空間站的“貨運(yùn)專列”

編者按：

天舟二號挑起“太空快遞員”的重任，為中國空間站提供補(bǔ)給，為航天員日后在太空的生活與工作提供保障;神舟十二號載人飛船順利升空，中國人首次進(jìn)入自己的空間站，開啟3個月的太空生活;白鶴灘水電站帶著中國“基建狂魔”之勢，身披多項(xiàng)世界之最，實(shí)現(xiàn)了首批機(jī)組的投產(chǎn)發(fā)電……這一項(xiàng)項(xiàng)科技創(chuàng)新，為建黨百年獻(xiàn)上最珍貴的生日祝福！

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

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)？快速交會對接如何實(shí)現(xiàn)？

遠(yuǎn)不止“送貨”這么簡單

6月17日，我國成功發(fā)射神舟十二號載人飛船，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個月。為了滿足航天員日常生活所需，天舟二號貨運(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，必須提升它的軌道高度，這就需要加注燃料。此次天舟二號貨運(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。”全國空間探測技術(shù)首席科學(xué)傳播專家龐之浩說。

除了能“送貨”“加油”，天舟二號還能給空間站充電。據(jù)專家介紹，天舟二號貨運(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。靠泊空間站期間，天舟二號處于休眠狀態(tài)，自身能源需求小，富余出來的電能可以輸送到空間站，為航天員活動提供保障，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。“貨物卸載后，天舟二號貨運(yùn)飛船也可以用作空間站的附加活動室，有些國家的航天員甚至還在里面休息。”龐之浩說，未來，貨運(yùn)飛船的用途將越來越廣。

運(yùn)輸能力強(qiáng)

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

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

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

天舟二號貨運(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。同時，天舟二號貨運(yùn)飛船嚴(yán)格控制平臺自身重量，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，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的設(shè)計難題。

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……天舟二號貨運(yùn)飛船“大肚能容”，也離不開智慧的布局。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)計出26種不同尺寸規(guī)格、不同形狀的貨包。同時，飛船艙內(nèi)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特殊設(shè)計，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。

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)射時間間隔非常之近，為什么貨物和航天員要分開運(yùn)送？兩次發(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。無奈之下，航天專家嘗試將“聯(lián)盟號”載人飛船改造成“進(jìn)步一號”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，空間站在軌長期載人航天的需求被大大滿足，人類在太空駐留的時間才得以不斷刷新。

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

8小時就可安全運(yùn)抵

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

采用標(biāo)準(zhǔn)模式交會對接，從貨運(yùn)飛船進(jìn)入軌道，再到追上空間站完成對接，整個過程大概需要繞地球飛行30多圈，運(yùn)行兩天多的時間。而采用快速交會對接模式只需繞地球運(yùn)行4圈，大大減少了耗時。如此一來，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)動都會更加靈活、及時。

為了實(shí)現(xiàn)快速交會對接，研科團(tuán)隊(duì)突破了航天器自主導(dǎo)航測軌、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接過程中產(chǎn)生的撞擊能量。

在經(jīng)過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噸的對接能力提升到74噸，乃至180噸，大大提升了大型航天器對接的可靠性和安全性。（本刊綜合）■