空間站的“貨運(yùn)專列”
——揭秘天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船

天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船（圖/新華社）

空間站天和核心艙迎來(lái)第一位“訪客”。5月29日，由中國(guó)航天科技集團(tuán)五院抓總研制的天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船在海南文昌發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射，并在約8小時(shí)后，與天和核心艙順利實(shí)現(xiàn)快速交會(huì)對(duì)接。

與神舟載人飛船不同，天舟貨運(yùn)飛船只運(yùn)貨、不送人。那么，這輛“貨運(yùn)專列”帶去了什么物資？運(yùn)輸能力有多強(qiáng)？快速交會(huì)對(duì)接如何實(shí)現(xiàn)？

遠(yuǎn)不止“送貨”這么簡(jiǎn)單

6月17日，我國(guó)成功發(fā)射神舟十二號(hào)載人飛船，3名航天員乘坐飛船入駐天和核心艙，并在那里工作、生活3個(gè)月。為了滿足航天員日常生活所需，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船提前出發(fā)，滿載著貨物奔向天和核心艙。

天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船的神秘“包裹”里裝了啥？首先是食物補(bǔ)給，太空餐桌上的美食“花樣”不少，魚(yú)香肉絲、宮保雞丁等特色菜肴供應(yīng)充足。航天員進(jìn)行太空行走必備的艙外航天服，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船也貼心送到。這些艙外航天服重100多公斤，共有6層，具有防輻射、防高低溫、壓力調(diào)整等作用，還具備生命保障系統(tǒng)。

“包裹”里的貨物，遠(yuǎn)不止航天員日常所需物品，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船的使命也不僅限于此。

“空間站在地球低軌道運(yùn)行，會(huì)受到殘存大氣阻力的影響而逐漸降低軌道高度。所以，在空間站軌道降低到一定高度時(shí)，必須提升它的軌道高度，這就需要加注燃料。此次天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船攜帶了3噸推進(jìn)劑，它們將在空間站的軌道維持方面發(fā)揮重要作用?！比珖?guó)空間探測(cè)技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩說(shuō)。

除了能“送貨”“加油”，天舟二號(hào)還能給空間站充電。據(jù)專家介紹，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船具有獨(dú)立的能源系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)能源的自給自足?？坎纯臻g站期間，天舟二號(hào)處于休眠狀態(tài)，自身能源需求小，富余出來(lái)的電能可以輸送到空間站，為航天員活動(dòng)提供保障，并支撐一些電能消耗較大的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

此外，空間站建成后，平臺(tái)設(shè)施的搭建安裝等所需材料都要基于貨運(yùn)飛船的運(yùn)輸?！柏浳镄遁d后，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船也可以用作空間站的附加活動(dòng)室，有些國(guó)家的航天員甚至還在里面休息?！饼嬛普f(shuō)，未來(lái)，貨運(yùn)飛船的用途將越來(lái)越廣。

運(yùn)輸能力強(qiáng)

天舟二號(hào)作為貨運(yùn)飛船，運(yùn)輸能力自然是衡量其本領(lǐng)的重要指標(biāo)。

中國(guó)航天科技集團(tuán)五院天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船總體副主任設(shè)計(jì)師雷劍宇介紹，目前世界上現(xiàn)役的貨運(yùn)飛船中，最大運(yùn)載能力超過(guò)5噸的只有兩型，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船就是其中之一。

天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船運(yùn)貨能力強(qiáng)，得益于科學(xué)的設(shè)計(jì)。

天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船由貨物艙和推進(jìn)艙組成，采用型譜化、模塊化設(shè)計(jì)思想開(kāi)展平臺(tái)構(gòu)型和布局設(shè)計(jì)。同時(shí)，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船嚴(yán)格控制平臺(tái)自身重量，最大程度提高貨物運(yùn)輸能力——發(fā)射重量13.5噸，運(yùn)輸能力則達(dá)到6.9噸，超過(guò)了飛船自重。

據(jù)專家介紹，為了打造出貨物上行效率高、綜合任務(wù)能力強(qiáng)的貨運(yùn)飛船，研科團(tuán)隊(duì)提出了貨物裝載、結(jié)構(gòu)、熱控一體化設(shè)計(jì)，高效率能量傳輸及立體信息網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)方案，解決了多功能要求下平臺(tái)輕量化的設(shè)計(jì)難題。

160多件包裹、兩件分別重100多公斤的艙外航天服、3噸推進(jìn)劑……天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船“大肚能容”，也離不開(kāi)智慧的布局。為了讓天舟裝載效率更高，科研團(tuán)隊(duì)根據(jù)貨運(yùn)飛船的圓形艙體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出26種不同尺寸規(guī)格、不同形狀的貨包。同時(shí)，飛船艙內(nèi)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，利用蜂窩板搭起了貨格，以裝載不同規(guī)格的貨包。為了保護(hù)好貨包并方便航天員取用，每個(gè)貨包都用被類似飛機(jī)座椅的安全鎖扣固定，航天員單手就可以取下來(lái)。

單送貨物效率高

5月末發(fā)射貨運(yùn)飛船，6月份發(fā)射載人飛船，兩次發(fā)射時(shí)間間隔非常之近，為什么貨物和航天員要分開(kāi)運(yùn)送？?jī)纱伟l(fā)射任務(wù)合二為一，豈不是更加方便且節(jié)約成本嗎？

早在20世紀(jì)70年代，蘇聯(lián)就開(kāi)始建造空間站。但是，當(dāng)空間站建成運(yùn)行后，空間站的燃料及航天員的能量補(bǔ)給嚴(yán)重不足，蘇聯(lián)便嘗試使用人貨混裝的載人飛船解決此問(wèn)題。但這種載人飛船每次只能為空間站運(yùn)送幾百千克的貨物，效率低下，成本也極高。無(wú)奈之下，航天專家嘗試將“聯(lián)盟號(hào)”載人飛船改造成“進(jìn)步一號(hào)”貨運(yùn)飛船，直接向空間站運(yùn)送貨物，效果反而出人意料的好。

從此，不少國(guó)家積極發(fā)展貨運(yùn)飛船，也正因?yàn)檫@些“專職”的貨運(yùn)飛船，空間站在軌長(zhǎng)期載人航天的需求被大大滿足，人類在太空駐留的時(shí)間才得以不斷刷新。

龐文浩指出，每次我國(guó)發(fā)射神舟載人飛船滿載3人時(shí)，只能攜帶約300千克貨物。而此次天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船以最小的結(jié)構(gòu)重量達(dá)到最大的運(yùn)輸能力，載荷比超過(guò)了50%，這項(xiàng)重要指標(biāo)位居世界第一。

8小時(shí)就可安全運(yùn)抵

從地面“發(fā)貨”到太空順利“簽收”，僅耗時(shí)約8小時(shí)，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船憑借快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)完成了這一壯舉。

采用標(biāo)準(zhǔn)模式交會(huì)對(duì)接，從貨運(yùn)飛船進(jìn)入軌道，再到追上空間站完成對(duì)接，整個(gè)過(guò)程大概需要繞地球飛行30多圈，運(yùn)行兩天多的時(shí)間。而采用快速交會(huì)對(duì)接模式只需繞地球運(yùn)行4圈，大大減少了耗時(shí)。如此一來(lái)，載人飛船的快速救援、空間站的應(yīng)急維修、資源的供給調(diào)動(dòng)都會(huì)更加靈活、及時(shí)。

為了實(shí)現(xiàn)快速交會(huì)對(duì)接，研科團(tuán)隊(duì)突破了航天器自主導(dǎo)航測(cè)軌、定軌、自主快速制導(dǎo)等技術(shù)，將復(fù)雜的算法和遠(yuǎn)距離導(dǎo)引技術(shù)工程化，把原來(lái)遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段需要地面干預(yù)的工作交由航天器的星上計(jì)算機(jī)自主運(yùn)行，并創(chuàng)新性地提出了可控阻尼的控制思路，以緩沖大噸位航天器對(duì)接過(guò)程中產(chǎn)生的撞擊能量。

在經(jīng)過(guò)500多次仿真分析和300多次地面試驗(yàn)后，研究人員充分驗(yàn)證了阻尼器的各項(xiàng)功能和性能指標(biāo)，使原本8噸的對(duì)接能力提升到74噸，乃至180噸，大大提升了大型航天器對(duì)接的可靠性和安全性。（本刊綜合）