揭秘我國第一艘貨運飛船天舟一號

天舟一號示意圖 中國空間技術研究院供圖

　　隨著4月20日海南文昌航天發射場的一聲巨響，天舟一號，這個隱匿了6年的我國第一艘貨運飛船，終於露出了廬山真面目。

　　作為我國載人空間站工程的重要組成部分，貨運飛船顧名思義要承擔為空間站運輸貨物和“加油”的重擔，並負責將未來空間站裏的廢棄物帶回大氣層燒燬。

　　航天科技集團五院天舟一號總設計師白明生説，從2011年項目立項，到如今一飛沖天，過去整整6年時間，天舟一號 “隱姓埋名”苦練內功，經歷了上千小時測試驗證，以及上百次大型試驗考核。中國青年報·中青在線記者採訪有關專家，試著揭開天舟一號的神秘面紗。

　　“快遞小哥”：載貨比優於國際現役貨運飛船

　　天舟一號“只運貨、不送人”，因此被一些媒體形象地稱為“快遞小哥”。

　　“快遞小哥”身高10.6米，體寬3.35米，體量與天宮一號目標飛行器、天宮二號空間實驗室相當，但肚大能容，運送相當於自身重量的6噸多貨物不在話下，上行載貨比優於國際現役貨運飛船，快遞貨物經濟實惠。

　　這也是我國建造貨運飛船的目的所在。按照白明生的説法，未來，我們要建造長期有人照料的空間站，就需要輸送航天員所需的生活工作物資，空間站運轉所需的推進劑。天舟系列貨運飛船就是為承擔我國空間站建造和運營物資運輸補給任務而全新研製的載人航天器。

　　天舟一號是兩艙結構，由貨物艙和推進艙組成，白明生説，這可以最大限度地滿足貨物裝載以及提供能源、控制動力等需求。

　　值得一提的是，天舟一號之所以能運那麼多的貨物，一個“簡約而不簡單”的貨架功不可沒。這個貨架的專業術語是“高效承載貨架設計”。

　　表面上看，這個貨架和普通的書架類似，但根據航天科技集團五院專家的説法，其細節和構型都是經過多輪分析討論的結果，貨架採用一種基於蜂窩板、碳纖維立梁的梁板結構，還精心設計了一種大承載輕量化預埋結構，經過測試，3個這種結構就可以承載一台豪華轎車。

　　航天科技集團五院載人航天總體部研究室主任黃震也提到，在天舟一號要運送的物資中，不乏一些精密的儀器設備和宇航員的用品，發射段受力又大，生怕磕碰，因此只用高強度的貨架是行不通的。

　　對於敏感的電子器件、機械硬體系統以及其他生活物資，科研人員通常採用“軟包裝”或類似方法來實現裝載、運送。這種“軟包裝”與傳統的硬連接不同，先將貨物包裹在泡沫或氣囊袋裏，再一起固定在貨架上，而非與運載工具的內部貨架結構直接相連接。

　　這可不容易。説白了，貨包設計，過硬不行，容易造成貨架的磕碰；過軟也不行，不能有效保護貨物。黃震説，由於“軟包裝”為裝載對象提供了一個柔軟的、分佈式系統的支撐，可以為貨物的上行運輸提供更好的適應性和合理的貨包綁扎方式。

　　“太空加油站”：首次在軌實施飛行器間推進劑補加

　　就像汽車需要加油，未來空間站長期在軌也需要“加油”，這項任務就由“天舟”系列貨運飛船來完成。

　　黃震説，在天舟一號之前，掌握了在軌推進劑補加技術的國家只有俄羅斯和美國，其中，實現在軌加注應用的只有俄羅斯。歐空局、加拿大、日本等也在此方面進行著積極的研究探索，國際上在該領域的比拼從未停歇。

　　他進一步解釋，在天舟一號飛行任務中，天舟一號將與目前正在軌飛行的我國首個空間實驗室——天宮二號實施我國首次推進劑在軌補加，並計劃開展多次推進劑補加試驗，突破和掌握推進劑補加技術，為我國空間站組裝建造和長期運營，掃清在能源供給問題上最後的障礙。

　　一個看似無關的對接機構，將在這個過程中扮演重要角色。航天科技集團八院空間實驗室系統、載人飛船系統副總設計師張崇峰説，對接機構並不直接參與空間推進劑補加任務，但是它為補加任務提供了平臺和初始條件。

　　按照他的説法，“油槍”能不能準確無誤地插入加“油口”，那就得看對接的初始精度了。天舟一號要順利地把推進劑供給天宮二號，兩個對接機構必須對接得嚴絲合縫——這對空間交會對接的精度提出了非常高的要求。

　　“高鐵時代的對接”：首次開展全自主快速交會對接試驗

　　在天舟一號之前，我國掌握的交會對接技術需要耗時兩天左右時間，天舟一號將開展自主快速交會對接試驗，將交會對接的時間控制在6.5個小時。

　　一個形象的比喻是，天舟一號跨出了從“普通列車”邁向“高鐵”的一大步，能做到更快、更舒適、更穩妥地運輸貨物。

　　黃震告訴記者，快速交會對接的實現，有利於提高飛行器在軌飛行的可靠性，減少交會對接過程中包括軌道控制等在內産生的資源消耗，同時，更大程度地保障飛行器，主要是未來空間站的安全，方便空間站突發事件應急處理。

　　6年前，神舟八號和天宮一號完成了我國航天器的首次太空交會對接；6年後，我國第一艘貨運飛船天舟一號與天宮二號空間實驗室的交會對接，將再次吸引全世界的目光。

　　張崇峰説，如果把神舟八號載人飛船對接機構稱為第一代對接機構，那麼，天舟一號貨運飛船對接機構可稱為第二代産品，這是第二代産品的首飛。

　　兩代産品的背後，是航天器噸位的差異。

　　神舟飛船和天宮飛行器都是8噸級的航天器，兩者必須沿著質心軸線運動。捕獲、校正後，兩者要處於無偏心的位置，才能順利實現交會對接。

　　張崇峰説，新的對接機構，必須保證未來空間站建造階段8～180噸航天器實現各種方式的對接。

　　更大型航天器的交會對接將會産生巨大的對接能量，對於對接機構的緩衝耗能能力提出了很高的要求。張崇峰説，這也是空間站建設必須突破的一項技術。

　　就是“犧牲”也不同：首次實施主動離軌受控隕落

　　值得一提的是，天舟一號將在飛行任務結束後，經由地面飛控工作人員決策，將實施主動離軌，通過兩次降軌控制，受控墜落于南太平洋指定區域。

　　這也是中國航天器的第一次——實施主動離軌受控隕落。

　　形象點説，一般的航天器是“燈熄人亡”，在完成使命後，隨著推進劑的消耗殆盡，也宣告著其壽命的盡頭到了。

　　天舟一號卻是“主動犧牲”，帶著可能還未用盡的能量，主動選擇離開軌道，準備“就義”。

　　“犧牲”的地點也不同。一般的衛星是緩慢降軌，最終在大氣層燒燬，有的不免會淪為太空垃圾。

　　天舟一號則可以落到南太平洋的指定區域，既避免離軌過程中的不可控因素，也將為打造潔凈、安全的太空環境作出自己的貢獻。

　　原標題：揭秘我國第一艘貨運飛船天舟一號