泰伯網(wǎng)訊 2017年4月20日19時41分，中國首個貨運飛船天舟一號在海南文昌航天發(fā)射場使用長征七號遙二運載火箭成功發(fā)射。天舟一號的首飛，將標(biāo)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(wù)，為空間站建設(shè)任務(wù)奠定堅實技術(shù)基礎(chǔ)。

　　你知道嗎?天舟一號破了許多紀(jì)錄呢。

　　天舟一號是中國自主研制的首艘貨運飛船，將與天宮二號空間實驗室先后進(jìn)行3次交會對接、3次推進(jìn)劑在軌補加以及空間應(yīng)用和航天技術(shù)等多領(lǐng)域的實驗項目，為其帶去來自地球的“能量包裹”，因此，也被業(yè)界戲稱為“快遞小哥”。這個快遞小哥，還將最大限度地發(fā)揮平臺效能，用搭載的幾十臺載荷設(shè)備在太空開展十余項載荷試驗，實現(xiàn)“一次飛行、多方受益”的目標(biāo)。

　　“快遞小哥”長啥樣?

　　天舟一號采用兩艙式結(jié)構(gòu)，直徑較小的是推進(jìn)艙，直徑較大的為貨物艙。其最大直徑達(dá)到3.35米，飛船全長10.6米，個頭比天宮二號和神舟飛船都要大。

　　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(shè)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(shù)，將連接框設(shè)計成鏤空形式，將非受力部分的“贅肉”精準(zhǔn)去除，只保留結(jié)構(gòu)受力部分，相當(dāng)于為天舟一號進(jìn)行了“抽脂”，保證連接框在足夠結(jié)實的前提下重量減少50%左右。

　　“能裝才是硬道理”——天舟一號物資上行能力約6噸，其中，推進(jìn)劑補加能力約為2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(jìn)入太空的質(zhì)量最大的有效載荷。

　　舉例而言，如果一個成年人體重120斤，6噸就有100個人。媒體曾這樣評價我，“天舟一號的上行載貨比優(yōu)于國際現(xiàn)役貨運飛船”。

　　值得一提的是，因為長征七號使用了低溫的液氧煤油發(fā)動機，這種發(fā)動機獨特的啟動流程，就是火箭在“零”秒計時后還等了7秒多的時間才能升空的原因。

　　“快遞小哥”去太空干點啥?

　　航天科技集團(tuán)五院研究員龐之浩介紹到，“太空快遞員”最大的任務(wù)當(dāng)然是運送貨物，此外，還能夠配合空間站進(jìn)行姿態(tài)控制，軌道控制。貨物運送也不一定都是單程票，貨運飛船還能往回運垃圾，以前是直接扔到艙外去，現(xiàn)在不允許了，都要收集后放入貨運飛船再入大氣層燒毀掉。

　　天舟一號擔(dān)負(fù)著驗證未來空間站物資的運輸任務(wù)，什么能運什么不能運，運送的過程貨物會發(fā)生怎樣的變化，這些都是需要一一驗證的。

　　除了空中加油和交會對接實驗之外，天舟一號還開展多項科學(xué)實驗研究及技術(shù)驗證試驗。其中，“非牛頓引力實驗檢驗的關(guān)鍵技術(shù)驗證”將在軌測試高精度靜電懸浮加速度計的工作性能，獲得的試驗結(jié)果將為我國“衛(wèi)星重力測量”“空間引力波探測”等空間計劃提供重要支撐。此外，“微重力對細(xì)胞增殖和分化影響研究”項目有望應(yīng)用于心臟和肝臟疾病的治療、器官移植、生殖健康以及預(yù)防和治療骨質(zhì)變化疾病等方面。

　　航天科技集團(tuán)五院天舟一號貨運飛船總設(shè)計師白明生說：“比如說航天員的生活物資，包括吃穿用住的這些東西，還有出艙的艙外服，還有飲用水，專門的有水箱，通過天舟一號的運輸裝載，看看我們這個船是不是滿足不同貨物運載的要求。”

　　一船多用是天舟一號飛船的一大特點，除了運貨，它還可以搭載試驗設(shè)備。此次天舟一號上總共搭載了40臺設(shè)備，要進(jìn)行13項太空試驗。設(shè)備可以裝在貨物倉內(nèi)部或懸掛在船體外側(cè)，這樣既提高了空間利用率，也最大程度滿足了不同試驗的需求。

　　雖說神舟系列載人飛船是于1999年首次發(fā)射成功的，至今已經(jīng)發(fā)射了十一艘，而天舟一號直到2017年才首飛，但天舟一號卻實現(xiàn)了諸多的“第一次”。

　　紀(jì)錄一：首次“太空加油”

　　據(jù)中國載人航天工程辦公室的消息，天舟一號此次核心任務(wù)是與天宮二號空間實驗室完成交會對接，首次實施推進(jìn)劑在軌補加，突破和掌握推進(jìn)劑在軌補加等關(guān)鍵技術(shù)。

　　其中，推進(jìn)劑在軌補加俗稱“太空加油”，是天舟一號核心目標(biāo)任務(wù)之一，是空間站建設(shè)的標(biāo)配。據(jù)中國航天科技集團(tuán)公司五院GNC分系統(tǒng)主任設(shè)計師、天舟一號GNC分系統(tǒng)主任設(shè)計師劉宗玉介紹，這將為中國空間站組裝建造和長期運營解決能源供給問題。

　　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(jìn)劑補加技術(shù)提出了需求。

　　目前掌握推進(jìn)劑在軌補加技術(shù)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(shù)，這也是決定中國未來空間站能否順利發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)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。

　　紀(jì)錄二：首次發(fā)射瞄準(zhǔn)“零窗口”

　　由于天舟一號飛船發(fā)射之后將與天宮二號空間實驗室交會對接，所以選擇發(fā)射時間極有講究。專家介紹，此次發(fā)射天舟一號飛船，是“零窗口”發(fā)射，所以難度非常高，面臨著極大挑戰(zhàn)。那么，什么是“零窗口”發(fā)射呢?

　　發(fā)射窗口，是指適合運載火箭發(fā)射升空的時間范圍。這個時間范圍是綜合考慮任務(wù)性質(zhì)、發(fā)射任務(wù)安排、場區(qū)天氣狀況等多種因素確定的，其長度和精度因任務(wù)不同而存在較大差異，有的以天計算，有的以小時計算，有的則以分秒計算。

　　天舟一號飛行任務(wù)發(fā)射場區(qū)指揮部指揮長張學(xué)宇介紹，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(zhǔn)確地對接，就要各系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，精準(zhǔn)操控、精確決策，確保飛船能夠準(zhǔn)時成功圓滿地入軌。首次采取‘零窗口’發(fā)射模式，所謂‘零窗口’發(fā)射是指在預(yù)先計算好的時間分秒不差的將火箭點火升空，不允許出現(xiàn)任何延誤與變更，其實現(xiàn)難度可想而知。”

　　紀(jì)錄三：首次應(yīng)用天基測控，天上星星參“北斗”

　　不同于以往，天舟一號飛船要為未來我國的空間站進(jìn)行大量的新技術(shù)和新實驗的驗證，為了對天舟一號更加精準(zhǔn)的進(jìn)行控制，首次應(yīng)用到了“天基測控”技術(shù)。

　　天舟一號貨運飛船測控與通信分系統(tǒng)副主任設(shè)計師朱珂介紹到：天基測控”系統(tǒng)就是通過中繼衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來實現(xiàn)與地面的測控通信。天舟一號飛船上的三條中繼鏈路借助我國天鏈一號中繼衛(wèi)星，構(gòu)建起天基為主的測控通信體系，實現(xiàn)天舟一號與天宮二號交會對接、推進(jìn)劑補加等關(guān)鍵事件的全程跟蹤測控，既方便了對在軌設(shè)備狀態(tài)的及時監(jiān)測，又減少了陸地測控站和海洋測量船的依賴，這為我國后續(xù)空間站的長期運行開創(chuàng)了經(jīng)濟(jì)高效的道路。

　　紀(jì)錄四：首次實現(xiàn)天地一體化互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

　　在2016年的天宮二號與神舟十一號飛行任務(wù)中，航天員景海鵬和陳冬在長達(dá)30天的太空生活中，可以即時觀看《新聞聯(lián)播》，收發(fā)郵件，與家人視頻通話，而將來航天員還可以在太空發(fā)微信、刷微博，這些都得益于應(yīng)用在載人航天器上的新技術(shù)—空間以太網(wǎng)通信技術(shù)，通俗理解就是在太空有了互聯(lián)網(wǎng)。

　　而這次的天舟一號，將實現(xiàn)天地一體化互聯(lián)互通，使太空里的網(wǎng)速提高到了百兆寬帶的水平，這將為未來航天員在太空自由地使用互聯(lián)網(wǎng)打下基礎(chǔ)。

　　航天科技集團(tuán)五院天舟一號貨運飛船測控與通信分系統(tǒng)副主任設(shè)計師朱珂介紹到，天舟一號飛船上的測控與通信分系統(tǒng)，根據(jù)不同的信號頻率及用途共分為七大鏈路，正是通過這些鏈路，飛船能夠?qū)崿F(xiàn)與地面測控系統(tǒng)以及其他航天器進(jìn)行信息交互，比如向地面?zhèn)魉瓦b測數(shù)據(jù)、高清圖像、話音等。

　　天舟一號是我國第一個要實現(xiàn)天地一體化互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的航天器，而天地一體化，簡單來說就是航天員在太空中使用互聯(lián)網(wǎng)，上網(wǎng)感受和在家是一樣的。為了達(dá)到這樣的效果，科研人員在天舟一號上安裝了最新研制的以太網(wǎng)交換機，這就相當(dāng)于給太空里的飛船開通了百兆寬帶。

　　更快的互聯(lián)網(wǎng)訪問速度，不僅使未來航天員的太空生活更加方便，而且為地面接收飛船數(shù)據(jù)拓寬了路。

　　此次“飛升”，天舟一號肩負(fù)了多重使命。如今，“快遞小哥”已出發(fā)，就等成功收貨了。

　　據(jù)悉，理論上是可以觀測到天舟系列飛船燒毀時像流星一樣劃過天際的景象，但實際上比較困難。出于保護(hù)地面人員生命和財產(chǎn)安全的考慮，天舟系列飛船再入大氣層燒毀，一般會選擇在渺無人煙的大洋上空進(jìn)行，如果有人恰巧乘船經(jīng)過那里，或許可以親眼看到執(zhí)行完空間物資輸送任務(wù)的某一艘天舟飛船完美謝幕。