5月29日20时55分,天舟二 货运飞船满载物资在海南文昌发射场奔赴太空,给“天和”核心舱送去了充足的补给。
载人航天工程,往天上送人还不够,还得往天上送货。天舟二 货运飞船主要承担送货的任务,涉及各类物资补给,譬如推进剂、氧气、航天员饮食以及用于天和核心舱在轨维护的设备等,以便航天员的长期在轨驻留。因此被称为“中国快递员”。
它的身后,还有这样一家“天地物流公司”,提供精准的“订制式”服务。那就是货运飞船系统工程中一个特殊的分系统——货运保障分系统。
天舟二 货运飞船成功发射 “中国快递员”背后的“天地物流公司”来自四川
这个分系统由位于四川的中国航天科技集团有限公司第七研究院第七设计部(简称七院七部)抓总研制。任务自2011年起立项,参研团队平均年龄仅32岁。继2017年4月20日天舟一 货运飞船产品圆满完成飞行任务后,这是天舟货运飞船货运保障分系统承接的第二个“大单”。
中国航天科技集团有限公司第七研究院天舟二 试验队集体照
做称职的“打包员”
之所以把货运保障分系统称为“天地物流公司”,跟它主营业务——货物装载布局与物资信息管理密不可分。“公司”要针对每一艘货运飞船的运送需求,开展上行货物的装载设计、布局配平设计、货物在轨转运支持以及下行废弃物装载制定等货物运送保障工作;要负责所有装载货物和载荷信息的统一归口管理。
货运保障分系统产品发射场联试
“快递员”的主要使命是运送货物,那舱内配置最多的就是装载各类物资、产品的货包产品。一艘船,多达上千种物资,种类繁多,大小不一,研制进度有快有慢,怎么装?用什么装?找好合适的包装是关键。
“公司”的主营业务之一就是设计和制作标准化、系列化的货包产品,为品种丰富、形状各异的物资产品提供防护包装。通过与货运飞船舱内结构的适配性货包装载设计,将货运飞船几十立方米装载空间利用得淋漓尽致。“我们的货包不仅好用、实用,还好看。” 货运飞船货运保障分系统副主任设计师李鹏介绍。
除了吃喝穿戴,天舟二 货运飞船还“打包”了大量空间站建设所需的设备。设备上行入轨,都需要根据其形状进行防护。“不仅要防护效果好、重量轻、体积小,还要满足空间站严苛的材料要求。”七院七部宇航室主任蒋琳介绍。
经过多达百余次的调试、小试、中试,团队成功研发出货包外部包装所需的和内部赋型所需的特种聚氨酯泡沫材料,满足了长期载人密闭环境下材料的选用要求,具备超低有害气体逸出、高效抗菌防霉、高阻燃、燃烧物低毒及优良的力学性能,同时具备高效的缓冲减震功能。
一艘货运飞船,一两百个货包,如何识别与管理?这时轮到智能物资信息管理系统这个“贴心收纳师”上场了。结合每个货物配置的“RFID”标签,只要扫一扫,就能知道想要的货物在哪里,管理得清清楚楚、状态分明。
神奇的“太空冰箱”
值得一提的是,本次跟随天舟二 货运飞船发往天空的还有一款叫“低温锁柜”的明星产品。我们可以通俗地称为“太空冰箱”。这是考虑到货物的低温存储需求所研发。
在距离地球400公里的外太空,在微重力环境下,传统而成熟的蒸气式压缩机制冷技术不适用。空间站物资低温储存技术究竟应该采用什么方案?需要达到哪些指标?
作为载人航天和制冷技术的双重“新丁”,七院七部设计师们经过多方调研和咨询,组建专项攻关团队,先后攻克了低功耗设计、保温设计、结构优化减重设计等重重难关,顺利通过各项试验考核,成功配套于货运飞船。
中国航天科技集团有限公司第七研究院天舟二 试验队进行发射场综合测试阶段双想讨论
“太空冰箱”作为电子单机,其电子测试任务更是“任重道远”。为保证产品万无一失,测试人员需要对产品的功能性能、船上接口,分系统间匹配性,大系统间匹配性等项目进行测试。
在一年半时间里,分系统设计师频繁奔波于北京、天津、海南发射场等地,参与完成了多次阶段测试任务。部分阶段需要整船24小时不断电测试,测试人员不分昼夜倒班工作。
经测试人员统计,分系统共参与119天整船测试工作,低温锁柜产品随船电测时长达780小时,产品运行正常。
中国航天科技集团有限公司第七研究院货运保障分系统队员为天舟二 点赞
精确的配平布局
对于“航天快递员”来说,长期困扰他们的另一大难题便是如何保持“身体平衡”。物资装载布局与配平直接影响到货运飞船的飞行安全,同时对降低推进剂消耗、提高姿态控制精度都有重要作用。
七院的飞行试验队员使用自主研发的物资装载与配平优化软件,实时更新装舱货物重量以及装船方案,调整对应的整船配平数据,确保每一轮的装载调整都符合发射要求。
七院七部软件设计师李皓伟说曾说:“货船配平工作直接影响发射成败,计算出的每一个数字都不能出错。”
配平算法是软件研制中最大的难点,不仅需要自动计算排布每一个货物的装船位置,还需要使配平结果尽可能最优。在软件研制的过程中,软件设计师阅读大量文献,和高校专家沟通取经,最终圆满完成研制任务。
在发射场,试验队员对整船上近200个货物的质量、装船位置以及货船的质量特性进行逐一检查复核,采用记录表签署留档、编制配平 告等方式跟踪记录每一次配平变化情况,保障配平工作万无一失,助力天舟二 成功发射。
天舟一 发射成功的画面宛在眼前,天舟二 快递也已送出。货运飞船货运保障分系统技术负责人陈粤海悬着的心还没放下。她说,“天舟二 第一次运输这么大量的真货物,必须等航天员上去验货、签收后才能算真正成功。”
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