空间站的“货运专列”

编者按：

天舟二号挑起“太空快递员”的重任，为中国空间站提供补给，为航天员日后在太空的生活与工作提供保障;神舟十二号载人飞船顺利升空，中国人首次进入自己的空间站，开启3个月的太空生活;白鹤滩水电站带着中国“基建狂魔”之势，身披多项世界之最，实现了首批机组的投产发电……这一项项科技创新，为建党百年献上最珍贵的生日祝福！

空间站天和核心舱迎来第一位“访客”。5月29日，由中国航天科技集团五院抓总研制的天舟二号货运飞船在海南文昌发射场成功发射，并在约8小时后，与天和核心艙顺利实现快速交会对接。

与神舟载人飞船不同，天舟货运飞船只运货、不送人。那么，这辆“货运专列”带去了什么物资？运输能力有多强？快速交会对接如何实现？

远不止“送货”这么简单

6月17日，我国成功发射神舟十二号载人飞船，3名航天员乘坐飞船入驻天和核心舱，并在那里工作、生活3个月。为了满足航天员日常生活所需，天舟二号货运飞船提前出发，满载着货物奔向天和核心舱。

天舟二号货运飞船的神秘“包裹”里装了啥？首先是食物补给，太空餐桌上的美食“花样”不少，鱼香肉丝、宫保鸡丁等特色菜肴供应充足。航天员进行太空行走必备的舱外航天服，天舟二号货运飞船也贴心送到。这些舱外航天服重100多公斤，共有6层，具有防辐射、防高低温、压力调整等作用，还具备生命保障系统。

“包裹”里的货物，远不止航天员日常所需物品，天舟二号货运飞船的使命也不仅限于此。

“空间站在地球低轨道运行，会受到残存大气阻力的影响而逐渐降低轨道高度。所以，在空间站轨道降低到一定高度时，必须提升它的轨道高度，这就需要加注燃料。此次天舟二号货运飞船携带了3吨推进剂，它们将在空间站的轨道维持方面发挥重要作用。”全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩说。

除了能“送货”“加油”，天舟二号还能给空间站充电。据专家介绍，天舟二号货运飞船具有独立的能源系统，可以实现能源的自给自足。靠泊空间站期间，天舟二号处于休眠状态，自身能源需求小，富余出来的电能可以输送到空间站，为航天员活动提供保障，并支撑一些电能消耗较大的科学实验。

此外，空间站建成后，平台设施的搭建安装等所需材料都要基于货运飞船的运输。“货物卸载后，天舟二号货运飞船也可以用作空间站的附加活动室，有些国家的航天员甚至还在里面休息。”庞之浩说，未来，货运飞船的用途将越来越广。

运输能力强

天舟二号作为货运飞船，运输能力自然是衡量其本领的重要指标。

中国航天科技集团五院天舟二号货运飞船总体副主任设计师雷剑宇介绍，目前世界上现役的货运飞船中，最大运载能力超过5吨的只有两型，天舟二号货运飞船就是其中之一。

天舟二号货运飞船运货能力强，得益于科学的设计。

天舟二号货运飞船由货物舱和推进舱组成，采用型谱化、模块化设计思想开展平台构型和布局设计。同时，天舟二号货运飞船严格控制平台自身重量，最大程度提高货物运输能力——发射重量13.5吨，运输能力则达到6.9吨，超过了飞船自重。

据专家介绍，为了打造出货物上行效率高、综合任务能力强的货运飞船，研科团队提出了货物装载、结构、热控一体化设计，高效率能量传输及立体信息网络互联技术方案，解决了多功能要求下平台轻量化的设计难题。

160多件包裹、两件分别重100多公斤的舱外航天服、3吨推进剂……天舟二号货运飞船“大肚能容”，也离不开智慧的布局。为了让天舟装载效率更高，科研团队根据货运飞船的圆形舱体结构，设计出26种不同尺寸规格、不同形状的货包。同时，飞船舱内的结构进行了特殊设计，利用蜂窝板搭起了货格，以装载不同规格的货包。为了保护好货包并方便航天员取用，每个货包都用被类似飞机座椅的安全锁扣固定，航天员单手就可以取下来。

单送货物效率高

5月末发射货运飞船，6月份发射载人飞船，两次发射时间间隔非常之近，为什么货物和航天员要分开运送？两次发射任务合二为一，岂不是更加方便且节约成本吗？

早在20世纪70年代，苏联就开始建造空间站。但是，当空间站建成运行后，空间站的燃料及航天员的能量补给严重不足，苏联便尝试使用人货混装的载人飞船解决此问题。但这种载人飞船每次只能为空间站运送几百千克的货物，效率低下，成本也极高。无奈之下，航天专家尝试将“联盟号”载人飞船改造成“进步一号”货运飞船，直接向空间站运送货物，效果反而出人意料的好。

从此，不少国家积极发展货运飞船，也正因为这些“专职”的货运飞船，空间站在轨长期载人航天的需求被大大满足，人类在太空驻留的时间才得以不断刷新。

庞文浩指出，每次我国发射神舟载人飞船满载3人时，只能携带约300千克货物。而此次天舟二号货运飞船以最小的结构重量达到最大的运输能力，载荷比超过了50%，这项重要指标位居世界第一。

8小时就可安全运抵

从地面“发货”到太空顺利“签收”，仅耗时约8小时，天舟二号货运飞船凭借快速交会对接技术完成了这一壮举。

采用标准模式交会对接，从货运飞船进入轨道，再到追上空间站完成对接，整个过程大概需要绕地球飞行30多圈，运行两天多的时间。而采用快速交会对接模式只需绕地球运行4圈，大大减少了耗时。如此一来，载人飞船的快速救援、空间站的应急维修、资源的供给调动都会更加灵活、及时。

为了实现快速交会对接，研科团队突破了航天器自主导航测轨、定轨、自主快速制导等技术，将复杂的算法和远距离导引技术工程化，把原来远距离导引段需要地面干预的工作交由航天器的星上计算机自主运行，并创新性地提出了可控阻尼的控制思路，以缓冲大吨位航天器对接过程中产生的撞击能量。

在经过500多次仿真分析和300多次地面试验后，研究人员充分验证了阻尼器的各项功能和性能指标，使原本8吨的对接能力提升到74吨，乃至180吨，大大提升了大型航天器对接的可靠性和安全性。（本刊综合）■