對(duì)接成功！5月30日5時(shí)01分，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船采用自主快速交會(huì)對(duì)接模式精準(zhǔn)對(duì)接于天和核心艙后向端口。

天地運(yùn)輸，穩(wěn)定可靠！一起來(lái)看看完成此次不凡之旅的“天舟二號(hào)”有哪些使命任務(wù)和技術(shù)亮點(diǎn)——

把航天員和空間站

所需物資送上天

此次拜訪“天宮”空間站，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船帶了哪些貨物？在軌期間要完成哪些任務(wù)呢？中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司五院天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船系統(tǒng)研制團(tuán)隊(duì)做了詳細(xì)解答。

物資6.8噸，糧草先行

兵馬未動(dòng)，糧草先行。“天舟二號(hào)”的載貨比為0.51，處于國(guó)際領(lǐng)先水平。飛船此行的主線任務(wù)是把航天員和空間站所需的物資送上天，物資包括推進(jìn)劑和貨包兩大類(lèi)。

天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船為“貨艙+推進(jìn)艙”兩艙構(gòu)型，推進(jìn)艙不僅要滿(mǎn)足自身動(dòng)力需求，還要為空間站天和核心艙在軌運(yùn)行補(bǔ)加燃料；貨艙則要滿(mǎn)足航天員生活、工作的需求，本次飛行攜帶了160多個(gè)貨包、200多件貨物。

“有兩件寶貝疙瘩很特殊?！毙煨∑浇榻B，本次運(yùn)輸?shù)呢浳镏杏袃商缀教靻T艙外服，每件重100多公斤。它們是航天員執(zhí)行艙外任務(wù)的必備物資。

其他貨品都安安穩(wěn)穩(wěn)裝進(jìn)包裹，整齊碼在貨格里，運(yùn)送這兩件“異形”艙外服則需要額外安裝支撐點(diǎn)，保護(hù)服裝胸腔部的薄壁結(jié)構(gòu)。徐小平說(shuō)：“貨艙總共40個(gè)格子，這倆寶貝就占了8個(gè)?！?/p>

“5組20個(gè)氣瓶，是空間站的耗材。”天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船系統(tǒng)主管設(shè)計(jì)師王冉介紹，這些氣瓶看起來(lái)和普通的氧氣瓶很像，但材料安全性更好，里面裝著氧氣、空氣、氮?dú)獾雀黝?lèi)氣體。身處真空環(huán)境中，人體平時(shí)無(wú)意識(shí)中呼吸的氣體變成珍貴資源。必要時(shí)，這些氣體將為空間站補(bǔ)足氣壓。

“在天上，水資源也很珍貴。”王冉補(bǔ)充，進(jìn)入空間站的水要裝進(jìn)軟體水囊中，本次上行的十幾個(gè)水囊不僅滿(mǎn)足日常用水需求，還可以電制解氧。

6.8噸重的物資送上天，總體遵循“重心靠下，質(zhì)心在中間”的原則，160多個(gè)貨包按照航天器質(zhì)量特性“排座次”。

“像在超市一樣，每個(gè)貨有固定的位置?！碧熘鄱?hào)貨運(yùn)飛船系統(tǒng)機(jī)械總體負(fù)責(zé)人賈東永介紹，貨艙縱向分為4個(gè)象限，橫向劃分為ABCD4層，每個(gè)貨包按坐標(biāo)編號(hào)查找，同時(shí)貨包上有二維碼，掃描后可查看包里的具體貨物。

食物、水、衣物、清潔濕巾……除了保障航天員的衣食住行，天舟二號(hào)還攜帶了一部分科學(xué)試驗(yàn)載荷、空間站建設(shè)需要使用的備份艙門(mén)。王冉補(bǔ)充：“火箭和貨運(yùn)飛船的運(yùn)輸能力越強(qiáng)，就越能為空間站作出更大的貢獻(xiàn)?！?/p>

貨運(yùn)飛船除了運(yùn)輸生活物資外，還要給空間站“加油”，也就是補(bǔ)加推進(jìn)劑。貨船系統(tǒng)有多個(gè)“油箱”，推進(jìn)劑可在密封艙外通過(guò)管路運(yùn)輸，與密封艙隔離，保證航天員在艙內(nèi)的安全。

貨包定位取用，專(zhuān)業(yè)天地運(yùn)輸

“貨包使用的布料添加了螃蟹殼，能有效抗菌?！蓖跞浇榻B，日常生活中，地面臟了掃地、衣服臟了洗凈晾干，在空間站微重力、密閉環(huán)境中，同樣的一塊布料蹭臟了很難清理，這樣的環(huán)境對(duì)貨包布料要求更加苛刻。

研制團(tuán)隊(duì)針對(duì)貨物裝載需求進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)市面上常用的布料無(wú)法滿(mǎn)足要求，于是自行研發(fā)了特種殼聚糖纖維布。

顧名思義，“特種”布料是為了太空旅行專(zhuān)門(mén)研制的，要經(jīng)受抗菌、防霉、阻燃、低揮發(fā)等各項(xiàng)指標(biāo)考驗(yàn)，有很好的承載能力，力學(xué)性能優(yōu)良；殼聚糖纖維布是從螃蟹、蝦的甲殼中提取出抗菌成分，再利用特殊纖維紡織工藝生產(chǎn)出的布料。

為了充分利用裝載空間，貨船艙內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，利用蜂窩板形成一個(gè)個(gè)貨格，每個(gè)貨格都可以裝載多個(gè)規(guī)格的貨包。

“貨運(yùn)飛船對(duì)口單位太多了，空間站核心艙、航天員系統(tǒng)、科研機(jī)構(gòu)、高校，大家的需求是多樣的?！蓖跞浇榻B，為了讓整船裝載效率更高，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了26種規(guī)格的貨包。

按照型譜化設(shè)計(jì)思路，貨包分大、中、小不同尺寸規(guī)格，根據(jù)不同需求，長(zhǎng)寬、形狀各異。為了適應(yīng)貨運(yùn)飛船的圓形艙體結(jié)構(gòu)，研制團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)出梯形、楔形等形狀；為對(duì)異形產(chǎn)品、敏感光學(xué)器件進(jìn)行特殊保護(hù)，團(tuán)隊(duì)借鑒飛機(jī)座椅的安全鎖扣，使每個(gè)貨包都能被穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)固定住、單手簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單取下來(lái)。

“不僅要大小布局合理、重量均衡，最重要的是方便航天員取用?！毙煨∑娇偨Y(jié)。

“就像大家出差，航天員入艙后第一天是最難的，吃的、用的都要現(xiàn)找?！毙煨∑秸f(shuō)，這對(duì)航天員是挑戰(zhàn)，對(duì)貨運(yùn)飛船也是挑戰(zhàn)。賈東永補(bǔ)充道：“不能讓航天員吃一袋宮保雞丁都要翻半天?！?/p>

在軌運(yùn)行一年，“天舟二號(hào)”作為儲(chǔ)藏室，既要保障航天員日常生活、工作物資隨取隨用，還要收納廢棄物、人體排泄物，最終離軌墜入大氣層燒毀。

“我們有密封的‘小轎車(chē)’，也有開(kāi)放的‘皮卡車(chē)’?！毙煨∑浇榻B，天舟貨運(yùn)飛船的貨物艙有全密封、半密封半開(kāi)放、全開(kāi)放多種類(lèi)型，可以滿(mǎn)足不同尺寸、各種類(lèi)型的貨物運(yùn)輸需求。

以人為本，天舟初心

“我們要做好后勤保障服務(wù)?！毙煨∑秸f(shuō)，從航天員使用角度出發(fā)，貨運(yùn)飛船要通過(guò)醫(yī)學(xué)、工效學(xué)評(píng)價(jià)，艙內(nèi)壓力、噪音、照明燈照度、操作空間等都被納入評(píng)價(jià)范圍，全方位保障航天員在空間站的健康生活。

“真正以航天員為本，考慮他們的需求。”賈東永介紹，工效學(xué)是評(píng)價(jià)體系中的重要一環(huán)，主要研究生產(chǎn)系統(tǒng)中人、機(jī)器和環(huán)境之間的關(guān)系。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，空間站中的儀器、設(shè)備、布局環(huán)境都會(huì)影響航天員在軌工作效率。研制團(tuán)隊(duì)希望天舟貨運(yùn)飛船能在有限空間內(nèi)讓航天員方便地生活、工作。

“第一，不能對(duì)航天員有損傷，第二，要易于操作?！辟Z東永舉例，在地球上丟垃圾，只需要扔進(jìn)垃圾桶再打包，一個(gè)人就能完成；在天上扔垃圾則復(fù)雜多了，因?yàn)槲⒅亓Νh(huán)境下，人、垃圾、垃圾袋一起浮在空中。首先航天員要固定自己，再騰出手來(lái)收拾垃圾，經(jīng)過(guò)壓縮抽空等特殊處理后，把垃圾固定到貨艙指定位置。這一系列操作可能需要兩個(gè)人配合。

空間站將在軌運(yùn)營(yíng)10年以上。賈東永補(bǔ)充：“關(guān)注航天員的居住環(huán)境，后續(xù)還有許多改進(jìn)的空間?！?/p>

秉持航天人“少花錢(qián)、多辦事”的傳統(tǒng)，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船在保證主線任務(wù)圓滿(mǎn)完成的同時(shí)，在軌期間還將擇機(jī)完成交會(huì)對(duì)接、雙向并網(wǎng)、機(jī)械臂在軌試驗(yàn)等支線任務(wù)。

“天舟二號(hào)”物資運(yùn)輸?shù)氖姑瓿珊?，還將驗(yàn)證空間站機(jī)械臂在軌操控技術(shù)，為實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位做鋪墊。天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師周志勇介紹，航天器對(duì)接機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、機(jī)械臂是3套獨(dú)立的裝置，對(duì)接機(jī)構(gòu)可以分別與另外兩套機(jī)構(gòu)配合，完成空間站艙段轉(zhuǎn)移動(dòng)作。

爭(zhēng)當(dāng)技術(shù)“急先鋒”，天舟系列貨運(yùn)飛船與空間站幾乎同時(shí)立項(xiàng)。貨運(yùn)飛船加緊步伐，于2017年完成“天舟一號(hào)”發(fā)射任務(wù)，驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)、固定流程。徐小平說(shuō)：“貨船的后勤保障能力穩(wěn)定，空間站才能在軌道上待得安穩(wěn)。”

更高效、更智能、

更持久、更適應(yīng)? ?

縱覽中國(guó)空間站建設(shè)全局，天舟貨運(yùn)飛船的主要任務(wù)目標(biāo)是穩(wěn)定可靠運(yùn)輸貨物。在此基礎(chǔ)上，“天舟二號(hào)”還將對(duì)多項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)進(jìn)行在軌驗(yàn)證，確保高效率支撐空間站建設(shè)運(yùn)行任務(wù)。

“互相充電”，能源利用更高效

空間站天和核心艙和天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船都安裝了并網(wǎng)控制器。上天前，空間站核心艙與“天舟二號(hào)”是兩套獨(dú)立的能源系統(tǒng)；對(duì)接后，并網(wǎng)供電系統(tǒng)為船站間互相輸送電能資源，“1+1>2”,實(shí)現(xiàn)組合體能源的高效利用。

“就好比兩個(gè)手機(jī)，既可以單獨(dú)充電，還可以互相充電?！碧熘鄱?hào)貨運(yùn)飛船系統(tǒng)電總體負(fù)責(zé)人于磊介紹，復(fù)雜航天器的陽(yáng)光遮擋情況復(fù)雜，如果單個(gè)航天器能量不足，另一個(gè)可以及時(shí)補(bǔ)充。

?？靠臻g站期間，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船處于休眠狀態(tài)，自身能源需求不大，太陽(yáng)翼提供的能源供給大部分時(shí)段較為充足，富余的電能可以為航天員活動(dòng)提供保障，同時(shí)支撐一些電能消耗較大的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

“一直要負(fù)責(zé)到離軌?！庇诶诮榻B，天舟二號(hào)上天后需要在多個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)完成指定動(dòng)作。牽一發(fā)而動(dòng)全身，航天器每多做一項(xiàng)動(dòng)作，就要相應(yīng)多安裝一個(gè)模塊，全船信息系統(tǒng)就要多一個(gè)布局，每個(gè)關(guān)鍵動(dòng)作都是能源監(jiān)視最緊張的時(shí)候。

“發(fā)射只是任務(wù)開(kāi)始，‘天舟二號(hào)’在軌期間，每個(gè)試驗(yàn)疊加成功，才是最終的成功。”于磊說(shuō)。

據(jù)介紹，雙向并網(wǎng)需要通過(guò)地面發(fā)送程序指令，對(duì)接成功后，“天舟二號(hào)”和空間站天和核心艙將擇機(jī)開(kāi)展雙向并網(wǎng)在軌驗(yàn)證。

一天16次循環(huán)，“動(dòng)力源泉”不停工

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

電源分系統(tǒng)是貨運(yùn)飛船翱翔宇宙的“動(dòng)力源泉”，太陽(yáng)電池翼暴露在艙外，蓄電池隱藏在艙體內(nèi)，兩部分配合為整船供電。

中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司八院承擔(dān)天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船電源分系統(tǒng)研制任務(wù)，八院試驗(yàn)隊(duì)電源分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師王振緒介紹：“‘天舟二號(hào)’太陽(yáng)電池翼主要有兩個(gè)功能，發(fā)電滿(mǎn)足整艘貨船的供電要求，同時(shí)給蓄電池充電?！?/p>

當(dāng)貨運(yùn)飛船逐漸進(jìn)入陰影區(qū)域，太陽(yáng)電池翼無(wú)法接收陽(yáng)光，貨運(yùn)飛船上的3組鋰離子蓄電池開(kāi)始為整船供電，直到太陽(yáng)電池翼進(jìn)入陽(yáng)光照射范圍供電、充電，電源系統(tǒng)進(jìn)入下一次循環(huán)。

“實(shí)際情況更復(fù)雜，‘天舟二號(hào)’與空間站核心艙對(duì)接后，可能會(huì)被核心艙遮擋?！蓖跽窬w介紹，太陽(yáng)電池翼會(huì)經(jīng)歷多次“進(jìn)影”和“出影”，如果長(zhǎng)時(shí)間充放電不均衡，電池壽命會(huì)減損，甚至沒(méi)辦法工作。

據(jù)科研人員測(cè)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(shí)長(zhǎng)約為54分鐘，太陽(yáng)電池翼每天要經(jīng)歷約16次明暗交替循環(huán)。“我們對(duì)產(chǎn)品有信心?！蓖跽窬w介紹，貨運(yùn)飛船太陽(yáng)電池翼技術(shù)成熟度高，產(chǎn)品散熱性能好，能抵御高低溫的循環(huán)沖擊；鋰離子蓄電池與核心艙采用相同方案，經(jīng)過(guò)至少10000次地面循環(huán)驗(yàn)證，能支撐貨運(yùn)飛船全壽命周期使用。

“我們優(yōu)化了太陽(yáng)電池翼的布局和蓄電池的充電控制策略，能適應(yīng)空間站建設(shè)中復(fù)雜的遮擋工況。”王振緒說(shuō)。

“如果太空垃圾擊中太陽(yáng)電池翼怎么辦？”記者追問(wèn)。

“首先擊中概率小，其次即使被小的太空碎片擊中，太陽(yáng)電池翼的單個(gè)電池板是獨(dú)立運(yùn)行的，對(duì)整個(gè)電源分系統(tǒng)供電影響較小?！蓖跽窬w說(shuō)，團(tuán)隊(duì)有充分的信心迎接挑戰(zhàn)。

33次撞擊，從8噸到180噸

“兩個(gè)航天器在太空要連在一起，主要依靠對(duì)接機(jī)構(gòu)?！卑嗽簩?duì)接機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師丁立超介紹，捕獲、緩沖、剛性連接……對(duì)接機(jī)構(gòu)完成一系列規(guī)定動(dòng)作后，互相獨(dú)立的航天器才能連成一體，共同組成復(fù)雜的中國(guó)空間站。

空間站建設(shè)就像搭積木一樣，貨運(yùn)飛船、載人飛船、實(shí)驗(yàn)艙都要與核心艙對(duì)接，積木越壘越多，質(zhì)量不斷疊加。丁立超解釋?zhuān)骸皣嵨辉酱?，撞擊能量越大，?duì)接機(jī)構(gòu)要消耗的能量越大?！?/p>

“天舟一號(hào)”與“天宮二號(hào)”對(duì)接是13噸對(duì)8噸，首次在太空開(kāi)展相關(guān)技術(shù)驗(yàn)證；本次任務(wù)中，“天舟二號(hào)”要與22噸的空間站核心艙對(duì)接，后續(xù)還要和總重超過(guò)30噸的航天器組合體對(duì)接。

“天舟二號(hào)”做了一些適應(yīng)性改變，丁立超介紹：“所有改進(jìn)都要適應(yīng)核心艙?！?/p>

除了完成運(yùn)輸物資主線任務(wù)，“天舟二號(hào)”還承擔(dān)了多條支線任務(wù)，其中需要完成4次對(duì)接動(dòng)作，為空間站后續(xù)建設(shè)做技術(shù)驗(yàn)證。

貨運(yùn)飛船入軌后，按計(jì)劃8個(gè)多小時(shí)即可自主完成與核心艙的交會(huì)對(duì)接；航天員進(jìn)入核心艙后，要手控遙操作，在核心艙內(nèi)控制貨運(yùn)飛船完成對(duì)接動(dòng)作；貨運(yùn)飛船從后向?qū)雍诵呐摵螅€要調(diào)頭繞飛到前向，完成后續(xù)動(dòng)作，并配合核心艙機(jī)械臂進(jìn)行轉(zhuǎn)位試驗(yàn)。

“每多對(duì)接一次，風(fēng)險(xiǎn)就增加一次?！倍×⒊J(rèn)為，這也是貨運(yùn)飛船的使命，要為其他航天器升空做先期驗(yàn)證。

“我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室完成了33次捕獲緩沖試驗(yàn)?！卑嗽?05所對(duì)接機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師邱華勇介紹，8噸、22噸、74噸、180噸，產(chǎn)品對(duì)接能力穩(wěn)步通過(guò)地面驗(yàn)證。

“之前交會(huì)對(duì)接環(huán)節(jié)很多依靠地面干預(yù)?！庇诶诮榻B，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船完成交會(huì)對(duì)接動(dòng)作主要依賴(lài)地面測(cè)控，“比如貨運(yùn)飛船發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)機(jī)，開(kāi)機(jī)時(shí)長(zhǎng)、開(kāi)機(jī)點(diǎn)位都要靠地面指令，測(cè)控人員壓力很大。”

在硬件條件不變的前提下，快速交互對(duì)接系統(tǒng)提前安排好入軌后的動(dòng)作時(shí)序，節(jié)省指令在天地間傳達(dá)的時(shí)間，也免去地面臨時(shí)注入程序的流程，貨運(yùn)飛船可及時(shí)找準(zhǔn)與空間站核心艙交會(huì)的切入點(diǎn)，于磊說(shuō)：“交會(huì)對(duì)接的速度更快了?！?/p>

最直觀的是，軟件性能提升后，交會(huì)對(duì)接階段地面飛控人員能從高度緊張的狀態(tài)中解放出來(lái)，于磊說(shuō)：“希望能讓飛控人員發(fā)揮所長(zhǎng)，完成更有挑戰(zhàn)性、創(chuàng)新性的工作?！?/p>

承重、防曬，給發(fā)動(dòng)機(jī)撐起“遮陽(yáng)傘”

天舟貨運(yùn)飛船可以簡(jiǎn)單分為貨物艙與推進(jìn)艙，貨物艙主要負(fù)責(zé)上行貨包，推進(jìn)艙為飛船提供動(dòng)力、為核心艙補(bǔ)加燃料。

天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船推進(jìn)艙有8個(gè)400升金屬膜片貯箱，其中4個(gè)裝燃燒劑、4個(gè)裝氧化劑，推進(jìn)劑滿(mǎn)載重量3.5噸左右。天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船任務(wù)就已成功對(duì)在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船在此基礎(chǔ)上，將在軌驗(yàn)證空間站核心艙前向推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)。

八院試驗(yàn)隊(duì)推進(jìn)艙總裝設(shè)計(jì)師馮宇說(shuō)：“推進(jìn)艙還有一個(gè)重要作用——承重?！?/p>

起飛前，貨運(yùn)飛船豎直向上站立在地面，點(diǎn)火起飛時(shí)，處在下層的推進(jìn)艙不僅要承擔(dān)燃料和貨艙的重量，還要考慮振動(dòng)問(wèn)題。

在總裝階段，團(tuán)隊(duì)既要考慮到每臺(tái)單機(jī)設(shè)備在上升段承受的過(guò)載，還要滿(mǎn)足熱控“冷熱均衡”的要求，同時(shí)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(gè)分系統(tǒng)都考慮到了，我們的設(shè)計(jì)就是合理的?！瘪T宇總結(jié)。

在天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船任務(wù)期間，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在對(duì)日偏航狀態(tài)下，飛船尾部被太陽(yáng)直射，在運(yùn)行環(huán)境和艙段設(shè)計(jì)的雙重作用下，發(fā)動(dòng)機(jī)噴管溫度較高。

“這次，我們給發(fā)動(dòng)機(jī)噴管打了遮陽(yáng)傘?！瘪T宇介紹，推進(jìn)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(shí)改善艙內(nèi)組件輻射換熱環(huán)境。

來(lái)源/中國(guó)航天報(bào)

文/中國(guó)航天報(bào)記者 胡藍(lán)月

圖/航天科技集團(tuán)五院?中國(guó)航天報(bào)資料圖

編輯/賀喜梅 姜瓊瓊

審核/李淑姮監(jiān)制/索阿娣