天舟六號：太空運貨世界最強煉成記

文/宋皓薇 攝/宋勇杰 史嘯

5 月10 日21 時22 分，文昌航天發射場，天舟六號貨運飛船由長征七號運載火箭發射升空。飛船入軌后順利完成狀態設置，5 月11 日5 時16 分成功對接于空間站天和核心艙后向端口，轉入組合體飛行段。

今年，我國正式開啟載人空間站應用與發展工程。作為該階段首次發射的航天飛行器，“天舟六號”還是首艘改進型天舟貨運飛船，承擔著空間站物資保障、在軌支持和空間科學試驗的任務。與“前輩”不同，我國新批次貨運飛船（“天舟六號”到“天舟十一號”）將呈現新面貌，釋放出更多潛能，在未來空間站任務中的應用前景將更加廣闊。

▲ 長征七號運載火箭發射天舟六號貨運飛船

▲ 航天員喜迎空間站到貨

“天舟”改了哪兒？

密封艙貨物裝載空間由18.1 立方米增加至22.5 立方米，裝載能力由5.5 噸增加至6.7 噸；整船物資裝載能力由6.9 噸提高至7.4 噸，上行載貨比由0.51 提高至0.53——這些數據顯示，天舟六號貨運飛船的運輸能力比“兄長們”有了顯著提升。改進后的“天舟”是世界現役貨運飛船中運輸能力最強的，載貨比也是最高的。

盡管同為貨物艙加推進艙的兩艙構型，但天舟六號貨運飛船的密封艙裝載空間更大，后錐段密封艙能“進人”了。

航天科技集團五院天舟六號貨運飛船副總指揮李志輝介紹，天舟貨運飛船的貨物艙由前錐段、柱段、后錐段組成。以往，天舟一號到天舟五號貨運飛船的推進艙中，前錐段和柱段作為密封艙相互連通，后錐段部分則是非密封艙，通過球底隔開。

天舟六號貨運飛船則將球底挪到了后錐段下部，使得三段全部連通。由此，貨物艙密封艙裝載空間增加了4.4 立方米，裝載能力增加了1.2 噸。與空間站對接后，人可以直接進入后錐段密封艙，航天員取貨更加方便。

此外，推進艙的貯箱數量由8 個減少至4 個，原來安裝在貨物艙后錐段的儀器設備全部移至推進艙內。這既減輕了100 多千克重量，又為貨物艙釋放了珍貴的裝載空間。

本次天舟六號貨運飛船攜帶了3人280 天的航天員生活物資、平臺維修備件及各類試驗載荷上天，裝載貨物約260 件，上行補加推進劑700 千克，運輸物資總重約5.8 噸。

超規貨物也能運

今年是我國空間站應用與發展工程元年。從某種意義上講，天舟貨運飛船上行能力將提升空間站應用與發展的高度。隨著上行運輸能力提升，新批次天舟貨運飛船發射頻次由2 年4 發降低至2 年3 發，提高了空間站工程綜合效益。

五院貨運飛船系統總體主任設計師雷劍宇介紹，隨著以“天舟六號”為代表的貨運飛船全密封型譜升級換代，天舟貨運飛船全密封、半密封半開放、全開放3 個型譜結構更為合理、分工更為明晰：全密封型譜滿足空間站常規任務和日常需求；半密封型譜突出大型艙外設備和試驗載荷運輸能力，主要執行應急維修任務；全開放型譜實現超大型試驗載荷整體運輸，支持空間站發展重大科學任務能力。

改進后的飛船不但增強了常規貨物運輸能力，而且為超規格大尺寸大質量、嚴苛運輸保障要求的特殊貨物和試驗載荷運送提供了諸多便利條件。

以本次運輸的空間站電推進氙氣瓶組件為例，這一組件重約160 千克，是目前貨運飛船為我國空間站運送的單件最重貨物，可以給空間站補充更多“燃料”。貨運飛船和空間站對接后，航天員把氙氣瓶拆下來，通過出艙活動，安裝在夢天實驗艙艙外。

▲ 天舟六號貨運飛船實施了諸多改進

▲ 中國空間站最新狀態示意圖

不過，160 千克在太空環境中“很輕”，在地面裝載卻不容易。研制團隊制定了詳細工藝方案，設計了專用的艙內安裝工裝，在北京進行整船裝載和測試驗證，最終在發射場一步安裝到位。

如何做到“一步正樣”？

天舟六號到天舟十一號貨運飛船仍然采取組批研制生產模式。相比上一批次飛船，天舟六號貨運飛船整船改動較大。研制團隊在保質量、保成功的情況下提高效率，做到了“一步正樣”，即從產品設計、生產測試、試驗，再到最后飛上太空的，都是同一艘飛船。

“研制團隊在地面開展大量從元器件級、單機級到整船級的試驗驗證工作，以高質量保證成功；通過數字化研制生產，以及批量訂貨、規模化生產等多種方式，提高效率。”李志輝說。

在新批次飛船研制工作中，研制隊伍扎實推動包括元器件、原材料、基礎機電產品全鏈條全方位自主可控，國產型號規格比例和數量比例均有大幅提升，實現了關鍵元器件100%國產化。

▲ 科研人員繁忙工作中

此外，天舟六號貨運飛船采用相控陣中繼終端，替代了定向中繼終端，制造周期和成本都大幅降低；測控系統軟件和硬件全面升級，完全依靠北斗系統實現自動導航。

團隊在飛船研制過程中積極落實“數字航天”戰略，開展全流程數字化設計生產和仿真試驗工作，單艘飛船的研制周期縮短了6 個月。通過重新設計布局，天舟六號貨運飛船推進艙內貯箱減少了一半。設備的增減并非簡單挪移，而是體現了設計師“螺螄殼里做道場”的匠心巧思。同時，天舟六號貨運飛船推進艙實現了單艙力學試驗和整船力學試驗的一次通過，充分發揮了數字模型仿真在產品研制道路上的加速器作用。

▲ 貨運飛船被裝入火箭整流罩

上行貨物種類更多

“注重應用效益”是我國空間站的鮮明特點。此次天舟貨運飛船運送的“貨物”與以往大不相同。

李志輝介紹，在?？靠臻g站期間，天舟六號貨運飛船有4 項主要任務：實施物資補給、配合完成空間站組合體姿態和軌道控制、開展空間科學實驗、下行廢棄物并受控隕落。

眾所周知，國家太空實驗室具有平臺規模大、能力可拓展、實驗設施可升級、載荷可更換等優勢，能夠為航天醫學實驗、空間科學研究與應用、航天技術試驗等多個領域的科學實驗和技術試驗提供得天獨厚的條件。此次天舟六號貨運飛船攜帶的“貨物”就包括不少實驗樣品。

空間應用系統副總設計師、中國科學院空間應用工程與技術中心研究員呂從民介紹，空間應用系統通過天舟六號貨運飛船上行實（試）驗載荷、實驗單元及樣品、共用支持類設備、實驗耗材和備品備件等，共計98 件產品，總重量約714 千克。

▲ 研制人員祝福任務順利

貨運飛船與空間站完成快速交會對接后，由航天員將上述產品轉運至空間站艙內，按飛行任務規劃陸續開展空間生命科學與生物技術、微重力流體物理與燃燒科學、空間材料科學、空間應用新技術試驗等4 個領域共29項科學實驗和應用試驗。

此外，作為國家級太空實驗室和國際科技合作交流平臺，中國空間站在國際合作方面同樣前景廣闊。中國載人航天工程辦公室與聯合國外空司共同遴選的首批實驗項目，計劃于今年開始陸續上行，在中國空間站開展實驗研究。

雷劍宇指出：“改進后的‘天舟’運輸能力大幅提升，上行有余量，未來可以非常從容地支持這些實驗項目。這也為后續空間站的應用與發展打下了良好的基礎?！?/p>

“孵化器”支持在軌試驗

除了向太空實驗室運送物資外，“天舟”本身也具備開展近地空間搭載試（實）驗的能力。天舟系列貨運飛船秉承“一次飛行，多方收益”的全局發展理念，作為空間“孵化器”和實驗平臺，支持新技術、新科學、新應用領域開拓。

本次任務中，天舟六號貨運飛船以開放姿態聯合國內科研院所、大學，開展了超臨界流載荷、“連理衛星”、新型激光雷達3 項在軌飛行試驗。其中，中科院力學所牽頭研制的超臨界流載荷，建立微重力環狀熱毛細對流體系，開展空間熱對流失穩多級演化等科學問題研究?！斑B理衛星”由大連理工大學設計制造，為20 千克級亞米級高分率遙感衛星。中電集團的新型激光雷達采用組合化小型化設計，作用距離更遠，精度更高。

“搭載飛行試驗載荷、開展空間技術試驗是‘天舟’的主要任務之一。每次飛行任務中，飛船都會搭載一些在軌試驗項目載荷。我們主動幫助相關科研機構解決上行運輸及在軌相關問題，分享工程研制經驗。目前看來，工作很有成效，試驗載荷的質量和數量都在穩步提升?！崩讋τ钫f。

火箭更可靠更高效

長征七號運載火箭副總設計師馬忠輝介紹，本次發射的長七遙七火箭采用零窗口發射技術，按照入軌精度參數，最晚可將窗口拓展至推遲120秒發射；采用二級發動機結構增強方案，可靠性進一步提升。目前，長七火箭飛行可靠性評估值達到了0.9871，居世界前列。

由于天舟六號貨運飛船技術狀態變化較多，裝載液體和裝載貨物不同，改變了質量分布。火箭團隊根據有關變化，對剛度、彈性等特性及火箭飛行姿態控制等項目做了細致分析，精益求精。比如，長七火箭第二級有 4 臺發動機，安裝在一個機架下面。考慮到火箭運載能力超出任務要求，為提高可靠性，火箭團隊加強機架，增重54 千克，讓火箭飛得更穩。

▲ 長七火箭蓄勢待發

從立項之初，長七火箭一直在提高效率方面做出典型舉措。本次任務中，長七火箭的測控流程從27 天進一步壓縮到25 天，實現了立項論證之初的目標，火箭狀態更加穩定。如今，長七火箭的發射場工作時間相比首飛時壓縮了 13 天，縮短了1/3，在國際上處于優秀水平。

長七火箭是我國首款實現全三維設計、制造的液體運載火箭。面向空間站應用與發展工程任務以及后續發射需求，研制團隊持續推行去任務化工作，通過統型設計和組批投產推動降本增效。后續，長七火箭還將持續執行天舟貨運飛船發射任務，保障空間站穩定運行，同時搭配遠征上面級，執行其他衛星發射任務。

馬忠輝介紹，未來，長七火箭將開展發動機、閥門密封性、整流罩等產品可靠性提升工作，同時開展火箭智能化提升，進一步提高飛行可靠性和安全性。