天舟一號貨運飛船主要用途

　　天舟貨運飛船旨在補給空間實驗室以及未來中國空間站的推進劑、空氣、航天員的飲料、食物以及用于維修空間站的更換設備，以延長空間實驗室和空間站的運行壽命。

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

　　天舟一號貨運飛船現(xiàn)實意義

　　貨運系統(tǒng)是中國建成空間站需要突破和掌握的關鍵技術，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。

　　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，高于俄羅斯聯(lián)邦航天局研制的進步號M型(2.5噸)以及日本宇宙航空研究開發(fā)機構的H-II運載飛船(6.0噸)，低于歐洲空間局的自動運載飛船(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。

　　天舟一號貨運飛船是由中國空間技術研究院研制的一款貨運飛船，也是中國首個貨運飛船。天舟一號具有與天宮二號空間實驗室交會對接、實施推進劑在軌補加、開展空間科學實驗和技術試驗等功能。天舟一號任務則作為我國空間實驗室任務的收官之戰(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)空間實驗室飛行任務總指揮部研究決定，瞄準4月20日19時41分發(fā)射天舟一號貨運飛船。19日下午，執(zhí)行發(fā)射任務的長征七號遙二運載火箭開始加注推進劑。

　　天舟一號是我國自主研制的首艘貨運飛船，由于它只運貨，不送人，所以被形象地稱為太空“快遞小哥”。它采用兩艙式結構，直徑較小的是推進艙，直徑較大的為貨物艙。其最大直徑達到3.35米，飛船全長10.6米，載荷能力達到了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)射進入太空的質量最大的有效載荷。甚至比天宮二號空間實驗室還大，后者全長10.4米，直徑同為3.35米，質量為8.6噸。

　　天舟一號貨運飛船在長征七號火箭的頂端待發(fā)。

　　天舟一號的主要任務是為天宮二號“送貨”，將與天宮二號空間實驗室完成交會對接，實施推進劑在軌補加，突破和掌握推進劑在軌補加等關鍵技術。天舟一號還搭載了非牛頓引力實驗等10余項應用載荷，將在軌開展空間科學及技術實(試)驗。

　　在這些貨物中，除了維持天宮二號運行的各種補給(包括推進劑)外，還有大量太空實驗設備和載荷。由于運載火箭的運載能力是固定的，如果要運送更多的貨物，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。”天舟一號貨運飛船主任設計師王為介紹，科研人員經(jīng)過多次試驗驗證，通過數(shù)控加工仿真技術，將連接框設計成鏤空形式，將非受力部分的“贅肉”精準去除，只保留結構受力部分，相當于為天舟一號進行了“抽脂”，保證連接框在足夠結實的前提下重量減少50%左右。

　　天舟一號的外部是一種壁板結構，雖然設計厚度僅為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，又可以多運送好幾臺設備。

　　為了使艙內空間利用更加合理，進而裝載更多的貨物，天舟一號的貨艙被自己的“骨骼”——貨架分割成了許多區(qū)域。在貨架的設計上，科研人員選用了輕質高強度材料。“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)過多次工藝攻關后，天舟一號的整體結構變得又輕又強壯，確保能將貨物完好無缺地送達天宮二號。”王為說。

　　那么這樣一個大塊頭的“快遞小哥”怎樣確保運送貨物的安全呢?

　　“天舟一號塊頭雖大，卻有一顆細膩的‘心’。”中國航天科技集團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，飛船內壁四周全部設置為貨架，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、轉身、取放貨物。

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

　　由于天舟一號運送的物資中有許多精密儀器設備和航天員用品，裝載物資的貨包必須具備保護功能。貨運飛船機械總體主管設計師郭軍輝介紹，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，還進行了定制化和系列化設計。

　　“在貨包的內部設計上，依然有貼心的安排。”郭軍輝說，為避免貨物直接與貨架結構相連接，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物資完好地運送到天宮二號。”郭軍輝說。

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

　　長征七號遙二運載火箭與天舟一號貨運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載火箭與天舟一號貨運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，垂直轉運至發(fā)射區(qū)。這意味著“天舟快遞”的收單運送任務啟程在即。

　　天舟一號發(fā)射任務昨天(18日)進行最后一次全區(qū)合練，結果表明，各系統(tǒng)組織指揮暢通，技術狀態(tài)正確，參試設備狀態(tài)良好。

　　這次合練由文昌航天發(fā)射場組織實施，是除“點火發(fā)射”之外，參試測控通信系統(tǒng)最多、最全、最貼近實戰(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)。

　　天舟一號飛行任務發(fā)射場區(qū)指揮部指揮長張學宇說：零窗口發(fā)射在文昌場區(qū)是屬于首次，主要是貨運飛船入軌以后要和天宮二號要準確地對接，就要各系統(tǒng)協(xié)調配合，精準操控、精確決策，確保飛船能夠準時成功圓滿地入軌，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

　　首次驗證“太空加油”

　　專家表示，無論是空間實驗室還是空間站，在近地軌道運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”的在軌推進劑補加技術提出了需求。

　　目前掌握推進劑在軌補加技術的只有美俄兩國，此次天舟一號的一個重要使命就是驗證這項技術，這也是決定中國未來空間站能否順利發(fā)展的關鍵技術之一。為此，先期發(fā)射入軌的天宮二號安裝了一套全新的補加系統(tǒng)，其補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充方式，就是貨運飛船與空間站對接后，利用自身發(fā)動機“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)役運載能力最強貨船

　　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驗艙，如果想保持航天員長期在軌飛行，貨運飛船是必可不少的。

　　專家表示，貨運飛船是從載人飛船演變過來的。運貨飛船可以運輸推進劑燃料、維修和更換的設備、航天員的生活、工作用品以及空間科學實驗設備和用品等，此外還能用于調整空間站軌道高度。在20世紀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給，每艘載人飛船一次只能為空間站運去幾百公斤的物資，無法滿足需求。蘇聯(lián)率先在聯(lián)盟號載人飛船的基礎上研制了進步號貨運飛船，其貨艙容積為6.6立方米，運載能力為2.6噸，并可進行在軌推進劑補加服務。歐洲的貨運飛船叫自動轉移飛行器，全長10米，最大直徑為4.5米，重量約10噸，運貨能力可達7噸，是迄今運載能力最大的貨運飛船，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，其運送載荷最大質量6噸，返回載荷最大質量3噸，它也是貨運飛船中往地球運回物品的高手。此外，美國的“天鵝座”和日本的HTV貨運飛船運載能力分別為2.7噸和6噸。總體來說，天舟一號的運載能力是居于前列的，而在現(xiàn)役貨運飛船中其運載能力是最大的。

　　工作人員揮舞國旗為天舟一號貨運飛船加油。

　　揭秘“天舟一號”飛船里的秘密

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

　　此次任務是中國載人航天工程空間實驗室階段的收官之戰(zhàn)，對于空間站工程后續(xù)任務順利實施具有極為重要的意義，將標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，為空間站建設任務奠定堅實技術基礎。

　　隨著大家越來越關注“天舟一號”與“天宮二號”的對接，這個肩負航天使命的“天宮二號”再次進入人們視線。除了地球觀測和一系列的空間試驗，“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行并開展科學實驗的“空間冷原子鐘”,同時也是目前在空間運行的最高精度的原子鐘。

　　“空間冷原子鐘”將激光冷卻技術和空間微重力環(huán)境結合，有望實現(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)液橋熱毛細對流穩(wěn)定性相關問題的研究，研究在空間微重力環(huán)境下熱毛細對流的失穩(wěn)機理問題，拓展流體力學的認知領域，取得具有國際先進水平的研究成果。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)重建等空間實驗關鍵技術，進一步提升我國微重力流體科學的空間實驗能力和技術水平。

　　系列英雄材料

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

　　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，專門研制的一套綜合材料實驗裝置(簡稱“實驗裝置”)。

　　這套實驗裝置由“材料實驗爐”(簡稱“爐子”)、“材料電控箱”和“材料樣品工具袋”三個單機構成。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)，相當于2個100W白熾燈，卻能實現(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現(xiàn)寬刈幅海面高度測量并能進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，能精確獲得海面的干涉條紋信息，進而獲得三維海面形態(tài)，再經(jīng)過復雜的定標最終獲得寬刈幅范圍內的海平面高度測量。

　　天宮守護者

　　“天宮二號”伴隨衛(wèi)星是一顆微納衛(wèi)星，是“天宮二號”試驗任務的一部分。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，高功能密度的設計。“天宮二號”伴隨衛(wèi)星搭載多個試驗載荷，并具備較強的變軌能力，具備了開展空間任務的靈活性與機動性。

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

　　“天極”望遠鏡

　　“天極”望遠鏡是搭載在“天宮二號”空間實驗室上的伽瑪射線偏振探測儀，是中歐國際合作項目。

　　“天極”望遠鏡的主要科學目標是探測研究遙遠宇宙中突然發(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實現(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。

　　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))主要用于實時監(jiān)測“天宮二號”軌道上的輻射環(huán)境和大氣環(huán)境，實現(xiàn)艙外16個方向的電子、質子等帶電粒子的強度和能譜監(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”空間實驗室中將開展兩種代表性的植物——擬南芥和水稻的培養(yǎng)實驗，著重探索在太空環(huán)境中如何控制植物開花結種的技術與方法，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。中國科學院上海技術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，能夠為植物生長提供必需的水分供給以及光照、溫度控制，具備實時可見光圖像和熒光圖像獲取功能，構成了現(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”

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

　　天機不可泄露

　　研制“天宮二號”載荷“量子密鑰分配試驗空間終端”。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，在地面站與目標飛行器之間建立起量子信道，并在此基礎上進行空-地量子密鑰分配試驗。

　　目標為實現(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驗。為載人航天的空地間量子保密通信，以及未來的實用化天地一體廣域量子保密通信網(wǎng)絡建設打下基礎。

　　空間實驗大管家

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

　　針對“天宮二號”液橋熱毛細對流實驗中天地實時交互和精細控制的實驗需求和特點，空間應用中心研制了目前我國首個基于虛擬現(xiàn)實技術和基于高速總線網(wǎng)絡的天地一體沉浸式遙科學實驗支持系統(tǒng)，極大提高科學家開展空間科學實驗的效率