不久前,在神舟十九号载人飞行任务新闻发布会上,中国载人航天工程新闻发言人林西强正式公布了两个入选空间站低成本货物运输系统的方案,其中一个就是轻舟货运飞船方案。“轻舟”货运飞船长什么样?都有哪些技术上的突破?未来将承担哪些任务?总台记者独家探访↓
总台央视记者 李宁:在“轻舟”货运飞船的货物舱,有一些标准的货柜,“轻舟”货运飞船可以运送航天员生活的物资、科学实验设备、科学载荷等,它的整个空间是27立方米。
“轻舟”货运飞船采用一体化单舱构型,大空间将进一步降低中国空间站上行货物运输成本,增强上行货物运输灵活性。此外,研发团队还提出了多种载荷方案,提供可选的大容量冰箱,以及辅助智能货物运输管理系统。
中国科学院微小卫星创新研究院轻舟货船总师 常亮:冷链是我们的一个特色,我们专门为货运飞船配备了可配置的冷链箱,有差别化的送货方式,1.8吨到2吨多的运力。未来,航天员需要的大量的物资,蔬菜水果,可以通过这样一艘船来为航天员提供服务。
此外,“轻舟”货运飞船还具备智能、灵活的特点。可以搭载各种试验载荷,支持有人或无人参与的空间科学载荷和多种在轨试验,同时采用滚动生产,发射一套备份一套,支持更快、更多地点发射,以满足更多特殊需求。
中国科学院微小卫星创新研究院轻舟货船总师 常亮:我们做了大量的智能的设计,比如说未来想要取东西,会有一个在轨的智能识别和航天员可以进行语音交互,这样能提高航天员对货物取送的效率,以及整个对货物处理的效率。
记者了解到,负责“轻舟”货运飞船研制的中科院微小卫星创新研究院此前曾经研制过神舟七号、天宫二号的伴随卫星,这是他们第三次承担我国载人航天的任务,目前工程进展顺利。
中国科学院微小卫星创新研究院轻舟货船总指挥 舒嵘:现在我们不仅完成了包括货运飞船、运载火箭发射支持等一系列方案设计和关键技术验证工作,同时我们也探索了一些新的技术,如天地一体化物流链,自动存取货等,秉承生产一代同时研制下一代的传统,为提供更好的服务做好准备。目前我们正在开展初样的试飞货运飞船的研制工作,同时我们也为各种科学实验或者搭载留了丰富的接口。
“轻舟”货运飞船:保障可靠性 降低成本
除了智能灵活等特点,“轻舟”货运飞船还需要满足一个条件——低成本,作为我国首款低成本货运飞船,如何在保障可靠性的前提下降低成本是个不小的挑战。
“轻舟”项目相关负责人告诉记者,轻舟货运飞船是载人航天项目,高安全和高可靠是前提,目前他们院已经完成了129颗卫星的研制工作,研制团队有非常丰富的卫星的研制经历,以及载人航天工程的经验。对他们来说,有很多措施和方法可以保障轻舟飞船可靠性,如何保障可靠性前提下降低成本才是关键。
中国科学院微小卫星创新研究院轻舟货船总师 常亮:我们现在建了一个整个的生产链,包括我们承担了星网、G60(互联网卫星)等各种各样的商业卫星,因为它是批量生产,成本会降低。未来的发展方向就是再进一步从生产的角度来控制,把成本降得更低。
除了生产环节之外,“轻舟”货运飞船还会优化研制流程和发射场流程等,提高效率,降低时间成本。同时,还将引入商业航天理念。
中国科学院微小卫星创新研究院轻舟货船总指挥 舒嵘:国内的商业航天处于一个快速成长阶段,轻舟的货运飞船这个系统将引入商业航天的理念,来推动新思路、新器件、新材料等在航天领域的快速迭代与应用。也期待社会上更多的人参与到轻舟货运飞船中,形成良好的经济和社会效益。
力箭二号将承担“轻舟”货运飞船发射任务
作为一个低成本货运系统,除了飞船,还有一个重要的伙伴就是火箭。承担“轻舟”货运飞船发射任务的力箭二号有哪些特点?为何它适合“轻舟”货运飞船?
总台央视记者 李宁:大家都非常关心“轻舟”货运飞船将由哪一款火箭来执行发射任务,就是这一款“力箭二号”,它的近地轨道的运载能力超过了10吨,这款火箭目前研制进展一切顺利,预计在明年的9月份将执行它的首飞任务,来发射“轻舟”货运飞船的初样。
力箭二号是中科宇航自主研发的一款中型液体运载火箭,通用芯级直径3.35米,总长53米,其起飞重量625吨,起飞推力766吨,具备太阳同步轨道、近地轨道、转移轨道发射能力,具备大运力、高可靠、低成本等特点,同时,还在积极研发可重复使用技术。
中科宇航技术总监 廉洁:一共是9台发动机,然后通过开芯一级3台单台的一台发动机,实现整体的回收。我们采用的这种模块化回收方式可以大大降低成本,同时助推器和芯级是可以直接互换的,因为它的结构形式设计的是完全相同的,我们整个的研制过程中降低了生产的费用,提高了生产的能力。
廉洁介绍,目前,力箭二号火箭已经完成了工程研制阶段设计工作,完成全部箭上与地面产品投产,正在陆续开展各系统产品验收,组织实施大型地面试验。
中科宇航技术总监 廉洁:未来还要开展火箭的模态试验,二级和一级的动力系统试车,这两项试验完成之后,我们就具备了转往飞行试验阶段的一个条件,就开始正式进入首飞倒计时。
力箭二号:箭船配套研制新模式
火箭和飞船就像交通工具和乘客,研制团队不同,研制流程不同,但是对于同属于低成本货运系统的两方来说,就需要有更紧密的配合,这对于传统的研发模式带来了新的改变。
李新宇是中科宇航的副总裁,长期从事火箭的研制工作,他告诉记者,传统的运货服务是空间站需要货物,要提前订购货船和火箭,各自付费,而轻舟货运飞船采用“货到付款”的方式,物资送达空间站,按照物资重量付费,运费中就包含了货船和火箭的费用,这样就将火箭和飞船的利益捆绑在了一起。
中科宇航副总裁 李新宇:采购发射服务,也就是采购这么多载荷,就给这么多服务费,这是一种新的方式。比如说这次工程总体就是明确了两个飞船的方案,由两个飞船去选择火箭,那么火箭在比对方案优化过程中,就要拿自己的优势来说话,拿自己降低成本的真金白银来说话,这样对我们提出了一个更高的挑战。
采购方式的改变也带来了生产流程的改变,力箭二号在研制过程中,就和“轻舟”货运飞船在结构设计、操作流程、测试、测控等方面开展了一体化的工作。针对轻舟货运飞船冷链运输的要求,进行了发射流程的大幅缩减。
中科宇航技术总监 廉洁:冷链运输的时间点非常苛刻,我们做了相应的船和箭一体化的联合的优化设计,还有在飞行过程当中,我们火箭和船的一体化的测控,发射周期得到了极大简化,发射成本得到了极大降低。
专家:低成本高要求 “轻舟”应用场景广阔
研制低成本货运飞船是一个巨大考验,因为它必须在确保安全可靠的前提下,实现成本大幅降低。专家表示,中国商业航天的快速发展,具备了应对这种挑战的底气,未来低成本货运还会有更丰富的应用场景。
总台央视记者 李宁:低成本货物运输系统的技术指南,对运力、成本、安全等方面,都提出了具体的要求。例如,要求货物运输航天器密封舱货物上行能力不小于1.8吨;货物运输成本不大于1.2亿元/吨;具备受控再入大气层的能力等等。
国际宇航联合会空间运输委员会主席 杨宇光:我们的要求是非常严格的,一般的飞行器有变轨的能力,有控制自己姿态的能力,就可以了。而对于要给空间站送货的飞行器来说,它不但要有常规的姿态控制和轨道控制能力,还要具备三个自由度的前后上下左右微调的能力。只有具备了这样的能力,才能够精确地去接近空间站,才有可能去和它对接或者说靠泊,这也是一个必要的技术基础。
杨宇光告诉记者,这些高要求对于研制单位来说,既是挑战也是机遇。研制团队需要在保证强度的同时最大限度减轻重量,实现高度自主的对接和返回可靠性保证,在降低成本的同时确保安全性,同时缩短发射准备周期,只有在技术上取得突破,才能满足任务需求,实现低成本与高可靠性的统一。
国际宇航联合会空间运输委员会主席 杨宇光:我们不是为了建站而建站,而是为了进行各种各样的科学实验和应用研究,未来可能会有一些时效性非常高的载荷,要求很快上行到空间站。对于轻舟来说,低成本的特点,响应速度也是非常快的,能够很好满足这种短平快、即时达的需求,对于进一步拓宽我们能够进行的科学实验的范围,以及提高我们这些科学实验的层次,都有很大的好处。
随着新型低成本货运飞船的研制和投入使用,我国航天应用场景将变得更加丰富。