原標(biāo)題：剛剛發(fā)射的“天舟一號(hào)”，對(duì)中國(guó)意味著什么？

文丨伍軒

作為載人航天家族的新進(jìn)一員，天舟一號(hào)的加入，意味著向著中國(guó)載人空間站的建成更進(jìn)一步，這也是中國(guó)人實(shí)現(xiàn)“太空筑家”夢(mèng)想的關(guān)鍵一步。

天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船今天（4月20日）發(fā)射飛往太空，與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行交會(huì)對(duì)接，開(kāi)展推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加、空間科學(xué)和技術(shù)等試驗(yàn)驗(yàn)證。

來(lái)源：央視新聞

“天舟一號(hào)飛行任務(wù)作為空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)的收官之戰(zhàn)，載人空間站工程的關(guān)鍵一戰(zhàn)，是我國(guó)載人航天工程穩(wěn)中求進(jìn)的重要一步?！痹谔熘垡惶?hào)抓總研制單位——中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院（下文簡(jiǎn)稱“航天五院”）看來(lái)，這次任務(wù)承載了重要的使命和意義。

如何在地球之外的太空中建起一座“自由家園”，是探索浩瀚宇宙的重要一環(huán)。筑家太空，

將為中國(guó)人逐夢(mèng)深空建立起一座補(bǔ)給站、前哨站、試驗(yàn)室，航天器可以停泊在此，并進(jìn)行維修、補(bǔ)給；

“中國(guó)哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡——巡天號(hào)光學(xué)艙可以扎根在此，探尋生命起源、宇宙奧秘；

中國(guó)航天員可以長(zhǎng)期工作、生活在此，依托完善的試驗(yàn)平臺(tái)、利用獨(dú)特的宇宙環(huán)境資源，開(kāi)展空間科學(xué)、基礎(chǔ)科學(xué)、應(yīng)用技術(shù)的研究和試驗(yàn)，擁抱“太空經(jīng)濟(jì)時(shí)代”的到來(lái)。

“從1992年啟動(dòng)載人航天工程以來(lái)，我們鎖定建造中國(guó)人自己的空間站為終極目標(biāo)，按照‘三步走’的策略穩(wěn)扎穩(wěn)打，形成了以神舟飛船、目標(biāo)飛行器、空間實(shí)驗(yàn)室、貨運(yùn)飛船為支撐的多類航天器，為正式啟動(dòng)空間站建設(shè)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?！焙教煳逶涸洪L(zhǎng)張洪太說(shuō)。

載人航天“三步走”

第二步收官在即

天舟一號(hào)是我國(guó)第一艘貨運(yùn)飛船，也是我國(guó)目前為止體積最大、重量最重的航天器，由航天五院負(fù)責(zé)抓總研制。目前，神舟飛船只能攜帶數(shù)百公斤物資，而采用了高性能減重設(shè)計(jì)、輕量化貨架設(shè)計(jì)的貨運(yùn)飛船，一次能裝載6噸多物資，載重能力超過(guò)了俄羅斯現(xiàn)役貨運(yùn)飛船。

作為天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行期間最后一個(gè)訪客，天舟一號(hào)將要執(zhí)行的任務(wù)，與未來(lái)中國(guó)空間站建設(shè)緊密相關(guān)。

在太空中自主建起一個(gè)大型空間站，開(kāi)展科學(xué)研究和太空實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)中國(guó)科學(xué)研究進(jìn)入世界先進(jìn)行列，為人類文明發(fā)展進(jìn)步作出貢獻(xiàn)，這是中國(guó)開(kāi)展載人航天工程的目標(biāo)。上世紀(jì)90年代初，中國(guó)載人航天工程正式啟動(dòng)。這是一個(gè)龐大的工程，國(guó)家采取了分步實(shí)施的戰(zhàn)略。

第一步，是載人飛船階段。在此期間完成了載人飛船的研制，實(shí)現(xiàn)了航天員天地往返等目標(biāo)。這一階段的重點(diǎn)任務(wù)包括神舟一號(hào)到六號(hào)飛船飛行任務(wù)。

神舟飛船是航天員專屬的“太空巴士”。為了打造好這艘太空生命方舟，航天五院采取了從無(wú)人到有人、從一人到多人“小步快走”的驗(yàn)證方式。

神舟一號(hào)至神舟四號(hào)，進(jìn)行了無(wú)人飛行試驗(yàn)，全面驗(yàn)證了飛船發(fā)射、艙段分離、從太空返回等各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

神舟五號(hào)圓滿完成了我國(guó)首次載人飛行，也樹(shù)立起中國(guó)“太空巴士”建造標(biāo)桿。

神舟六號(hào)實(shí)現(xiàn)了多人多天飛行。

第二步，是空間實(shí)驗(yàn)室階段。

來(lái)源：央視新聞

到目前為止，我國(guó)已掌握了航天員出艙和交會(huì)對(duì)接技術(shù)，成功對(duì)航天員中期駐留太空進(jìn)行了驗(yàn)證。這一階段的重點(diǎn)任務(wù)是神舟七號(hào)航天員出艙，天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器與神舟八號(hào)、九號(hào)、十號(hào)飛船對(duì)接、組合飛行任務(wù)，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室與神舟十一號(hào)飛船載人飛行任務(wù)。

現(xiàn)在，第二步還剩下最后一項(xiàng)任務(wù)，即：天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船對(duì)接天宮二號(hào)，驗(yàn)證推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)，完成運(yùn)送貨物補(bǔ)給任務(wù)。

第三步，是空間站建設(shè)階段。

來(lái)源：央視新聞

在第三步中，我國(guó)將建造長(zhǎng)期有人照料的空間站，這其中“人”和“空間站”是兩項(xiàng)最基本也是最重要的因素?？臻g站要運(yùn)行，人（航天員）要工作、生活，空間站運(yùn)轉(zhuǎn)所需的燃料（推進(jìn)劑）以及人員相應(yīng)的工作、生活物資必不可少。這就需要有一個(gè)專門(mén)的運(yùn)輸工具，負(fù)責(zé)運(yùn)輸貨物補(bǔ)給并為空間站“加油”——這個(gè)重要使命就由貨運(yùn)飛船擔(dān)當(dāng)。

從我國(guó)載人航天工程起步到現(xiàn)在，經(jīng)過(guò)一次次試驗(yàn)任務(wù)，積累了多項(xiàng)能力和經(jīng)驗(yàn)，我們有了人員往返天地的工具——載人飛船；能夠?qū)崿F(xiàn)航天器間的交會(huì)對(duì)接；能夠保證航天員在太空工作一段時(shí)間（一個(gè)月左右）；甚至可以完成人員出艙活動(dòng)……所有這些都是第三步建設(shè)空間站的基礎(chǔ)。

也就是說(shuō)，第一步、第二步是準(zhǔn)備，目前準(zhǔn)備工作即將完成。待天舟一號(hào)完成任務(wù)，便意味著我國(guó)具備了向在軌運(yùn)行航天器補(bǔ)給物資、補(bǔ)加推進(jìn)劑的能力，這一能力是確保未來(lái)我國(guó)空間站在軌長(zhǎng)期載人飛行的前提。未來(lái)，神舟飛船、貨運(yùn)飛船將聯(lián)合作戰(zhàn)，有效支撐起空間站建設(shè)、運(yùn)營(yíng)的天地生命線。

天舟一號(hào)進(jìn)行熱試驗(yàn)吊裝（來(lái)源：中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院）

天舟一號(hào)多項(xiàng)任務(wù)奠定未來(lái)空間站基礎(chǔ)

“天舟一號(hào)此次任務(wù)包含了建造空間站需要突破和掌握的關(guān)鍵技術(shù)，更是未來(lái)空間站運(yùn)行的基礎(chǔ)?！焙教煳逶禾熘垡惶?hào)總設(shè)計(jì)師白明生列舉了三項(xiàng)極具亮點(diǎn)的任務(wù)。

第一，檢驗(yàn)“太空加油”技術(shù)。天舟一號(hào)發(fā)射進(jìn)入軌道后，將與天宮二號(hào)進(jìn)行首次對(duì)接，兩個(gè)航天器組成的組合體將進(jìn)行兩個(gè)月的在軌飛行。在此期間完成推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加試驗(yàn)，按計(jì)劃將開(kāi)展多次試驗(yàn)。

貨運(yùn)飛船的在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)，即“太空加油”，將是“太空之家”能夠連續(xù)工作十年的重要保障。突破和掌握推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)，解決空間站能源供給問(wèn)題，將為我國(guó)順利進(jìn)入載人空間站建設(shè)運(yùn)營(yíng)階段奠定基礎(chǔ)。

有了貨運(yùn)飛船超強(qiáng)運(yùn)輸、補(bǔ)給能力的支撐，未來(lái)，三名航天員能在“太空之家”連續(xù)工作180天，各類試驗(yàn)物資也可以源源不斷地運(yùn)抵空間站，把空間站建設(shè)成為我國(guó)在太空的新技術(shù)試驗(yàn)田。

第二，三次交會(huì)對(duì)接任務(wù)。天舟一號(hào)與天宮二號(hào)將進(jìn)行三次交會(huì)對(duì)接。第一次交會(huì)對(duì)接后將測(cè)試貨運(yùn)飛船對(duì)組合體的控制能力，第二次交會(huì)對(duì)接是從不同接口方向進(jìn)行對(duì)接。

未來(lái)空間站包括核心艙和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，與貨運(yùn)飛船形成組合體后由貨運(yùn)飛船提供主動(dòng)力，其目的主要在于盡量減少空間站動(dòng)力、能源等消耗，延長(zhǎng)空間站壽命；核心艙前后方向與垂直下方分別設(shè)有對(duì)接口，未來(lái)去往空間站執(zhí)行任務(wù)的載人飛船或貨運(yùn)飛船很可能從不同方向進(jìn)行交會(huì)對(duì)接。所以，第一次、第二次交會(huì)對(duì)接檢驗(yàn)的都是未來(lái)空間站運(yùn)營(yíng)所必須的能力。

更具看點(diǎn)的是，在最后一次交會(huì)對(duì)接中，天舟一號(hào)將采用自主快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)。在天舟一號(hào)之前，我國(guó)掌握的交會(huì)對(duì)接技術(shù)需要耗時(shí)兩天左右時(shí)間，快速交會(huì)對(duì)接將時(shí)間控制在6個(gè)小時(shí)左右。掌握該項(xiàng)技術(shù)，有利于提高飛行器在軌飛行的可靠性，提高航天員舒適性，進(jìn)一步減輕地面跟蹤、測(cè)控工作的強(qiáng)度和難度。另外，對(duì)于未來(lái)空間站來(lái)說(shuō)，一旦遇到突發(fā)事件可以快速處理，提高了應(yīng)急能力，為未來(lái)空間站提供了安全保障。

第三，以天基測(cè)控體制為主進(jìn)行飛行控制。以往，我們對(duì)航天器的跟蹤、測(cè)控以及在軌異常的及時(shí)監(jiān)測(cè)處置，主要依賴陸基測(cè)控站和海基測(cè)量船。這需要耗費(fèi)大量人力物力建造、維護(hù)地面測(cè)控站和海上測(cè)量船，研制人員奔波在各個(gè)站點(diǎn)之間開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)，并且受到跨國(guó)、跨境等地域限制。

天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船首次采用了以天基測(cè)控體制為主的設(shè)計(jì)原則。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是將原本在地面或海上的測(cè)量系統(tǒng)“搬”到了天上，打破了在地面或海上的地域限制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航天器在軌飛行的關(guān)鍵事件的全程跟蹤，以確保對(duì)在軌異常的及時(shí)監(jiān)測(cè)處置。這項(xiàng)測(cè)控應(yīng)用有效降低了人力、物力、財(cái)力等成本，為未來(lái)與空間站通訊聯(lián)絡(luò)鋪平了道路。

中國(guó)載人空間站組建即將啟動(dòng)

我國(guó)載人航天工程“三步走”在穩(wěn)扎穩(wěn)打中循序漸進(jìn)，每一次任務(wù)都部署周密，任務(wù)之間銜接緊湊、環(huán)環(huán)相扣。如今，空間站階段的任務(wù)也已處于研制階段。

來(lái)源：新華社

航天五院黨委書(shū)記兼副院長(zhǎng)趙小津介紹，我國(guó)載人空間站組建即將正式啟動(dòng)。作為空間站構(gòu)成的本體艙段，核心艙、實(shí)驗(yàn)艙I、實(shí)驗(yàn)艙II正在緊鑼密鼓研制當(dāng)中，將與貨運(yùn)飛船、神舟飛船一同在太空建起我國(guó)第一個(gè)“太空之家”。

其中，核心艙、實(shí)驗(yàn)艙I、實(shí)驗(yàn)艙II三個(gè)艙段，每個(gè)規(guī)模為20多噸，基本構(gòu)型為T(mén)字形，核心艙居中，實(shí)驗(yàn)艙分別連接兩側(cè)。預(yù)計(jì)2022年前后建成，可運(yùn)營(yíng)10年以上。空間站長(zhǎng)期駐留3人，運(yùn)營(yíng)期間最多將連接一艘貨運(yùn)飛船和兩艘載人飛船，整個(gè)系統(tǒng)重量可達(dá)90余噸。在此規(guī)模基礎(chǔ)上，還將根據(jù)科學(xué)研究需要，增加新的艙段，擴(kuò)展規(guī)模和應(yīng)用能力。

航天五院的研究人員介紹，受制于火箭運(yùn)載能力等因素，不能一次性地把近百噸的空間站發(fā)射上空?？臻g站在太空的構(gòu)建采取的是“搭積木”方式，需要先單獨(dú)發(fā)射各艙段、再拼接組合，實(shí)現(xiàn)“1+1+1=1”整體性能最優(yōu)的效果。

此外，空間站的構(gòu)型不是固定不變的。隨著神舟飛船、貨運(yùn)飛船及特殊功能載荷艙的加入，空間站整體構(gòu)型會(huì)如同壘積木一樣，越來(lái)越大。支撐空間站“百變?nèi)缫弧钡年P(guān)鍵是交會(huì)對(duì)接技術(shù)、組合體控制與管理技術(shù)。

交會(huì)對(duì)接，要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)航天器在高速運(yùn)行中毫厘不差地對(duì)接成功，難度堪比“萬(wàn)里穿針”。目前，中國(guó)是繼美國(guó)、俄羅斯之后第三個(gè)獨(dú)立掌握近地軌道交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家。此次，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)開(kāi)展快速交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，將推動(dòng)我國(guó)的交會(huì)對(duì)接技術(shù)從“練好”到“練精”的躍升。

交會(huì)對(duì)接完成后，如何實(shí)現(xiàn)原本獨(dú)立航天器間的資源統(tǒng)籌，使其成為一個(gè)統(tǒng)一整體，將直接決定空間站長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。對(duì)此，航天五院在神舟八號(hào)、九號(hào)、十號(hào)與天宮一號(hào)交會(huì)對(duì)接，神舟十一號(hào)與天宮二號(hào)交會(huì)對(duì)接等多次任務(wù)中，反復(fù)試驗(yàn)了組合體控制與管理技術(shù)。在神舟、天宮組成“天神”組合后，由“塊頭較大”的天宮接管過(guò)整體控制權(quán)，對(duì)電力、動(dòng)力、飛行狀態(tài)等進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。

天舟一號(hào)貨運(yùn)與天宮二號(hào)交會(huì)對(duì)接任務(wù)中，還將進(jìn)一步驗(yàn)證“以小控大”、“以大控小”模式，運(yùn)用塊頭較小的天宮二號(hào)控制整個(gè)組合體，并檢驗(yàn)貨運(yùn)飛船短時(shí)控制組合體的能力。這一技術(shù)成果將在今后的空間站建設(shè)中應(yīng)用廣泛。

如在天舟一號(hào)停靠、接駁空間站期間，將擔(dān)當(dāng)與空間站組合運(yùn)行期間的“充電寶”功能，為空間站提供穩(wěn)定的能源輸出，減少空間站本體的能源消耗；在空間站姿態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)，貨運(yùn)飛船可以接過(guò)組合體控制權(quán)，為航天員撤離和營(yíng)救爭(zhēng)取寶貴時(shí)間。

此外，出艙技術(shù)、在軌維修技術(shù)也將保證“太空之家”穩(wěn)定運(yùn)行。

長(zhǎng)期駐守太空的生存環(huán)境十分惡劣，需要經(jīng)歷太空環(huán)境極端溫度的考驗(yàn)，高能粒子、太空碎片撞擊等重重挑戰(zhàn)。要保證“太空之家”在10年任務(wù)期保持良好狀態(tài)，在軌維修的硬本領(lǐng)必不可少。

當(dāng)故障發(fā)生在“太空之家”外部時(shí)，必須由航天員出艙進(jìn)行維修。對(duì)此，五院在神舟七號(hào)飛船任務(wù)中，已成功試驗(yàn)驗(yàn)證了此類技術(shù)。當(dāng)故障發(fā)生在“太空之家”內(nèi)部時(shí)，維修就簡(jiǎn)單多了。航天五院技術(shù)人員對(duì)“太空之家”的供配電、熱控、數(shù)據(jù)管理等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高度集成化模塊設(shè)計(jì)，打造出了可快速更換的模塊單元，只需進(jìn)行“插拔式”，就能快速完成在軌維修。這在神舟十一號(hào)與天宮二號(hào)任務(wù)交會(huì)對(duì)接中也已得到驗(yàn)證，航天員和自動(dòng)化機(jī)械臂都可勝任。

進(jìn)入空間站建設(shè)階段，發(fā)射任務(wù)密集，對(duì)各類航天器需求加大，研制單位重任在肩。其中，航天五院負(fù)責(zé)抓總空間站系統(tǒng)建設(shè)，并承擔(dān)了載人飛船、貨運(yùn)飛船、核心艙、實(shí)驗(yàn)艙I等不同類型航天器的研制。

“為適應(yīng)空間站階段高密度發(fā)射的需求，我們將展開(kāi)貨運(yùn)飛船平臺(tái)建設(shè)，天舟系列貨運(yùn)飛船、載人飛船都將進(jìn)入組批投產(chǎn)。同時(shí)，積極開(kāi)展空間站工程航天技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域項(xiàng)目的研究與論證，促進(jìn)載人航天應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展?！睆暮教煳逶貉兄迫藛T的描述中可以看出，未來(lái)空間站建設(shè)正在周密穩(wěn)步地進(jìn)行，建成后的載人空間站將成為中國(guó)空間科學(xué)和新技術(shù)研究與應(yīng)用的重要基地。

相關(guān)專家介紹，大型空間站建成后，我國(guó)載人航天事業(yè)會(huì)更加開(kāi)放，有望產(chǎn)出一大批重大科學(xué)成果，突破一大批核心關(guān)鍵技術(shù)，獲得無(wú)法估量的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

空間科學(xué)研究的應(yīng)用前景亦十分廣闊。利用空間站開(kāi)展空間生物學(xué)研究，可以為培育優(yōu)良物種、探索疾病機(jī)理、研發(fā)生物藥物、改進(jìn)人類健康服務(wù)；開(kāi)展微重力流體與燃燒研究，可以促進(jìn)新型清潔能源開(kāi)發(fā)、改善地球環(huán)境，等等?？萍歼M(jìn)步歸根到底要服務(wù)社會(huì)、造福人類，這正是中國(guó)建設(shè)空間站的目標(biāo)和動(dòng)力。

第二篇丨天舟一號(hào)的三次交會(huì)對(duì)接

文丨伍軒

天舟一號(hào)將與天宮二號(hào)進(jìn)行三次交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)。這是中國(guó)載人空間站正式建設(shè)前的最后一次實(shí)戰(zhàn)機(jī)會(huì)。

為了在深空建起一座性能強(qiáng)大、穩(wěn)定可靠、經(jīng)久耐用的“太空之家”——中國(guó)載人空間站，需要把多個(gè)單獨(dú)發(fā)射的航天器在太空組合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)1+1＞2的效果，交會(huì)對(duì)接技術(shù)是其中的關(guān)鍵。

“中國(guó)是繼美國(guó)、俄羅斯之后第三個(gè)獨(dú)立掌握近地軌道交會(huì)對(duì)接技術(shù)的國(guó)家”。神舟飛船、空間實(shí)驗(yàn)室、天舟一號(hào)的締造者——中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院的專家介紹，從2011年到2013年，神舟八號(hào)、神舟九號(hào)、神舟十號(hào)分別與天宮一號(hào)完成了交會(huì)對(duì)接任務(wù)，系統(tǒng)驗(yàn)證了自動(dòng)交會(huì)對(duì)接、人控/手動(dòng)交會(huì)對(duì)接等關(guān)鍵支撐技術(shù)。2016年，神舟十一號(hào)與天宮二號(hào)完成交會(huì)對(duì)接任務(wù)，完成了航天員中長(zhǎng)期在軌駐留，更標(biāo)志著我國(guó)交會(huì)對(duì)接技術(shù)走向成熟應(yīng)用階段。

天舟一號(hào)將與天宮二號(hào)進(jìn)行三次交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)。這是中國(guó)載人空間站正式建設(shè)前的最后一次實(shí)戰(zhàn)機(jī)會(huì)，將向著練就交會(huì)對(duì)接獨(dú)門(mén)絕活的更高標(biāo)準(zhǔn)發(fā)起沖擊，筑牢未來(lái)空間站建設(shè)的底氣。

第一次交會(huì)對(duì)接：耀眼陽(yáng)光下的太空之吻

天舟一號(hào)的交會(huì)對(duì)接能力，與神舟系列飛船相比，已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，具備了360度相位差的交會(huì)對(duì)接能力。不同于以往神舟飛船和天宮目標(biāo)飛行器在對(duì)接前要先找平，本次天舟一號(hào)、天宮二號(hào)在飛行軌道的任意相位差條件下均可實(shí)現(xiàn)完美對(duì)接。另外，天舟一號(hào)新增加了星敏感器，將確保貨船交會(huì)對(duì)接過(guò)程中姿態(tài)更加精準(zhǔn)。

航天五院天舟一號(hào)GNC主任設(shè)計(jì)師劉宗玉博士介紹，由于貨運(yùn)飛船發(fā)動(dòng)機(jī)的配置數(shù)量、推力大小和神舟飛船都不一樣，所以本次交會(huì)對(duì)接，實(shí)際上是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的又一次驗(yàn)證。

同時(shí)，在這次交會(huì)對(duì)接中，新研制的光學(xué)成像敏感器將首次在陽(yáng)照區(qū)開(kāi)展工作。這要求敏感器等設(shè)備，在非常明亮刺眼的環(huán)境下，找到標(biāo)識(shí)目標(biāo)。這就好比人們對(duì)著陽(yáng)光看天上的景物，帶來(lái)的考驗(yàn)比之前更難。這次試驗(yàn)將有力檢驗(yàn)我國(guó)交會(huì)對(duì)接“全天時(shí)”作戰(zhàn)能力。

第二次交會(huì)對(duì)接：全自動(dòng)繞飛后的前向?qū)?/strong>

完成第一次交會(huì)對(duì)接不久，天舟一號(hào)和天宮二號(hào)將進(jìn)行“眼花繚亂”的太空芭蕾。天宮二號(hào)轉(zhuǎn)體一百八十度，天舟一號(hào)從天宮二號(hào)下方繞飛，同時(shí)轉(zhuǎn)體一百八十度，加速趕到天宮二號(hào)前方，最終從“前”向與天宮二號(hào)進(jìn)行第二次交會(huì)對(duì)接。

繞飛，是一種高難度的太空動(dòng)作，需要飛行器進(jìn)行多次變軌和姿態(tài)機(jī)動(dòng)來(lái)完成。繞飛主要應(yīng)用于空間站多個(gè)艙段組裝、或是載人飛船（貨運(yùn)飛船）已經(jīng)在某個(gè)對(duì)接口，需要騰空對(duì)接口時(shí)。本次繞飛后的前向?qū)?，就是為了確保未來(lái)航天器能從多個(gè)方向與空間站對(duì)接而進(jìn)行的演練。今后我國(guó)的空間站建設(shè)，不僅規(guī)劃了前后向?qū)?，還有垂直對(duì)接。

來(lái)源：央視新聞

與之前神舟十號(hào)的繞飛不同，此次貨運(yùn)飛船繞飛是一次全自動(dòng)繞飛。即當(dāng)繞飛指令發(fā)出，飛船上制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)便開(kāi)始自主規(guī)劃出最優(yōu)繞飛軌跡，自主進(jìn)行變軌控制，自動(dòng)進(jìn)行姿態(tài)機(jī)動(dòng)，不需要地面人員干預(yù)。

“如果把神舟十號(hào)的繞飛比作是技術(shù)人員‘領(lǐng)著’航天器走路，那么此次貨運(yùn)飛船的繞飛則是技術(shù)人員‘看著’航天器獨(dú)立走路”。航天五院天舟一號(hào)副總設(shè)計(jì)師張強(qiáng)說(shuō)。

第三次交會(huì)對(duì)接：我國(guó)首次快速交會(huì)對(duì)接

在任務(wù)末期，天舟一號(hào)還將進(jìn)行一次“以快制勝”的交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)。同以往神舟飛船交會(huì)對(duì)接需要大約2天時(shí)間相比，天舟一號(hào)將進(jìn)行快速交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，將驗(yàn)證從入軌到交會(huì)對(duì)接成功，僅需要6個(gè)小時(shí)左右的系列支撐技術(shù)。

來(lái)源：央視新聞

這一技術(shù)一旦驗(yàn)證成功，將大大縮短航天員在飛船上狹小空間中滯留的時(shí)間，減少航天員不必要的體力與精力付出；可以保障科研用品，特別是生物制劑等無(wú)法經(jīng)歷長(zhǎng)期運(yùn)輸?shù)呢浧繁M快送達(dá)空間站。尤其在未來(lái)載人空間站等航天器突遇緊急情況時(shí)，快速交會(huì)對(duì)接可以快速地對(duì)故障實(shí)施搶修與緊急救援等工作，極大地保證航天員生命安全。

為了練就“快、準(zhǔn)、好”的交會(huì)對(duì)接秘籍，航天五院科研人員突破了航天器自主導(dǎo)航測(cè)軌、定軌、自主快速制導(dǎo)等技術(shù)，將復(fù)雜的測(cè)定軌算法和遠(yuǎn)距離導(dǎo)引技術(shù)工程化，把原來(lái)遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段需要地面干預(yù)的工作交由航天器的星上計(jì)算機(jī)自主進(jìn)行。在飛船入軌后，所有的測(cè)定軌、制導(dǎo)律計(jì)算、控制實(shí)施策略等均由飛船自主計(jì)算，無(wú)需地面干預(yù)，幾個(gè)小時(shí)就可以完成交會(huì)對(duì)接任務(wù)。

交會(huì)對(duì)接技術(shù)，不局限于載人空間站建設(shè)，在中國(guó)進(jìn)行遙遠(yuǎn)深空探測(cè)任務(wù)中也將發(fā)揮巨大作用。

航天五院航天器設(shè)計(jì)專家邵立民說(shuō)，“交會(huì)對(duì)接技術(shù)是一種通用技術(shù)。今年除了服務(wù)載人航天工程外，還將支撐即將開(kāi)展的嫦娥五號(hào)月球采樣返回任務(wù)。未來(lái)，交會(huì)對(duì)接技術(shù)成果還將廣泛應(yīng)用于諸如探月工程等的多飛行器組合等方面，前景非常廣闊?！?/p>

第三篇丨天舟一號(hào)“新技術(shù)”看點(diǎn)

文丨伍軒

這一系列重大的任務(wù)完成，離不開(kāi)方方面面的技術(shù)創(chuàng)新

作為我國(guó)第一艘貨運(yùn)飛船，也是我國(guó)目前為止體積最大、重量最重的航天器，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船成功入軌后，將與在軌運(yùn)行的天宮二號(hào)先后進(jìn)行3次交會(huì)對(duì)接、3次推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加以及空間應(yīng)用和航天技術(shù)等多領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

天舟一號(hào)發(fā)射成功，意味著中國(guó)已經(jīng)具備向空間一次性運(yùn)輸大量物資以及太空加油的能力，預(yù)示著中國(guó)在發(fā)展載人空間站的道路上又邁出了堅(jiān)實(shí)的一步。這一系列重大的任務(wù)完成，離不開(kāi)方方面面的技術(shù)創(chuàng)新。

特別的“貨架”與“貨包”

天舟一號(hào)是貨運(yùn)飛船，能裝相當(dāng)于自身重量的6噸多貨物，上行載貨比優(yōu)于國(guó)際現(xiàn)役貨運(yùn)飛船。既要裝得多，還要裝得好，天舟一號(hào)的抓總研制單位——中國(guó)航天科技集團(tuán)第五研究院著實(shí)費(fèi)了一翻功夫。

在天舟一號(hào)上，裝載著航天五院的科研人員設(shè)計(jì)的高效承載貨架。從表面上看，貨架與普通的書(shū)架類似，但其細(xì)節(jié)和構(gòu)型卻大為不同。該貨架采用一種基于蜂窩板、碳纖維立梁的梁板預(yù)埋結(jié)構(gòu)，形成大量的標(biāo)準(zhǔn)裝貨單元，結(jié)構(gòu)與貨物重量比達(dá)到8%，此比例在業(yè)內(nèi)已屬領(lǐng)先。

蜂窩板有大量的留空面積用于裝貨，碳纖維立梁材質(zhì)超輕且抗變形能力好，這都使貨架既能適應(yīng)傳統(tǒng)剛性結(jié)構(gòu)安裝，又能適應(yīng)柔性束縛帶的連接承載。經(jīng)過(guò)測(cè)試，三個(gè)這種結(jié)構(gòu)就可承載一臺(tái)豪華轎車。

另外，大承載貨架結(jié)構(gòu)與密封艙主結(jié)構(gòu)的連接環(huán)節(jié)也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一大亮點(diǎn)。因?yàn)槊芊馀摮潆姾髸?huì)變形，連接環(huán)節(jié)采用碳纖維結(jié)合鋁合金的設(shè)計(jì)，避免了貨架直接與密封殼體相連，相當(dāng)于有一個(gè)橋梁釋放了變形產(chǎn)生的力，保障了在軌環(huán)境下結(jié)構(gòu)不被破壞。

由于天舟一號(hào)要運(yùn)送的物資中有許多精密儀器設(shè)備和宇航員用品，發(fā)射段受力大，很怕磕碰。因此，科研人員為貨物設(shè)計(jì)了特殊的包裝模式，采用了綁扎方式和內(nèi)部泡沫的設(shè)計(jì)。這種“軟包裝”與傳統(tǒng)的硬連接不同，它將貨物包裹在泡沫或氣囊袋里面，再一起固定在貨架上，而不是直接讓貨物與運(yùn)載工具的內(nèi)部貨架相連接?！败洶b”能夠很好的為貨物減振，保證貨物安全到達(dá)太空。

天基測(cè)控搭建“太空天路”

此次天舟一號(hào)執(zhí)行任務(wù)，我國(guó)將首次以天基測(cè)控體制為主實(shí)施飛行控制。也就是說(shuō)，將原本在地面或海上設(shè)置的對(duì)航天器的測(cè)量系統(tǒng)“搬”到了天上。這主要依靠航天五院研制的中繼終端和寬波束中繼測(cè)控系統(tǒng)。前者為窄波束，傳輸效率高，信息量大；后者覆蓋范圍廣。二者互為補(bǔ)充，搭建了從天舟一號(hào)到中繼衛(wèi)星再到地面的“太空天路”。

當(dāng)天舟一號(hào)發(fā)射成功，中繼終端在第一時(shí)間開(kāi)機(jī)，與中繼衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)“太空握手”，建立星間鏈路。由于終繼終端通信通道相對(duì)狹窄，飛船在調(diào)整姿態(tài)進(jìn)行對(duì)接、分離等“技術(shù)動(dòng)作”時(shí)，與中繼衛(wèi)星極有可能出現(xiàn)信號(hào)中斷。這時(shí)，寬波束中繼測(cè)控系統(tǒng)開(kāi)始發(fā)揮作用。

據(jù)了解，該系統(tǒng)在接收天線的設(shè)計(jì)上，采用兩組天線“背靠背”的架設(shè)在飛船艙外表面上，在飛船調(diào)整姿態(tài)時(shí)，一組天線會(huì)因旋轉(zhuǎn)而與中繼衛(wèi)星失聯(lián)時(shí)，另一組天線會(huì)主動(dòng)跟進(jìn)，與中繼衛(wèi)星取得聯(lián)系，確保無(wú)論天舟一號(hào)怎樣動(dòng)，都不會(huì)與中繼衛(wèi)星失去聯(lián)系。

對(duì)組合體實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控姿

與天宮二號(hào)與神舟十一號(hào)的組合體相比，此次天舟一號(hào)與天宮二號(hào)的組合體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將增加接近50%，將是國(guó)內(nèi)在軌最大、最重的航天器。

按照計(jì)劃，天宮二號(hào)和天舟一號(hào)組合體將在軌完成推進(jìn)劑補(bǔ)加任務(wù)。推進(jìn)劑補(bǔ)加，是開(kāi)展空間站工程的一項(xiàng)關(guān)鍵任務(wù)，是空間站長(zhǎng)期運(yùn)行的前提。而推進(jìn)劑補(bǔ)加需要穩(wěn)定的平臺(tái)，組合體的穩(wěn)定控制是推進(jìn)劑補(bǔ)加的前提。

但是，由于質(zhì)心、慣量變化范圍大，推進(jìn)劑補(bǔ)加的過(guò)程，必然將會(huì)組合體的飛行產(chǎn)生較大的姿態(tài)干擾，這都對(duì)航天五院GNC（制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制）系統(tǒng)提出了更高的要求。只有控制系統(tǒng)足夠智能、穩(wěn)定，才能適應(yīng)補(bǔ)加過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種故障工況。

為了保證組合體在太空的姿態(tài)穩(wěn)定，航天五院研制了200Nms（牛米每秒）控制力矩陀螺（CMG），構(gòu)建了具備完善的自主故障診斷和重構(gòu)能力的CMG系統(tǒng)，該系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)對(duì)組合體穩(wěn)定控制的同時(shí)，可以保證當(dāng)某一CMG出現(xiàn)異?；蚬收蠒r(shí)，系統(tǒng)可以無(wú)縫切換并保證對(duì)姿態(tài)干擾的程度最小。

即使飛船分離時(shí)對(duì)接結(jié)構(gòu)解鎖分離產(chǎn)生巨大姿態(tài)干擾，研制人員仍可以保證對(duì)天宮二號(hào)的有效控制，并在一分鐘之內(nèi)回歸到正常穩(wěn)定對(duì)地飛行狀態(tài)。同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)飛船在分離和撤離過(guò)程中可以一直“盯著”天宮，以防發(fā)生碰撞，最大限度地保證了飛船分離和撤離過(guò)程中的平穩(wěn)和安全。

對(duì)組合體的控制，將再次驗(yàn)證我國(guó)大型變結(jié)構(gòu)航天器控制技術(shù)的可靠性，對(duì)后續(xù)飛行器設(shè)計(jì)有重要參考意義。

同時(shí)，組合體上各設(shè)備的運(yùn)行都需要電力供應(yīng)，這些能源都依靠太陽(yáng)的光輝。所以，在繞地運(yùn)行過(guò)程中，為確保組合體上太陽(yáng)能帆板盡可能多地接受陽(yáng)光照射，組合體需要持續(xù)調(diào)整姿態(tài)。

五院的設(shè)計(jì)師優(yōu)化了帆板實(shí)時(shí)調(diào)速控制算法，減小了帆板跟蹤誤差，進(jìn)一步提高了太陽(yáng)帆板跟蹤精度。為了應(yīng)對(duì)組合體長(zhǎng)期在軌運(yùn)行可能面臨的太陽(yáng)方位不好的情況，組合體將在軌實(shí)施連續(xù)偏航機(jī)動(dòng)，以確保太陽(yáng)帆板高效跟蹤太陽(yáng)，持續(xù)接收來(lái)自太陽(yáng)的能量，保證更長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定飛行。這為后續(xù)空間站建設(shè)、組合體更長(zhǎng)期的飛行，奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

天舟一號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)中（來(lái)源：中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院）

三維之路提高研制效率

天舟一號(hào)是一艘“三維”貨運(yùn)飛船。從設(shè)計(jì)、到生產(chǎn)檢測(cè)、再到總裝虛擬仿真，首次實(shí)現(xiàn)了總體和各分系統(tǒng)、制造廠、總裝廠間的全三維協(xié)同設(shè)計(jì)。

全三維協(xié)同設(shè)計(jì)研制模式的核心是設(shè)計(jì)真實(shí)的“數(shù)字樣機(jī)”?！皵?shù)字樣機(jī)”好比以往二維設(shè)計(jì)模式中的一套套圖紙，是設(shè)計(jì)、制造、裝配的全部依據(jù)，集成了一個(gè)產(chǎn)品的所有要素。

三維設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對(duì)數(shù)字樣機(jī)的建設(shè)和維護(hù)。這個(gè)建設(shè)和維護(hù)過(guò)程所對(duì)應(yīng)的是設(shè)計(jì)師協(xié)同設(shè)計(jì)的環(huán)境和流程，從而徹底改變了以往設(shè)計(jì)師個(gè)體設(shè)計(jì)的工作模式。

以構(gòu)型布局設(shè)計(jì)為例，傳統(tǒng)模式中，設(shè)計(jì)人員在二維圖紙中進(jìn)行設(shè)備布局、調(diào)整、送審。采用全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)后，工作效率提高了約50%。貨船的管路系統(tǒng)、電纜網(wǎng)、直屬件和總裝設(shè)計(jì)采取三維設(shè)計(jì)后，工作效率提高了約50%；整船的總裝詳細(xì)設(shè)計(jì)研制周期縮短約45%。

科學(xué)管理搭建空中試驗(yàn)平臺(tái)

空間試驗(yàn)是天舟一號(hào)的重要任務(wù)之一。被稱為“載荷大管家”的空間技術(shù)試驗(yàn)分系統(tǒng)，管理著來(lái)自五個(gè)載荷方、十三個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目的四十余臺(tái)載荷設(shè)備。

此次，天舟一號(hào)的空間技術(shù)試驗(yàn)分系統(tǒng)，分為載荷公用平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)刹糠?。其中，載荷公用平臺(tái)負(fù)責(zé)向?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目提供供電、控制、狀態(tài)采集、信息傳輸?shù)雀黝愲姎饨涌谫Y源，保障載荷試驗(yàn)在軌順利開(kāi)展。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由在軌試驗(yàn)所需的各類試驗(yàn)設(shè)備組成。設(shè)計(jì)師們規(guī)范設(shè)計(jì)，對(duì)試驗(yàn)載荷實(shí)施有別于平臺(tái)產(chǎn)品的差異化管理，兼顧了試驗(yàn)載荷周期短、接口可靠和運(yùn)行安全的需求，保障各類空間技術(shù)試驗(yàn)順利進(jìn)行。在無(wú)人的情況下，科研人員通過(guò)載荷運(yùn)控方案設(shè)計(jì)，編制了相應(yīng)的飛行程序。在實(shí)際飛行任務(wù)中，用“最強(qiáng)大腦”載荷公用平臺(tái)控制包括空間應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、特殊技術(shù)試驗(yàn)、航天技術(shù)試驗(yàn)等各類試驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)展。