技術亮點：更高效、更智能、更持久、更適應

縱覽中國空間站建設全局，天舟貨運飛船的主要任務目標是穩定可靠運輸貨物。在此基礎上，“天舟二號”還將對多項技術改進進行在軌驗證，確保高效率支撐空間站建設運行任務。

“互相充電”能源利用更高效

空間站天和核心艙和天舟二號貨運飛船都安裝了并網控制器。上天前，空間站核心艙與“天舟二號”是兩套獨立的能源系統；對接后，并網供電系統為船站間互相輸送電能資源，“1+1＞2”,實現組合體能源的高效利用。

“就好比兩個手機，既可以單獨充電，還可以互相充電。”天舟二號貨運飛船系統電總體負責人于磊介紹，復雜航天器的陽光遮擋情況復雜，如果單個航天器能量不足，另一個可以及時補充。

停靠空間站期間，天舟二號貨運飛船處于休眠狀態，自身能源需求不大，太陽翼提供的能源供給大部分時段較為充足，富余的電能可以為航天員活動提供保障，同時支撐一些電能消耗較大的科學實驗。

“一直要負責到離軌。”于磊介紹，天舟二號上天后需要在多個關鍵節點完成指定動作。牽一發而動全身，航天器每多做一項動作，就要相應多安裝一個模塊，全船信息系統就要多一個布局，每個關鍵動作都是能源監視最緊張的時候。

“發射只是任務開始，‘天舟二號’在軌期間，每個試驗疊加成功，才是最終的成功。”于磊說。

據介紹，雙向并網需要通過地面發送程序指令，對接成功后，“天舟二號”和空間站天和核心艙將擇機開展雙向并網在軌驗證。

一天16次循環“動力源泉”不停工

在天上，貨運飛船最顯眼的就是兩只“翅膀”，太陽電池翼電池板在陽光照射下反射出尖銳的光線。

電源分系統是貨運飛船翱翔宇宙的“動力源泉”，太陽電池翼暴露在艙外，蓄電池隱藏在艙體內，兩部分配合為整船供電。

上海航天技術研究院承擔天舟二號貨運飛船電源分系統研制任務，試驗隊電源分系統主任設計師王振緒介紹：“‘天舟二號’太陽電池翼主要有兩個功能，發電滿足整艘貨船的供電要求，同時給蓄電池充電。”

當貨運飛船逐漸進入陰影區域，太陽電池翼無法接收陽光，貨運飛船上的3組鋰離子蓄電池開始為整船供電，直到太陽電池翼進入陽光照射范圍供電、充電，電源系統進入下一次循環。

“實際情況更復雜，‘天舟二號’與空間站核心艙對接后，可能會被核心艙遮擋。”王振緒介紹，太陽電池翼會經歷多次“進影”和“出影”，如果長時間充放電不均衡，電池壽命會減損，甚至沒辦法工作。

據科研人員測算，空間站在近地軌道繞地球一圈需要91分鐘，其中能接收光線照射的時長約為54分鐘，太陽電池翼每天要經歷約16次明暗交替循環。“我們對產品有信心。”王振緒介紹，貨運飛船太陽電池翼技術成熟度高，產品散熱性能好，能抵御高低溫的循環沖擊；鋰離子蓄電池與核心艙采用相同方案，經過至少10000次地面循環驗證，能支撐貨運飛船全壽命周期使用。

“我們優化了太陽電池翼的布局和蓄電池的充電控制策略，能適應空間站建設中復雜的遮擋工況。”王振緒說。

“如果太空垃圾擊中太陽電池翼怎么辦？”記者追問。

“首先擊中概率小，其次即使被小的太空碎片擊中，太陽電池翼的單個電池板是獨立運行的，對整個電源分系統供電影響較小。”王振緒說，團隊有充分的信心迎接挑戰。

33次撞擊從8噸到180噸

“兩個航天器在太空要連在一起，主要依靠對接機構。”上海航天技術研究院對接機構分系統副主任設計師丁立超介紹，捕獲、緩沖、剛性連接……對接機構完成一系列規定動作后，互相獨立的航天器才能連成一體，共同組成復雜的中國空間站。

空間站建設就像搭積木一樣，貨運飛船、載人飛船、實驗艙都要與核心艙對接，積木越壘越多，質量不斷疊加。丁立超解釋：“噸位越大，撞擊能量越大，對接機構要消耗的能量越大。”

“天舟一號”與“天宮二號”對接是13噸對8噸，首次在太空開展相關技術驗證；本次任務中，“天舟二號”要與22噸的空間站核心艙對接，后續還要和總重超過30噸的航天器組合體對接。

“天舟二號”做了一些適應性改變，丁立超介紹：“所有改進都要適應核心艙。”

除了完成運輸物資主線任務，“天舟二號”還承擔了多條支線任務，其中需要完成4次對接動作，為空間站后續建設做技術驗證。

貨運飛船入軌后，按計劃8個多小時即可自主完成與核心艙的交會對接；航天員進入核心艙后，要手控遙操作，在核心艙內控制貨運飛船完成對接動作；貨運飛船從后向對接核心艙后，還要調頭繞飛到前向，完成后續動作，并配合核心艙機械臂進行轉位試驗。

“每多對接一次，風險就增加一次。”丁立超認為，這也是貨運飛船的使命，要為其他航天器升空做先期驗證。

“我們在實驗室完成了33次捕獲緩沖試驗。”上海航天技術研究院805所對接機構分系統主任設計師邱華勇介紹，8噸、22噸、74噸、180噸，產品對接能力穩步通過地面驗證。

“之前交會對接環節很多依靠地面干預。”于磊介紹，天舟一號貨運飛船完成交會對接動作主要依賴地面測控，“比如貨運飛船發動機開機，開機時長、開機點位都要靠地面指令，測控人員壓力很大。”

在硬件條件不變的前提下，快速交會對接系統提前安排好入軌后的動作時序，節省指令在天地間傳達的時間，也免去地面臨時注入程序的流程，貨運飛船可及時找準與空間站核心艙交會的切入點。于磊說：“交會對接的速度更快了。”

最直觀的是，軟件性能提升后，交會對接階段地面飛控人員能從高度緊張的狀態中解放出來，于磊說：“希望能讓飛控人員發揮所長，完成更有挑戰性、創新性的工作。”

承重、防曬給發動機撐起“遮陽傘”

天舟貨運飛船可以簡單分為貨物艙與推進艙，貨物艙主要負責上行貨包，推進艙為飛船提供動力、為核心艙補加燃料。

天舟二號貨運飛船推進艙有8個400升金屬膜片貯箱，其中4個裝燃燒劑、4個裝氧化劑，推進劑滿載重量3.5噸左右。天舟一號貨運飛船任務就已成功對在軌推進劑補加技術進行了驗證，天舟二號貨運飛船在此基礎上，將在軌驗證空間站核心艙前向推進劑補加技術。

上海航天技術研究院試驗隊推進艙總裝設計師馮宇說：“推進艙還有一個重要作用——承重。”

起飛前，貨運飛船豎直向上站立在地面，點火起飛時，處在下層的推進艙不僅要承擔燃料和貨艙的重量，還要考慮振動問題。

在總裝階段，團隊既要考慮到每臺單機設備在上升段承受的過載，還要滿足熱控“冷熱均衡”的要求，同時盡可能減輕重量，為飛船“輕體減重”，留出余量多帶貨、多帶燃料。

“每個分系統都考慮到了，我們的設計就是合理的。”馮宇總結。

在天舟一號貨運飛船任務期間，團隊發現在對日偏航狀態下，飛船尾部被太陽直射，在運行環境和艙段設計的雙重作用下，發動機噴管溫度較高。

“這次，我們給發動機噴管打了遮陽傘。”馮宇介紹，推進艙底部加了4塊遮光板、噴上熱控白漆，有效降低噴管溫度，同時改善艙內組件輻射換熱環境。