來源：央視新聞

與之前神舟十號的繞飛不同，此次貨運飛船繞飛是一次全自動繞飛。即當繞飛指令發(fā)出，飛船上制導導航與控制系統(tǒng)的計算機便開始自主規(guī)劃出最優(yōu)繞飛軌跡，自主進行變軌控制，自動進行姿態(tài)機動，不需要地面人員干預。

“如果把神舟十號的繞飛比作是技術人員‘領著’航天器走路，那么此次貨運飛船的繞飛則是技術人員‘看著’航天器獨立走路”。航天五院天舟一號副總設計師張強說。

第三次交會對接：我國首次快速交會對接

在任務末期，天舟一號還將進行一次“以快制勝”的交會對接試驗。同以往神舟飛船交會對接需要大約2天時間相比，天舟一號將進行快速交會對接試驗，將驗證從入軌到交會對接成功，僅需要6個小時左右的系列支撐技術。

來源：央視新聞

這一技術一旦驗證成功，將大大縮短航天員在飛船上狹小空間中滯留的時間，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法經(jīng)歷長期運輸?shù)呢浧繁M快送達空間站。尤其在未來載人空間站等航天器突遇緊急情況時，快速交會對接可以快速地對故障實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、好”的交會對接秘籍，航天五院科研人員突破了航天器自主導航測軌、定軌、自主快速制導等技術，將復雜的測定軌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進行。在飛船入軌后，所有的測定軌、制導律計算、控制實施策略等均由飛船自主計算，無需地面干預，幾個小時就可以完成交會對接任務。

交會對接技術，不局限于載人空間站建設，在中國進行遙遠深空探測任務中也將發(fā)揮巨大作用。

航天五院航天器設計專家邵立民說，“交會對接技術是一種通用技術。今年除了服務載人航天工程外，還將支撐即將開展的嫦娥五號月球采樣返回任務。未來，交會對接技術成果還將廣泛應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“新技術”看點

文丨伍軒

這一系列重大的任務完成，離不開方方面面的技術創(chuàng)新

作為我國第一艘貨運飛船，也是我國目前為止體積最大、重量最重的航天器，天舟一號貨運飛船成功入軌后，將與在軌運行的天宮二號先后進行3次交會對接、3次推進劑在軌補加以及空間應用和航天技術等多領域的實驗項目。

天舟一號發(fā)射成功，意味著中國已經(jīng)具備向空間一次性運輸大量物資以及太空加油的能力，預示著中國在發(fā)展載人空間站的道路上又邁出了堅實的一步。這一系列重大的任務完成，離不開方方面面的技術創(chuàng)新。

特別的“貨架”與“貨包”

天舟一號是貨運飛船，能裝相當于自身重量的6噸多貨物，上行載貨比優(yōu)于國際現(xiàn)役貨運飛船。既要裝得多，還要裝得好，天舟一號的抓總研制單位——中國航天科技集團第五研究院著實費了一翻功夫。

在天舟一號上，裝載著航天五院的科研人員設計的高效承載貨架。從表面上看，貨架與普通的書架類似，但其細節(jié)和構型卻大為不同。該貨架采用一種基于蜂窩板、碳纖維立梁的梁板預埋結構，形成大量的標準裝貨單元，結構與貨物重量比達到8%，此比例在業(yè)內(nèi)已屬領先。

蜂窩板有大量的留空面積用于裝貨，碳纖維立梁材質超輕且抗變形能力好，這都使貨架既能適應傳統(tǒng)剛性結構安裝，又能適應柔性束縛帶的連接承載。經(jīng)過測試，三個這種結構就可承載一臺豪華轎車。

另外，大承載貨架結構與密封艙主結構的連接環(huán)節(jié)也是結構設計的一大亮點。因為密封艙充電后會變形，連接環(huán)節(jié)采用碳纖維結合鋁合金的設計，避免了貨架直接與密封殼體相連，相當于有一個橋梁釋放了變形產(chǎn)生的力，保障了在軌環(huán)境下結構不被破壞。

由于天舟一號要運送的物資中有許多精密儀器設備和宇航員用品，發(fā)射段受力大，很怕磕碰。因此，科研人員為貨物設計了特殊的包裝模式，采用了綁扎方式和內(nèi)部泡沫的設計。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，保證貨物安全到達太空。

天基測控搭建“太空天路”

此次天舟一號執(zhí)行任務，我國將首次以天基測控體制為主實施飛行控制。也就是說，將原本在地面或海上設置的對航天器的測量系統(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。二者互為補充，搭建了從天舟一號到中繼衛(wèi)星再到地面的“太空天路”。

當天舟一號發(fā)射成功，中繼終端在第一時間開機，與中繼衛(wèi)星實現(xiàn)“太空握手”，建立星間鏈路。由于終繼終端通信通道相對狹窄，飛船在調整姿態(tài)進行對接、分離等“技術動作”時，與中繼衛(wèi)星極有可能出現(xiàn)信號中斷。這時，寬波束中繼測控系統(tǒng)開始發(fā)揮作用。

據(jù)了解，該系統(tǒng)在接收天線的設計上，采用兩組天線“背靠背”的架設在飛船艙外表面上，在飛船調整姿態(tài)時，一組天線會因旋轉而與中繼衛(wèi)星失聯(lián)時，另一組天線會主動跟進，與中繼衛(wèi)星取得聯(lián)系，確保無論天舟一號怎樣動，都不會與中繼衛(wèi)星失去聯(lián)系。

對組合體實現(xiàn)精準控姿

與天宮二號與神舟十一號的組合體相比，此次天舟一號與天宮二號的組合體轉動慣量將增加接近50%，將是國內(nèi)在軌最大、最重的航天器。

按照計劃，天宮二號和天舟一號組合體將在軌完成推進劑補加任務。推進劑補加，是開展空間站工程的一項關鍵任務，是空間站長期運行的前提。而推進劑補加需要穩(wěn)定的平臺，組合體的穩(wěn)定控制是推進劑補加的前提。

但是，由于質心、慣量變化范圍大，推進劑補加的過程，必然將會組合體的飛行產(chǎn)生較大的姿態(tài)干擾，這都對航天五院GNC（制導、導航與控制）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，才能適應補加過程中可能出現(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），構建了具備完善的自主故障診斷和重構能力的CMG系統(tǒng)，該系統(tǒng)在實現(xiàn)對組合體穩(wěn)定控制的同時，可以保證當某一CMG出現(xiàn)異?；蚬收蠒r，系統(tǒng)可以無縫切換并保證對姿態(tài)干擾的程度最小。

即使飛船分離時對接結構解鎖分離產(chǎn)生巨大姿態(tài)干擾，研制人員仍可以保證對天宮二號的有效控制，并在一分鐘之內(nèi)回歸到正常穩(wěn)定對地飛行狀態(tài)。同時還可實現(xiàn)飛船在分離和撤離過程中可以一直“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程中的平穩(wěn)和安全。

對組合體的控制，將再次驗證我國大型變結構航天器控制技術的可靠性，對后續(xù)飛行器設計有重要參考意義。

同時，組合體上各設備的運行都需要電力供應，這些能源都依靠太陽的光輝。所以，在繞地運行過程中，為確保組合體上太陽能帆板盡可能多地接受陽光照射，組合體需要持續(xù)調整姿態(tài)。

五院的設計師優(yōu)化了帆板實時調速控制算法，減小了帆板跟蹤誤差，進一步提高了太陽帆板跟蹤精度。為了應對組合體長期在軌運行可能面臨的太陽方位不好的情況，組合體將在軌實施連續(xù)偏航機動，以確保太陽帆板高效跟蹤太陽，持續(xù)接收來自太陽的能量，保證更長時間的穩(wěn)定飛行。這為后續(xù)空間站建設、組合體更長期的飛行，奠定堅實的技術基礎。

天舟一號轉運中（來源：中國航天科技集團公司第五研究院）

三維之路提高研制效率

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

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

三維設計的重點是對數(shù)字樣機的建設和維護。這個建設和維護過程所對應的是設計師協(xié)同設計的環(huán)境和流程，從而徹底改變了以往設計師個體設計的工作模式。

以構型布局設計為例，傳統(tǒng)模式中，設計人員在二維圖紙中進行設備布局、調整、送審。采用全三維數(shù)字化設計后，工作效率提高了約50%。貨船的管路系統(tǒng)、電纜網(wǎng)、直屬件和總裝設計采取三維設計后，工作效率提高了約50%；整船的總裝詳細設計研制周期縮短約45%。

科學管理搭建空中試驗平臺

空間試驗是天舟一號的重要任務之一。被稱為“載荷大管家”的空間技術試驗分系統(tǒng)，管理著來自五個載荷方、十三個試驗項目的四十余臺載荷設備。

此次，天舟一號的空間技術試驗分系統(tǒng)，分為載荷公用平臺和實驗項目兩部分。其中，載荷公用平臺負責向實驗項目提供供電、控制、狀態(tài)采集、信息傳輸?shù)雀黝愲姎饨涌谫Y源，保障載荷試驗在軌順利開展。

實驗項目由在軌試驗所需的各類試驗設備組成。設計師們規(guī)范設計，對試驗載荷實施有別于平臺產(chǎn)品的差異化管理，兼顧了試驗載荷周期短、接口可靠和運行安全的需求，保障各類空間技術試驗順利進行。在無人的情況下，科研人員通過載荷運控方案設計，編制了相應的飛行程序。在實際飛行任務中，用“最強大腦”載荷公用平臺控制包括空間應用實驗、特殊技術試驗、航天技術試驗等各類試驗項目的開展。

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