天舟三号发射,为何留着天舟二号货运飞船,只是为了装垃圾?

神舟十二号航天员乘组圆满完成任务 , 顺利返回东风主着陆场 。 与天和核心舱对接的天舟二号货运飞船也完成使命 , 照理说应该脱离空间站 , 受控离轨并且在大气层中烧毁 。 因为满载6吨多物资的天舟三号货运飞船已经在海南文昌发射场整装待发 , 它将从后向对接到天舟二号现有的位置 。
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长征7号火箭发射天舟三号货运飞船
然而神舟十二号飞船返回后 , 天舟二号并没有跟着离开空间站 , 而是绕着核心舱飞了半个圈 , 重新对接在了神舟十二号原来的位置上 。 这到底是怎么回事?
有人说 , 之所以还把天舟二号留在轨道上 , 是因为要给接下来的神舟十三号宇航员装垃圾 , 等垃圾装满之后 , 就可以让它脱离、带着一船废物坠落了 。 果真是这样吗?
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天舟二号将坠入大气层
航天员在太空生活 , 他们每天都需要消耗一定数量的物资 , 吃穿用也会产生大量废弃物和排泄物 。 太空里没有下水道 , 你没办法将废物一冲了之 , 只能用特制的容器密封起来 , 定期存放在货运飞船里 。 航天员在太空中穿脏的衣服也不能拿洗衣机洗涤晾干再穿 , 空间站里水资源有限 , 用来洗衣服成本太高 , 所以内衣穿几天之后就打包扔进货运飞船 。 太空科学实验所使用的一次性工具、设备以及它们的包装 , 因为没必要保留 , 通常也都会随着货运飞船一起在大气层中烧掉 。
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空间站会有大量垃圾产生
那为什么天舟二号已经完成了任务 , 科学家依然不肯放弃它?因为本着物尽其用的原则 , 天舟二号货运飞船除了拿来运货 , 它同时也肩负着其它功能 , 以及重要的科学使命 。
天宫空间站是中国第一个空间科学技术和太空研究基地 , 尽管有之前天宫一号、天宫二号打基础 , 新的空间站无论从体量还是先进性方面都上了不止一个台阶 。 在空间站建设初期 , 我们还有许多技术需要验证 , 有许多功能需要反复实验 , 以确保万无一失 。
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目前是空间站技术验证阶段
天宫空间站在2022年将迎来两个重量级部分:20吨级的“问天号”与“梦天号”实验舱 , 这两个舱长约14.4米、最大直径达4.2米 , 但它们没有机动能力 。 空间站与实验舱的对接需要“以我为主”——由长征五号运载火箭把实验舱精确地送到空间站轨道前方 , 再由空间站慢慢加速靠近 , 对接到核心舱的前方端口上 。 实验舱对接上之后 , 航天员操控机械臂“抓住”实验舱 , 再将它转体90° , 对接到节点舱侧向的端口 , 从此固定在那里 。
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实验舱需要靠机械臂转位对接
但是中国建设空间站是“大姑娘坐轿”——头一回 , 实验舱能不能顺利转位对接 , 谁也没试过 , 机械臂好不好用?中间可能会遇到什么问题?只有实际做过才能知道 。 在实验舱发射上天之前 , 天舟二号正好可以充当这个实验品 。
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天舟二号转到前向对接
天舟二号在完成物资补给任务之后 , 地面控制人员发出指令 , 它会自动转移到核心舱前方 , 模拟未来的实验舱进行自动交会对接 , 然后停靠在节点舱前向端口 , 同时完成电路、液路对接、测试前向燃料补加 。 接下来神舟十三号飞船将对接到节点舱下方的径向端口 , 航天员进入空间站后 , 手动操纵机械臂抓住13吨的天舟二号模拟实验舱转位对接工作 。
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利用机械臂抓取天舟二号转位对接
在这些实验完成之后 , 天舟二号才算最终完成使命 , 可以用来装垃圾、择机离开空间站返回大气层了 。
天舟二号还有一个重要功能被许多人忽略:它还是空间站上的一个平衡器 。
我们知道当空间站以7.68公里/秒的速度绕地球飞行时 , 它产生的“离心力”与地球引力相互抵消 , 于是空间站会呈现“失重”状态 , 就像是漂浮在太空一样 。 这时候你哪怕是对它施加一个很小的力 , 都能让它的姿态发生变化 。 天舟三号对接在核心舱的后端 , 这两个组合体的质心(重心)位于核心舱后部 , 而节点舱位于最前端 。 当神舟十三号从侧向对接时 , 只要两个对接口一接触 , 核心舱就会发生扭转 , 这很容易造成对接失败 。