天舟一號貨運(yùn)飛船主要用途

　　天舟貨運(yùn)飛船旨在補(bǔ)給空間實(shí)驗(yàn)室以及未來中國空間站的推進(jìn)劑、空氣、航天員的飲料、食物以及用于維修空間站的更換設(shè)備，以延長空間實(shí)驗(yàn)室和空間站的運(yùn)行壽命。

　　貨運(yùn)飛船發(fā)射后會與空間實(shí)驗(yàn)室或空間站進(jìn)行自動交會對接。為空間實(shí)驗(yàn)室或空間站自動補(bǔ)加推進(jìn)劑以及空氣。飲水、食物、以其他器物設(shè)備則需駐空間實(shí)驗(yàn)室或空間站的航天員從貨運(yùn)飛船上搬運(yùn)到站內(nèi)。同時，貨運(yùn)飛船亦可充當(dāng)空間站的“垃圾桶”，航天員取出貨運(yùn)飛船升空攜帶的物品后，可將站內(nèi)的廢棄物品搬運(yùn)到貨運(yùn)飛船上，關(guān)閉氣閘后，貨運(yùn)飛船脫離空間站，返回地球時廢棄物連同貨運(yùn)飛船在大氣層中燒毀。

　　天舟一號貨運(yùn)飛船現(xiàn)實(shí)意義

　　貨運(yùn)系統(tǒng)是中國建成空間站需要突破和掌握的關(guān)鍵技術(shù)，天舟一號將使中國具備向在軌運(yùn)行航天器補(bǔ)給物資、補(bǔ)加推進(jìn)劑的能力。這一能力，是確保未來中國空間站在軌長期載人飛行的基本前提。

　　天舟一號貨運(yùn)飛船的近地軌道上行運(yùn)載能力約為6.5噸左右，高于俄羅斯聯(lián)邦航天局研制的進(jìn)步號M型(2.5噸)以及日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的H-II運(yùn)載飛船(6.0噸)，低于歐洲空間局的自動運(yùn)載飛船(7.6噸)。下行運(yùn)載能力約為6.0噸左右。載荷比即運(yùn)載貨物的質(zhì)量與貨運(yùn)飛船船體本身的質(zhì)量之比，天舟一號貨運(yùn)飛船的載荷比高達(dá)48%，高于日歐的貨運(yùn)飛船。

　　天舟一號貨運(yùn)飛船是由中國空間技術(shù)研究院研制的一款貨運(yùn)飛船，也是中國首個貨運(yùn)飛船。天舟一號具有與天宮二號空間實(shí)驗(yàn)室交會對接、實(shí)施推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加、開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)等功能。天舟一號任務(wù)則作為我國空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)的收官之戰(zhàn)。

　　我國首個太空"快遞小哥"今晚上天 帶了啥秘密

　　【觀察者網(wǎng)綜合報道】中國載人航天工程辦公室4月19日發(fā)布，經(jīng)空間實(shí)驗(yàn)室飛行任務(wù)總指揮部研究決定，瞄準(zhǔn)4月20日19時41分發(fā)射天舟一號貨運(yùn)飛船。19日下午，執(zhí)行發(fā)射任務(wù)的長征七號遙二運(yùn)載火箭開始加注推進(jìn)劑。

　　天舟一號是我國自主研制的首艘貨運(yùn)飛船，由于它只運(yùn)貨，不送人，所以被形象地稱為太空“快遞小哥”。它采用兩艙式結(jié)構(gòu)，直徑較小的是推進(jìn)艙，直徑較大的為貨物艙。其最大直徑達(dá)到3.35米，飛船全長10.6米，載荷能力達(dá)到了6.5噸，滿載貨物時重13.5噸。如果此次滿載的話，它很可能將成為中國發(fā)射進(jìn)入太空的質(zhì)量最大的有效載荷。甚至比天宮二號空間實(shí)驗(yàn)室還大，后者全長10.4米，直徑同為3.35米，質(zhì)量為8.6噸。

　　天舟一號貨運(yùn)飛船在長征七號火箭的頂端待發(fā)。

　　天舟一號的主要任務(wù)是為天宮二號“送貨”，將與天宮二號空間實(shí)驗(yàn)室完成交會對接，實(shí)施推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加，突破和掌握推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加等關(guān)鍵技術(shù)。天舟一號還搭載了非牛頓引力實(shí)驗(yàn)等10余項應(yīng)用載荷，將在軌開展空間科學(xué)及技術(shù)實(shí)(試)驗(yàn)。

　　在這些貨物中，除了維持天宮二號運(yùn)行的各種補(bǔ)給(包括推進(jìn)劑)外，還有大量太空實(shí)驗(yàn)設(shè)備和載荷。由于運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力是固定的，如果要運(yùn)送更多的貨物，就必須在保證飛船良好性能的同時，盡量減少“自重”。

　　天舟一號的“腰部”是一個個連接框。“為了使各部分牢固連接，連接框一般都很厚實(shí)。”天舟一號貨運(yùn)飛船主任設(shè)計師王為介紹，科研人員經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證，通過數(shù)控加工仿真技術(shù)，將連接框設(shè)計成鏤空形式，將非受力部分的“贅肉”精準(zhǔn)去除，只保留結(jié)構(gòu)受力部分，相當(dāng)于為天舟一號進(jìn)行了“抽脂”，保證連接框在足夠結(jié)實(shí)的前提下重量減少50%左右。

　　天舟一號的外部是一種壁板結(jié)構(gòu)，雖然設(shè)計厚度僅為3毫米左右，但在科研人員看來仍有“減脂”的余地。由于壁板面積很大，即使只去除A4紙那樣薄薄的一層，整艙的重量也會下降不少。“在不影響飛船性能的前提下，我們通過嚴(yán)格控制加工溫度、切削速度等參數(shù)，將壁板變薄，使天舟一號的自重減輕了30公斤。”王為告訴記者，省下的這些重量，又可以多運(yùn)送好幾臺設(shè)備。

　　為了使艙內(nèi)空間利用更加合理，進(jìn)而裝載更多的貨物，天舟一號的貨艙被自己的“骨骼”——貨架分割成了許多區(qū)域。在貨架的設(shè)計上，科研人員選用了輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。“貨架面板”儀器板使用的是鋁合金蜂窩板，“貨架框架”立梁使用的是碳纖維材料。“經(jīng)過多次工藝攻關(guān)后，天舟一號的整體結(jié)構(gòu)變得又輕又強(qiáng)壯，確保能將貨物完好無缺地送達(dá)天宮二號。”王為說。

　　那么這樣一個大塊頭的“快遞小哥”怎樣確保運(yùn)送貨物的安全呢?

　　“天舟一號塊頭雖大，卻有一顆細(xì)膩的‘心’。”中國航天科技集團(tuán)第五研究院載人航天總體部載人航天器總體研究室副主任張健說，飛船內(nèi)壁四周全部設(shè)置為貨架，中間留出一條矩形通道供航天員通行，航天員身處貨架通道中，可以隨意走動、轉(zhuǎn)身、取放貨物。

　　為提升天舟一號承載量，飛船內(nèi)部采用了高效承載貨架設(shè)計。張健說，表面上看，這些貨架和普通的儲物格類似，但其細(xì)節(jié)和構(gòu)型都經(jīng)過科學(xué)分析論證。貨架采用基于蜂窩板、碳纖維立梁的梁板結(jié)構(gòu)，形成大量的標(biāo)準(zhǔn)裝貨單元，傳力效果好。

　　由于天舟一號運(yùn)送的物資中有許多精密儀器設(shè)備和航天員用品，裝載物資的貨包必須具備保護(hù)功能。貨運(yùn)飛船機(jī)械總體主管設(shè)計師郭軍輝介紹，新研制的高科技貨包外觀呈清新的乳黃色，采用新型抗菌防潮防霉布料，可確保貨物在貨包中存放一年。此外，針對不同體積、形狀的貨物，還進(jìn)行了定制化和系列化設(shè)計。

　　“在貨包的內(nèi)部設(shè)計上，依然有貼心的安排。”郭軍輝說，為避免貨物直接與貨架結(jié)構(gòu)相連接，貨包里面還有一層新研制的防火防潮且防震的泡沫或氣囊袋，這種“貼心”的“軟包裝”設(shè)計為裝載對象提供了柔軟、高阻尼、分布式的系統(tǒng)支撐。

　　“100多個大小不一的貨包，將確保天舟一號的貨運(yùn)物資完好地運(yùn)送到天宮二號。”郭軍輝說。

　　由中國航天科技集團(tuán)公司抓總研制的天舟一號貨運(yùn)飛船與長征七號遙二運(yùn)載火箭等飛行產(chǎn)品，自2月中旬起陸續(xù)進(jìn)入發(fā)射場，按照飛行任務(wù)測試發(fā)射流程，于4月17日完成了總裝測試等技術(shù)區(qū)各項工作。

　　長征七號遙二運(yùn)載火箭與天舟一號貨運(yùn)飛船組合體在海南文昌發(fā)射場

　　17日7時30分，承載著長征七號遙二運(yùn)載火箭與天舟一號貨運(yùn)飛船組合體的活動發(fā)射平臺駛出總裝測試廠房，平穩(wěn)行駛約2.5小時后，垂直轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)。這意味著“天舟快遞”的收單運(yùn)送任務(wù)啟程在即。

　　天舟一號發(fā)射任務(wù)昨天(18日)進(jìn)行最后一次全區(qū)合練，結(jié)果表明，各系統(tǒng)組織指揮暢通，技術(shù)狀態(tài)正確，參試設(shè)備狀態(tài)良好。

　　這次合練由文昌航天發(fā)射場組織實(shí)施，是除“點(diǎn)火發(fā)射”之外，參試測控通信系統(tǒng)最多、最全、最貼近實(shí)戰(zhàn)的一次綜合模擬演練，也是發(fā)射前的最后一次合練。目前，發(fā)射場測發(fā)、測控、通信、氣象、勤保五大系統(tǒng)同步展開工作。此次發(fā)射是零窗口發(fā)射，面臨著極大挑戰(zhàn)。

　　天舟一號飛行任務(wù)發(fā)射場區(qū)指揮部指揮長張學(xué)宇說：零窗口發(fā)射在文昌場區(qū)是屬于首次，主要是貨運(yùn)飛船入軌以后要和天宮二號要準(zhǔn)確地對接，就要各系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，精準(zhǔn)操控、精確決策，確保飛船能夠準(zhǔn)時成功圓滿地入軌，目前各項裝備的狀態(tài)和參數(shù)正常，具備發(fā)射條件。

　　天舟一號出廠前

　　首次驗(yàn)證“太空加油”

　　專家表示，無論是空間實(shí)驗(yàn)室還是空間站，在近地軌道運(yùn)行都會由于空氣阻力而“掉高度”，如果不能維持高度，其在軌壽命將比較有限。這需要火箭發(fā)動機(jī)適時啟動以保持軌道高度，但是其攜帶的燃料是有限的。這就為被稱為“太空加油”的在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)提出了需求。

　　目前掌握推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)的只有美俄兩國，此次天舟一號的一個重要使命就是驗(yàn)證這項技術(shù)，這也是決定中國未來空間站能否順利發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。為此，先期發(fā)射入軌的天宮二號安裝了一套全新的補(bǔ)加系統(tǒng)，其補(bǔ)加原理類似于油管與油槍的對接，不過精度和密封性要求非常高。

　　專家表示，目前國際上還有一種維持軌道的補(bǔ)充方式，就是貨運(yùn)飛船與空間站對接后，利用自身發(fā)動機(jī)“燒掉”多余的燃料抬高空間站軌道。不過這種軌道維持方式對于飛船的位置、對接口受力都有很高要求，另外這種方式也不夠靈活。

　　現(xiàn)役運(yùn)載能力最強(qiáng)貨船

　　中國計劃在2022年前后建成空間站，其初步規(guī)模包括一個核心艙和兩個實(shí)驗(yàn)艙，如果想保持航天員長期在軌飛行，貨運(yùn)飛船是必可不少的。

　　專家表示，貨運(yùn)飛船是從載人飛船演變過來的。運(yùn)貨飛船可以運(yùn)輸推進(jìn)劑燃料、維修和更換的設(shè)備、航天員的生活、工作用品以及空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和用品等，此外還能用于調(diào)整空間站軌道高度。在20世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)和美國開始發(fā)展體積大、壽命長、用途廣的空間站。

　　剛開始時，兩國都是用人貨混裝的載人飛船為空間站提供少量補(bǔ)給，每艘載人飛船一次只能為空間站運(yùn)去幾百公斤的物資，無法滿足需求。蘇聯(lián)率先在聯(lián)盟號載人飛船的基礎(chǔ)上研制了進(jìn)步號貨運(yùn)飛船，其貨艙容積為6.6立方米，運(yùn)載能力為2.6噸，并可進(jìn)行在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加服務(wù)。歐洲的貨運(yùn)飛船叫自動轉(zhuǎn)移飛行器，全長10米，最大直徑為4.5米，重量約10噸，運(yùn)貨能力可達(dá)7噸，是迄今運(yùn)載能力最大的貨運(yùn)飛船，從2008年起到2014年共發(fā)射了5個，但目前已經(jīng)停止建造。

　　美國的“龍”飛船長5.9米，最大直徑3.7米，其運(yùn)送載荷最大質(zhì)量6噸，返回載荷最大質(zhì)量3噸，它也是貨運(yùn)飛船中往地球運(yùn)回物品的高手。此外，美國的“天鵝座”和日本的HTV貨運(yùn)飛船運(yùn)載能力分別為2.7噸和6噸?？傮w來說，天舟一號的運(yùn)載能力是居于前列的，而在現(xiàn)役貨運(yùn)飛船中其運(yùn)載能力是最大的。

　　工作人員揮舞國旗為天舟一號貨運(yùn)飛船加油。

　　揭秘“天舟一號”飛船里的秘密

　　據(jù)中國科普博覽“一點(diǎn)號”報道，在2016年相繼完成長征七號運(yùn)載火箭首飛試驗(yàn)、天宮二號與神舟十一號載人飛行任務(wù)后，4月中下旬，將在文昌航天發(fā)射場發(fā)射天舟一號貨運(yùn)飛船，開展貨物運(yùn)輸補(bǔ)給、推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加、自主快速交會對接等多項關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)。

　　此次任務(wù)是中國載人航天工程空間實(shí)驗(yàn)室階段的收官之戰(zhàn)，對于空間站工程后續(xù)任務(wù)順利實(shí)施具有極為重要的意義，將標(biāo)志著中國載人航天工程勝利完成“三步走”戰(zhàn)略中的“第二步”任務(wù)，為空間站建設(shè)任務(wù)奠定堅實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。

　　隨著大家越來越關(guān)注“天舟一號”與“天宮二號”的對接，這個肩負(fù)航天使命的“天宮二號”再次進(jìn)入人們視線。除了地球觀測和一系列的空間試驗(yàn)，“天宮二號”還有哪些不為人知的“秘密”呢?我們再來回顧一下。

　　量天尺

　　中科院上海光機(jī)所研制的“空間冷原子鐘”搭載“天宮二號”發(fā)射升空，將成為國際上首臺在軌運(yùn)行并開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)的“空間冷原子鐘”,同時也是目前在空間運(yùn)行的最高精度的原子鐘。

　　“空間冷原子鐘”將激光冷卻技術(shù)和空間微重力環(huán)境結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)10^-16量級的超高精度(約3000萬年誤差1秒)，將目前人類在太空中的時間計量精度提高1~2個數(shù)量級。

　　百變金剛

　　開展大Prandtl數(shù)液橋熱毛細(xì)對流穩(wěn)定性相關(guān)問題的研究，研究在空間微重力環(huán)境下熱毛細(xì)對流的失穩(wěn)機(jī)理問題，拓展流體力學(xué)的認(rèn)知領(lǐng)域，取得具有國際先進(jìn)水平的研究成果。突破并掌握微重力環(huán)境下的液橋建橋、液面保持和失穩(wěn)重建等空間實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步提升我國微重力流體科學(xué)的空間實(shí)驗(yàn)?zāi)芰图夹g(shù)水平。

　　系列英雄材料

　　該平臺此次的任務(wù)時研究半導(dǎo)體光電子材料、金屬合金及亞穩(wěn)材料、納米以及復(fù)合材料等制備基理，揭示在地面重力環(huán)境下難以獲知的材料物理化學(xué)過程的規(guī)律。預(yù)期可獲得高質(zhì)量的空間材料樣品，作為模型材料的結(jié)構(gòu)、功能、工藝參數(shù)等方面獲得有價值的科學(xué)研究成果。

　　天宮之爐，如你所愿

　　即將上天的這個爐子就是工程人員歷經(jīng)三年多的攻關(guān)，專門研制的一套綜合材料實(shí)驗(yàn)裝置(簡稱“實(shí)驗(yàn)裝置”)。

　　這套實(shí)驗(yàn)裝置由“材料實(shí)驗(yàn)爐”(簡稱“爐子”)、“材料電控箱”和“材料樣品工具袋”三個單機(jī)構(gòu)成。整個裝置共約27.6kg重，最大功耗不到200W(而一般電水壺的功率也要1000～1800W)，相當(dāng)于2個100W白熾燈，卻能實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下最高950℃的爐膛溫度，是不是令人驚嘆?

　　海之情

　　“天宮二號”三維成像微波高度計是國際上第一次實(shí)現(xiàn)寬刈幅海面高度測量并能進(jìn)行三維成像的微波高度計。它采用小角度、高精度干涉測量技術(shù)，能精確獲得海面的干涉條紋信息，進(jìn)而獲得三維海面形態(tài)，再經(jīng)過復(fù)雜的定標(biāo)最終獲得寬刈幅范圍內(nèi)的海平面高度測量。

　　天宮守護(hù)者

　　“天宮二號”伴隨衛(wèi)星是一顆微納衛(wèi)星，是“天宮二號”試驗(yàn)任務(wù)的一部分。伴隨衛(wèi)星由上海微小衛(wèi)星工程中心研制，采用了小型化，輕量化，高功能密度的設(shè)計。“天宮二號”伴隨衛(wèi)星搭載多個試驗(yàn)載荷，并具備較強(qiáng)的變軌能力，具備了開展空間任務(wù)的靈活性與機(jī)動性。

　　“天宮二號”伴隨衛(wèi)星將在在軌任務(wù)期間開展對空間組合體的飛越觀測等試驗(yàn)，為主航天器的技術(shù)試驗(yàn)提供支持，并拓展空間技術(shù)應(yīng)用。

　　“天極”望遠(yuǎn)鏡

　　“天極”望遠(yuǎn)鏡是搭載在“天宮二號”空間實(shí)驗(yàn)室上的伽瑪射線偏振探測儀，是中歐國際合作項目。

　　“天極”望遠(yuǎn)鏡的主要科學(xué)目標(biāo)是探測研究遙遠(yuǎn)宇宙中突然發(fā)生的伽瑪射線暴現(xiàn)象，并在國際上首次對伽瑪暴的偏振性質(zhì)實(shí)現(xiàn)高精度、系統(tǒng)性地測量，從而深入地研究恒星演化、黑洞形成以及伽瑪暴爆發(fā)的物理機(jī)制，為更好地理解極端天體物理環(huán)境下產(chǎn)生的這種宇宙中最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象做出重要貢獻(xiàn)。

　　天之情與氣之情

　　空間環(huán)境分系統(tǒng)(全稱：空間環(huán)境監(jiān)測及物理探測分系統(tǒng))主要用于實(shí)時監(jiān)測“天宮二號”軌道上的輻射環(huán)境和大氣環(huán)境，實(shí)現(xiàn)艙外16個方向的電子、質(zhì)子等帶電粒子的強(qiáng)度和能譜監(jiān)測，以及軌道大氣密度、成分及其時空變化與空間環(huán)境污染效應(yīng)監(jiān)測等。

　　現(xiàn)代迷你太空溫室

　　隨著人類空間活動的深入開展，人類需要飛出地球，在地外空間長期生活和工作。綠色植物可為人類和動物提供必需的食物和氧氣。

　　在“天宮二號”空間實(shí)驗(yàn)室中將開展兩種代表性的植物——擬南芥和水稻的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，著重探索在太空環(huán)境中如何控制植物開花結(jié)種的技術(shù)與方法，為建立保障人類長期空間生存所必需的生命生態(tài)支持系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所提供的高等植物培養(yǎng)箱具備在軌培養(yǎng)單元和樣品返回單元，能夠?yàn)橹参锷L提供必需的水分供給以及光照、溫度控制，具備實(shí)時可見光圖像和熒光圖像獲取功能，構(gòu)成了現(xiàn)代的迷你太空溫室，為研究植物在太空的生長發(fā)育提供支持。

　　天宮里的尖端“數(shù)碼相機(jī)”

　　作為太空實(shí)驗(yàn)室里的尖端“數(shù)碼相機(jī)”，寬波段成像光譜儀擁有相當(dāng)深厚的“內(nèi)力”。相機(jī)被安裝在太空實(shí)驗(yàn)室對地觀測面的“肚子”上，有了它，“天宮二號”可謂擁有了“火眼金睛”的本領(lǐng)，看海洋，看大氣，樣樣精通。

　　天機(jī)不可泄露

　　研制“天宮二號”載荷“量子密鑰分配試驗(yàn)空間終端”。通過高精度自動跟瞄(ATP)系統(tǒng)與量子密鑰分配地面終端配合，在地面站與目標(biāo)飛行器之間建立起量子信道，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行空-地量子密鑰分配試驗(yàn)。

　　目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)世界上首個基于載人航天空間平臺的空-地量子密鑰分配演示實(shí)驗(yàn)。為載人航天的空地間量子保密通信，以及未來的實(shí)用化天地一體廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)打下基礎(chǔ)。

　　空間實(shí)驗(yàn)大管家

　　如何“玩轉(zhuǎn)”以上高難度載荷任務(wù)并保障它們有序、安全地運(yùn)行下去呢?這就不得不提我們的太空實(shí)驗(yàn)大管家——“空間應(yīng)用天地支持系統(tǒng)”，它是由有效載荷運(yùn)控中心統(tǒng)籌規(guī)劃、集中管理，統(tǒng)一控制，天基有效載荷網(wǎng)絡(luò)接收地面指令后，調(diào)度有效載荷有序運(yùn)行，兩者構(gòu)成天地一體信息大回路平臺。

　　針對“天宮二號”液橋熱毛細(xì)對流實(shí)驗(yàn)中天地實(shí)時交互和精細(xì)控制的實(shí)驗(yàn)需求和特點(diǎn)，空間應(yīng)用中心研制了目前我國首個基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和基于高速總線網(wǎng)絡(luò)的天地一體沉浸式遙科學(xué)實(shí)驗(yàn)支持系統(tǒng)，極大提高科學(xué)家開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的效率