空間站的“貨運專列”

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，身披多項世界之最，實現了首批機組的投產發電……這一項項科技創新，為建黨百年獻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五院抓總研制的天舟二號貨運飛船在海南文昌發射場成功發射，并在約8小時后，與天和核心艙順利實現快速交會對接。

與神舟載人飛船不同，天舟貨運飛船只運貨、不送人。那么，這輛“貨運專列”帶去了什么物資？運輸能力有多強？快速交會對接如何實現？

遠不止“送貨”這么簡單

6月17日，我國成功發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，天舟二號貨運飛船提前出發，滿載著貨物奔向天和核心艙。

天舟二號貨運飛船的神秘“包裹”里裝了啥？首先是食物補給，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充足。航天員進行太空行走必備的艙外航天服，天舟二號貨運飛船也貼心送到。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、壓力調整等作用，還具備生命保障系統。

“包裹”里的貨物，遠不止航天員日常所需物品，天舟二號貨運飛船的使命也不僅限于此。

“空間站在地球低軌道運行，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。此次天舟二號貨運飛船攜帶了3噸推進劑，它們將在空間站的軌道維持方面發揮重要作用。”全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩說。

除了能“送貨”“加油”，天舟二號還能給空間站充電。據專家介紹，天舟二號貨運飛船具有獨立的能源系統，可以實現能源的自給自足。靠泊空間站期間，天舟二號處于休眠狀態，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實驗。

此外，空間站建成后，平臺設施的搭建安裝等所需材料都要基于貨運飛船的運輸。“貨物卸載后，天舟二號貨運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，貨運飛船的用途將越來越廣。

運輸能力強

天舟二號作為貨運飛船，運輸能力自然是衡量其本領的重要指標。

中國航天科技集團五院天舟二號貨運飛船總體副主任設計師雷劍宇介紹，目前世界上現役的貨運飛船中，最大運載能力超過5噸的只有兩型，天舟二號貨運飛船就是其中之一。

天舟二號貨運飛船運貨能力強，得益于科學的設計。

天舟二號貨運飛船由貨物艙和推進艙組成，采用型譜化、模塊化設計思想開展平臺構型和布局設計。同時，天舟二號貨運飛船嚴格控制平臺自身重量，最大程度提高貨物運輸能力——發射重量13.5噸，運輸能力則達到6.9噸，超過了飛船自重。

據專家介紹，為了打造出貨物上行效率高、綜合任務能力強的貨運飛船，研科團隊提出了貨物裝載、結構、熱控一體化設計，高效率能量傳輸及立體信息網絡互聯技術方案，解決了多功能要求下平臺輕量化的設計難題。

160多件包裹、兩件分別重100多公斤的艙外航天服、3噸推進劑……天舟二號貨運飛船“大肚能容”，也離不開智慧的布局。為了讓天舟裝載效率更高，科研團隊根據貨運飛船的圓形艙體結構，設計出26種不同尺寸規格、不同形狀的貨包。同時，飛船艙內的結構進行了特殊設計，利用蜂窩板搭起了貨格，以裝載不同規格的貨包。為了保護好貨包并方便航天員取用，每個貨包都用被類似飛機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月末發射貨運飛船，6月份發射載人飛船，兩次發射時間間隔非常之近，為什么貨物和航天員要分開運送？兩次發射任務合二為一，豈不是更加方便且節約成本嗎？

早在20世紀70年代，蘇聯就開始建造空間站。但是，當空間站建成運行后，空間站的燃料及航天員的能量補給嚴重不足，蘇聯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“聯盟號”載人飛船改造成“進步一號”貨運飛船，直接向空間站運送貨物，效果反而出人意料的好。

從此，不少國家積極發展貨運飛船，也正因為這些“專職”的貨運飛船，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飛船以最小的結構重量達到最大的運輸能力，載荷比超過了50%，這項重要指標位居世界第一。

8小時就可安全運抵

從地面“發貨”到太空順利“簽收”，僅耗時約8小時，天舟二號貨運飛船憑借快速交會對接技術完成了這一壯舉。

采用標準模式交會對接，從貨運飛船進入軌道，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，運行兩天多的時間。而采用快速交會對接模式只需繞地球運行4圈，大大減少了耗時。如此一來，載人飛船的快速救援、空間站的應急維修、資源的供給調動都會更加靈活、及時。

為了實現快速交會對接，研科團隊突破了航天器自主導航測軌、定軌、自主快速制導等技術，將復雜的算法和遠距離導引技術工程化，把原來遠距離導引段需要地面干預的工作交由航天器的星上計算機自主運行，并創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生的撞擊能量。

在經過500多次仿真分析和300多次地面試驗后，研究人員充分驗證了阻尼器的各項功能和性能指標，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）■