如何“打包”去太空

龐丹 羅維瑋 毛凌野 時小丹

2021年，中國空間站建造大幕全面拉開，兩批航天員先后進(jìn)入空間站工作和生活，中國進(jìn)入空間站時代。渺茫太虛萬里遠(yuǎn)，此心安處是吾鄉(xiāng)。中國航天員在首個“太空別墅”里的生活成為大家最為關(guān)注的焦點(diǎn)。你是不是也好奇，那些生活物資是如何被“打包”運(yùn)往太空的呢？

區(qū)分天宮、天和、天舟和神舟

天舟貨運(yùn)飛船太空飛行模擬圖（供圖/ 中國航天科技集團(tuán)五院）

天舟貨運(yùn)飛船研制現(xiàn)場圖（供圖/中國航天科技集團(tuán)五院）

天舟貨運(yùn)飛船，是中國空間站工程的重要組成部分，是向中國空間站運(yùn)輸物資、補(bǔ)給燃料并下行廢棄物的使者，其主要任務(wù)是運(yùn)載貨物，為空間站補(bǔ)充物資，同時預(yù)留空間站上的廢棄物于返程時銷毀。此外，它還可以配合空間站進(jìn)行組合和姿態(tài)控制，協(xié)助開展貨運(yùn)飛船能力的技術(shù)性實(shí)驗(yàn)。中國航天科技集團(tuán)五院的技術(shù)人員全面加強(qiáng)了平臺方案和貨運(yùn)方案的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計和可靠性設(shè)計，讓天舟貨運(yùn)飛船實(shí)現(xiàn)了高效多能、高度自主、高可靠性和高安全性的設(shè)計目標(biāo)，總體性能達(dá)到國際先進(jìn)水平。

2021年5月29日20時55分，由中國航天科技集團(tuán)五院抓總研制的天舟二號貨運(yùn)飛船成功發(fā)射，天和核心艙迎來首位“訪客”。9月20日，由中國航天科技集團(tuán)五院抓總研制的天舟三號貨運(yùn)飛船在中國文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射，與天和核心艙和天舟二號組合體實(shí)現(xiàn)自主快速交會對接，太空再舞“華爾茲”。

天舟貨運(yùn)飛船由貨物艙和推進(jìn)艙組成，采用型譜化、模塊化設(shè)計思想開展平臺構(gòu)型和布局設(shè)計。

以天舟二號貨運(yùn)飛船為例，作為中國空間站工程建造階段的首艘飛船，其發(fā)射重量13.5噸，運(yùn)貨能力6.9噸，在軌壽命不少于1年，供電能力不小于2700瓦。

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，中國航天科技集團(tuán)五院研制團(tuán)隊(duì)提出了貨物裝載/結(jié)構(gòu)/熱控一體化設(shè)計、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輕量化設(shè)計難題，全面實(shí)現(xiàn)了推進(jìn)劑在軌加注、貨物運(yùn)輸、全自主快速交會對接、載荷支持和在軌試驗(yàn)等功能。

作為貨運(yùn)飛船，運(yùn)載能力自然是第一評估要素。天舟二號貨運(yùn)飛船雖然攜帶大量貨物，但所有貨物擺放十分規(guī)律，其貨架看似與普通貨架無異，所有的細(xì)節(jié)和構(gòu)型都經(jīng)過科學(xué)分析，中間留出通道，航天員可在貨架中順暢通行，拿取貨物。

空間站應(yīng)用了地面的物流技術(shù)，借鑒國內(nèi)物流先進(jìn)的管理技術(shù)，航天員通過掃描二維碼，便能獲得貨物的位置信息和產(chǎn)品信息。同時，該系統(tǒng)還能動態(tài)掌控產(chǎn)品的庫存數(shù)量，讓空間站貨物一分一厘的變化都被記錄下來，從而確保航天員的工作生活更輕松便捷。

作為天舟二號貨運(yùn)飛船的“親兄弟”，天舟三號的任務(wù)是空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證及建造階段的第二次貨物運(yùn)輸應(yīng)用性飛行。貨運(yùn)飛船為滿載狀態(tài)，運(yùn)載了可支持3名航天員6個月的在軌駐留物資、空間站備份設(shè)備、空間科學(xué)載荷等貨物。此外，還攜帶了補(bǔ)加推進(jìn)劑等上行物資，在?？科陂g具備并網(wǎng)供電能力，可以為空間站提供供電支持。天舟三號本次帶貨的特點(diǎn)就是“貴”！

太空是一個接近真空的環(huán)境，航天員在空間站內(nèi)生存需要適宜的大氣環(huán)境，所以有一樣特殊的貨物，就是氣瓶。它由特種復(fù)合材料制成，可以充至300倍大氣壓力，這樣充1瓶氧氣就能供航天員使用很長時間。

航天員長期在空間站駐留生活離不開寶貴的水資源。天舟三號這次帶了多組水箱，用于航天員飲水和使用。這些水箱均采用由輕質(zhì)、柔軟材料制成的“水囊”包裝，不僅可以保證飲水安全，還可以在飲水用盡后更好地進(jìn)行收納。

天舟三號帶的貨物里最“金貴”的就是艙外航天服了，這套裝備重達(dá)90多千克，主要功能是為航天員提供太空中生存所需的供氧、調(diào)溫、輻射防護(hù)等。貨運(yùn)飛船系統(tǒng)為了上行運(yùn)輸這套裝備，專門設(shè)計了艙外服支架，保證其運(yùn)輸過程中不會被損壞“一針一線”。

?天舟三號貨運(yùn)飛船結(jié)構(gòu)圖

除了這些特殊貨物，天舟三號貨運(yùn)飛船攜帶的其他貨物都是用標(biāo)準(zhǔn)化、型譜化的貨包裝載的。這些貨包不僅具有良好的力學(xué)承載性能，還有抗菌、防霉、阻礙燃燒、無有害氣體揮發(fā)等多個優(yōu)點(diǎn)。

研發(fā)適合貨運(yùn)飛船貨包材料的靈感源于螃蟹的殼。經(jīng)過大量探索和試驗(yàn)，科研人員從螃蟹殼里提取了一種特有成分，經(jīng)過特殊工藝、特殊制作，研發(fā)出性能優(yōu)異的天舟貨包材料。

在科研人員的不斷努力下，天舟貨運(yùn)飛船的裝載密度逐漸增大，貨物在發(fā)射場安裝的效率變得更高，整船裝載能力更強(qiáng)。而且經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計等“精裝修”，貨運(yùn)飛船的貨格“外墻面”也更加舒適、美觀，能給航天員提供更加舒適的環(huán)境。

?天舟貨運(yùn)飛船研制現(xiàn)場圖（供圖/中國航天科技集團(tuán)五院）

搭乘神舟載人飛船來到天和核心艙的航天員們，要在“太空之家”生活幾個月，因此要為他們備足各種物資，方便他們在太空里的“衣食住行”和工作。以天舟二號送去的“快遞”中的生活物資為例，其中比較特別的有以下幾樣：

1.空間站上的“中式美食”。食物不僅有主副之分，講究葷素搭配，更有獨(dú)特的風(fēng)味，甚至人人皆知的魚香肉絲、宮保雞丁……都出現(xiàn)在航天員的“太空餐桌”上。

2.推進(jìn)劑。在對接期間，它可以為天和核心艙進(jìn)行燃料加注與姿態(tài)控制。值得一提的是，天和核心艙推進(jìn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了完全自主補(bǔ)加，不再需要地面指令干預(yù)或是航天員的輔助。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)資料等。均由航天員在軌取出并安裝。