或立方体纳卫星可广泛用于通信广播、对地观测、科技试验等各个领域。目前,世界上有多家研究机构与企业在专门研制、生产和供应标准化、模块化的立方星。仅几年时间,立方星就已从创新概念、系统设计、技术实现、飞行实验发展到具体空间应用,发射数量也快速攀升。不少国家通过立方星圆了“航天梦”。2013年,厄瓜多尔和秘鲁成功发射自主研制的立方体纳卫星,实现了本国首颗卫星的突破。 

成本低 

立方星技术的迅猛发展和发射方式增多,与其低成本密不可分。与建造成本动辄上亿美元的传统大卫星相比,立方星的成本可谓沧海一粟。目前,“一箭多星”发射已成为立方星发射的主流方式。今年,印度创造了“1箭104星”的世界纪录,其中大多数是立方星或立方体纳卫星。此种发射方式大大提高了发射利用率,降低了单星发射成本和进入太空的门槛,活跃了商业发射市场。 

另外,立方星还可通过国际空间站机械臂附加的小卫星释放装置到太空。从国际空间站上释放的立方星振动更小,有助于降低设计难度和生产成本,并可充分利用有人参与的优势,在站上进行测试和一定程度的维修,甚至根据需求进行组装。 

好操控 

在立方星基础上还出现了手机卫星。所谓手机卫星就是以立方星为卫星平台,用智能手机进行控制的新型卫星。2013年2月,英国萨瑞卫星公司研制的全球第一颗智能手机卫星升空。它是一个3U的立方体纳卫星,除了太阳能电池板和推进系统外,它具有传统卫星的所有部件和功能,是全球第一个采用3D打印零件进入太空的航天器。 

背景资料:天舟一号 

天舟一号货运飞船,由中国空间技术研究院(中国航天科技集团五院)研制的一款货运飞船,也是中国首个货运飞船。天舟一号的成功发射,将是我国载人航天工程“三步走”战略计划“第二步”的收官之作。 

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作为货运飞船,天舟一号的首要任务就是运输航天员所需的生活工作必需品,以及空间站所需的推进剂等。天舟一号在近地轨道上的运载能力为6.5吨左右,高于俄罗斯联邦航天局研制的进步号M型(2.5吨)以及日本宇宙航空研究开发机构的H-II运载飞船(6.0吨)。 

但是,如果你认为天舟一号仅仅是“太空货物的搬运工”那就大错特错了,天舟一号还有以下几个非常重要的任务。 

开展空间科学实验 

天舟一号上总共搭载了40台设备,在独自飞行的三个月内,要进行13项太空试验。空间应用系统将在天舟一号上开展多项科学实验研究及技术验证试验,其中—— 

“非牛顿引力实验检验的关键技术验证”获得的试验结果将为我国“卫星重力测量”、“空间引力波探测”等空间计划提供重要支撑; 

“主动隔振关键技术验证”将为空间站高微重力实验平台研制奠定技术基础; 

“两相系统实验平台关键技术研究”将在欧空局相关项目之前实施,有望使我国在此领域率先获得科学成果和实验技术的突破; 

“微重力对细胞增殖和分化影响研究”项目研究微重力等环境对干细胞增殖分化、生殖细胞分化及骨组织细胞结构功能的影响,成果有望应用于心脏、肝脏疾病的治疗、器官移植、生殖健康,以及预防和治疗骨质变化疾病等方面。 

实现“太空加油” 

天舟一号将与天宫二号将首次实施推进剂在轨补加。 

“太空加油”看似简单,却是公认的世界性难题,目前掌握了在轨推进剂补加技术的国家仅有俄罗斯和美国,其中真正应用在轨加注的国家只有俄罗斯。另外欧空局、日本等国家也在这个领域进行着积极的探索,国际竞争非常激烈。 

天舟一号作为我国全新设计的货运飞船,拥有两个独立设计的推进剂储箱,不仅为天宫二号携带一箱推进剂,用于自身控制的推进剂也可以进行“转让”,推进剂补加能力约为2吨。在飞行中将多次开展补加推进剂试验,熟练掌握和控制该项技术,为我国空间站的建立提供能源支持。 

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快速交会对接 

在天舟一号上天前,我国掌握的交会对接技术需要耗时长达两天时间,天舟一号将首次使用自主交会对接技术,可以将以前的两天时间缩短为6个小时,大大减少了过程中的资源消耗,比如轨道资源等。也会进一步提高飞行器在轨飞行的可靠性以及航天员的舒适度,更大程度地保障未来空间站的安全。 

值得一提的是,自主快速交会对接,需要超远程精确控制能力,比针尖对麦芒都困难。 

主动离轨受控陨落 

一般卫星完成使命后,随着推进剂消耗殆尽,卫星失去动力,运行轨道将会慢慢降低,直到落入大气层被烧毁,在这个过程中,会产生一部分轨道碎片(太空垃圾),有可能成为未来航天器的杀手。 

天舟一号在降落的过程中,将全程经由地面飞行控制人员控制,主动离开既定轨道,坠落在预定的安全海域。天舟一号的受控降落,不仅减少了离轨过程中的不确定因素,而且还避免自身成为太空垃圾,可以为打造洁净安全的太空环境尽了自己最后的一份力。 

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(作者:佚名)
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