中國正穩步邁向“空間站時代”

◎文／韓倩茜 王笑

中國正穩步邁向“空間站時代”

◎文／韓倩茜 王笑

4月20日19時41分，隨著海南文昌航天發射場的一聲巨響，我國第一艘貨運飛船——天舟一號被送上太空。4月23日，天舟一號與天宮二號空間實驗室成功交會對接。空間實驗室任務的順利實施，標志著中國正穩步邁向“空間站時代”。

作為我國載人空間站工程的重要組成部分，貨運飛船在空間站建造和運營物資運輸補給方面扮演了重要角色，更因其“只運貨、不送人”的特點，被形象地稱為“快遞小哥”。

什么是貨運飛船？貨運飛船是一種專門運送貨物到達太空一次性使用的航天器。它有三個主要任務：一是補給空間站的推進劑消耗、空氣泄漏，運送空間站維修和更換的設備，延長空間站的在軌飛行壽命；二是運送航天員工作和生活用品，保障空間站航天員在軌中長期駐留和工作；三是運送空間科學實驗設備和用品，支持和保障空間站具備開展較大規模空間科學實驗與應用的條件。它是國際空間站補給物資的重要運輸工具，也是空間站的地面后勤保障系統。

世界各國貨運飛船現狀。俄羅斯進步號貨運飛船。俄羅斯進步號貨運飛船是俄羅斯航天部門設計的系列無人駕駛飛船，也是人類第一艘貨運飛船。首艘飛船“進步一號”于1978年1月20日在蘇聯拜科努爾航天中心發射。可運送2.6噸各類貨物。燃料艙帶1噸燃料，可自行飛行4天，與空間站對接飛行時間可達2個月。進步號貨運飛船主要執行向國際空間站定期補給食品、貨物、燃料和儀器設備等任務。為國際空間站運送完補給后，進步號貨運飛船會保持對接，充當一個高科技垃圾箱。它與空間站對接完成裝卸任務后，即自行進入大氣層燒毀。

美國“龍”飛船?！褒垺憋w船由私營企業——美國太空探索技術公司（SpaceX）自主研發，是世界上第一艘由私人公司研發的航天飛船。飛船的加壓艙帶有熱防護罩，可在返回時耐受極高溫安全降落，實現回收并重復使用，這也使得“龍”飛船成為第一種具備大量貨物下行能力的貨運飛船?！褒垺憋w船運送載荷最大質量6噸，返回載荷最大質量3噸，它采用的是降落傘水上濺落的回收方式。在2010年和2012年完成兩次技術驗證飛行后，于當地時間2012年10月7日晚8時35分從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地發射升空，飛赴國際空間站，首次執行美國宇航局指派的往返于地球和空間站之間的任務。

迄今為止，“龍”飛船為國際空間站執行了11次貨運任務并成功10次。目前，“龍”飛船是唯一能從空間站完整返回地球的貨運飛船。歐洲、俄羅斯和日本的貨運飛船只能單程送貨，返回時會在地球大氣層中燒毀。

日本HTV貨運飛船。HTV貨運飛船是日本航空航天探索局（JAXA）專門為國際空間站（ISS）計劃研發、由三菱重工制造的不載人貨運飛行器。第一艘HTV貨運飛船于2009年9月11日從日本種子島空間中心（TNSC）發射升空，并于同年11月1日，攜帶著國際空間站上的垃圾，成功再入大氣層，在太平洋上空劃出一道耀眼的弧線后墜入海中。HTV貨運飛船目前已發射6艘，可運送5.7噸的貨物與燃料。國際空間站的宇航員可以不穿宇航服直接進入加壓艙內搬運物資。

我國第一艘貨運飛船天舟一號。2017年4月20日19時41分，搭載我國首艘貨運飛船天舟一號的長征七號遙二運載火箭，在我國文昌航天發射場點火發射，約596秒后，飛船與火箭成功分離，進入預定軌道，發射取得圓滿成功。這是我國載人航天工程“三步走”發展戰略第二步的收官之作，標志著我國即將開啟“空間站時代”。

這是天舟貨運飛船和長征七號運載火箭組成的空間站貨物運輸系統的首次飛行試驗。飛船入軌后，將按預定程序與在軌運行的天宮二號先后進行自動交會對接、自主快速交會對接等3次交會對接，還將對天宮二號實施3次推進劑在軌補加，以及空間應用和航天技術等領域的多項實（試）驗。其間，天舟一號與天宮二號組合體在軌飛行約2個月，天舟一號獨立飛行約3個月，這是目前中國執行載人航天任務時間跨度最大的一次。完成既定任務后，天舟一號將受控離軌，隕落至預定安全海域；天宮二號留軌繼續開展拓展試驗和應用。

天舟一號是我國專門針對空間站而建造的第一艘貨運飛船，全長10.6米，艙體最大直徑3.35米，由貨物艙和推進艙組成，整船最大裝載狀態下重量達13.5噸，是我國目前為止體積最大、重量最重的航天器。天舟一號貨運飛船的近地軌道上行運載能力約為6.5噸左右，高于俄羅斯進步號M型貨運飛船（2.5噸）和日本HTV貨運飛船（6.0噸），低于歐洲ATV系列自動貨運飛船（7.6噸），下行運載能力約為6.0噸左右。載荷比即運載貨物的質量與貨運飛船船體本身的質量之比，天舟一號貨運飛船的載荷比高達48%，高于日歐的貨運飛船。

天舟一號雖然是一艘貨運飛船，但是它的功能卻不僅僅局限于貨物的運輸。此次天舟一號發射除了完成交會對接、為天宮二號空間實驗室補加燃料之外，它身上還攜帶了大量的實驗設備，在太空運行期間要進行多項實驗試驗。此次天舟一號上總共搭載了40臺設備，要進行13項太空實驗試驗，真正做到了一船多用。將要在天舟一號上進行的太空實驗，包括新型元器件在軌驗證，空間環境探測、力學環境測量，以及生命科學方面的實驗等涉及眾多領域。

天舟一號的研制并不容易。從2011年項目立項，天舟一號在整整6年時間里，歷經上千小時測試，通過上百次大型試驗，才成為載人空間站工程的重要組成部分。作為天舟一號與長征七號共同組成的空間站貨運運輸系統的首次飛行，主要意義在于驗證貨物運輸系統設計的正確性和產品的可靠性，以及中國載人航天工程各個系統執行貨物運輸任務的協調性、匹配性。

貨運系統是中國建成空間站需要突破和掌握的關鍵技術，而推進劑補加技術是空間站實現長期駐留的必要條件。目前，國際上掌握在軌推進劑補加技術的只有俄羅斯和美國等少數國家，其中實現在軌加注應用的只有俄羅斯。

天舟一號將使中國具備向在軌運行航天器補給物資、補加推進劑的能力。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。

（作者單位：遼寧科學技術情報研究所）

本欄編輯／白華鮮 郵箱／baihuaxian809@qq.com