◎文／韓倩茜 王笑

中國正穩(wěn)步邁向“空間站時(shí)代”

◎文／韓倩茜 王笑

4月20日19時(shí)41分，隨著海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)的一聲巨響，我國第一艘貨運(yùn)飛船——天舟一號(hào)被送上太空。4月23日，天舟一號(hào)與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室成功交會(huì)對(duì)接。空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)的順利實(shí)施，標(biāo)志著中國正穩(wěn)步邁向“空間站時(shí)代”。

作為我國載人空間站工程的重要組成部分，貨運(yùn)飛船在空間站建造和運(yùn)營物資運(yùn)輸補(bǔ)給方面扮演了重要角色，更因其“只運(yùn)貨、不送人”的特點(diǎn)，被形象地稱為“快遞小哥”。

什么是貨運(yùn)飛船？貨運(yùn)飛船是一種專門運(yùn)送貨物到達(dá)太空一次性使用的航天器。它有三個(gè)主要任務(wù)：一是補(bǔ)給空間站的推進(jìn)劑消耗、空氣泄漏，運(yùn)送空間站維修和更換的設(shè)備，延長空間站的在軌飛行壽命；二是運(yùn)送航天員工作和生活用品，保障空間站航天員在軌中長期駐留和工作；三是運(yùn)送空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和用品，支持和保障空間站具備開展較大規(guī)?？臻g科學(xué)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用的條件。它是國際空間站補(bǔ)給物資的重要運(yùn)輸工具，也是空間站的地面后勤保障系統(tǒng)。

世界各國貨運(yùn)飛船現(xiàn)狀。俄羅斯進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船。俄羅斯進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船是俄羅斯航天部門設(shè)計(jì)的系列無人駕駛飛船，也是人類第一艘貨運(yùn)飛船。首艘飛船“進(jìn)步一號(hào)”于1978年1月20日在蘇聯(lián)拜科努爾航天中心發(fā)射?？蛇\(yùn)送2.6噸各類貨物。燃料艙帶1噸燃料，可自行飛行4天，與空間站對(duì)接飛行時(shí)間可達(dá)2個(gè)月。進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船主要執(zhí)行向國際空間站定期補(bǔ)給食品、貨物、燃料和儀器設(shè)備等任務(wù)。為國際空間站運(yùn)送完補(bǔ)給后，進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船會(huì)保持對(duì)接，充當(dāng)一個(gè)高科技垃圾箱。它與空間站對(duì)接完成裝卸任務(wù)后，即自行進(jìn)入大氣層燒毀。

美國“龍”飛船?！褒垺憋w船由私營企業(yè)——美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）自主研發(fā)，是世界上第一艘由私人公司研發(fā)的航天飛船。飛船的加壓艙帶有熱防護(hù)罩，可在返回時(shí)耐受極高溫安全降落，實(shí)現(xiàn)回收并重復(fù)使用，這也使得“龍”飛船成為第一種具備大量貨物下行能力的貨運(yùn)飛船?！褒垺憋w船運(yùn)送載荷最大質(zhì)量6噸，返回載荷最大質(zhì)量3噸，它采用的是降落傘水上濺落的回收方式。在2010年和2012年完成兩次技術(shù)驗(yàn)證飛行后，于當(dāng)?shù)貢r(shí)間2012年10月7日晚8時(shí)35分從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空，飛赴國際空間站，首次執(zhí)行美國宇航局指派的往返于地球和空間站之間的任務(wù)。

迄今為止，“龍”飛船為國際空間站執(zhí)行了11次貨運(yùn)任務(wù)并成功10次。目前，“龍”飛船是唯一能從空間站完整返回地球的貨運(yùn)飛船。歐洲、俄羅斯和日本的貨運(yùn)飛船只能單程送貨，返回時(shí)會(huì)在地球大氣層中燒毀。

日本HTV貨運(yùn)飛船。HTV貨運(yùn)飛船是日本航空航天探索局（JAXA）專門為國際空間站（ISS）計(jì)劃研發(fā)、由三菱重工制造的不載人貨運(yùn)飛行器。第一艘HTV貨運(yùn)飛船于2009年9月11日從日本種子島空間中心（TNSC）發(fā)射升空，并于同年11月1日，攜帶著國際空間站上的垃圾，成功再入大氣層，在太平洋上空劃出一道耀眼的弧線后墜入海中。HTV貨運(yùn)飛船目前已發(fā)射6艘，可運(yùn)送5.7噸的貨物與燃料。國際空間站的宇航員可以不穿宇航服直接進(jìn)入加壓艙內(nèi)搬運(yùn)物資。

我國第一艘貨運(yùn)飛船天舟一號(hào)。2017年4月20日19時(shí)41分，搭載我國首艘貨運(yùn)飛船天舟一號(hào)的長征七號(hào)遙二運(yùn)載火箭，在我國文昌航天發(fā)射場(chǎng)點(diǎn)火發(fā)射，約596秒后，飛船與火箭成功分離，進(jìn)入預(yù)定軌道，發(fā)射取得圓滿成功。這是我國載人航天工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略第二步的收官之作，標(biāo)志著我國即將開啟“空間站時(shí)代”。

這是天舟貨運(yùn)飛船和長征七號(hào)運(yùn)載火箭組成的空間站貨物運(yùn)輸系統(tǒng)的首次飛行試驗(yàn)。飛船入軌后，將按預(yù)定程序與在軌運(yùn)行的天宮二號(hào)先后進(jìn)行自動(dòng)交會(huì)對(duì)接、自主快速交會(huì)對(duì)接等3次交會(huì)對(duì)接，還將對(duì)天宮二號(hào)實(shí)施3次推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加，以及空間應(yīng)用和航天技術(shù)等領(lǐng)域的多項(xiàng)實(shí)（試）驗(yàn)。其間，天舟一號(hào)與天宮二號(hào)組合體在軌飛行約2個(gè)月，天舟一號(hào)獨(dú)立飛行約3個(gè)月，這是目前中國執(zhí)行載人航天任務(wù)時(shí)間跨度最大的一次。完成既定任務(wù)后，天舟一號(hào)將受控離軌，隕落至預(yù)定安全海域；天宮二號(hào)留軌繼續(xù)開展拓展試驗(yàn)和應(yīng)用。

天舟一號(hào)是我國專門針對(duì)空間站而建造的第一艘貨運(yùn)飛船，全長10.6米，艙體最大直徑3.35米，由貨物艙和推進(jìn)艙組成，整船最大裝載狀態(tài)下重量達(dá)13.5噸，是我國目前為止體積最大、重量最重的航天器。天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船的近地軌道上行運(yùn)載能力約為6.5噸左右，高于俄羅斯進(jìn)步號(hào)M型貨運(yùn)飛船（2.5噸）和日本HTV貨運(yùn)飛船（6.0噸），低于歐洲ATV系列自動(dòng)貨運(yùn)飛船（7.6噸），下行運(yùn)載能力約為6.0噸左右。載荷比即運(yùn)載貨物的質(zhì)量與貨運(yùn)飛船船體本身的質(zhì)量之比，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船的載荷比高達(dá)48%，高于日歐的貨運(yùn)飛船。

天舟一號(hào)雖然是一艘貨運(yùn)飛船，但是它的功能卻不僅僅局限于貨物的運(yùn)輸。此次天舟一號(hào)發(fā)射除了完成交會(huì)對(duì)接、為天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室補(bǔ)加燃料之外，它身上還攜帶了大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在太空運(yùn)行期間要進(jìn)行多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)。此次天舟一號(hào)上總共搭載了40臺(tái)設(shè)備，要進(jìn)行13項(xiàng)太空實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)，真正做到了一船多用。將要在天舟一號(hào)上進(jìn)行的太空實(shí)驗(yàn)，包括新型元器件在軌驗(yàn)證，空間環(huán)境探測(cè)、力學(xué)環(huán)境測(cè)量，以及生命科學(xué)方面的實(shí)驗(yàn)等涉及眾多領(lǐng)域。

天舟一號(hào)的研制并不容易。從2011年項(xiàng)目立項(xiàng)，天舟一號(hào)在整整6年時(shí)間里，歷經(jīng)上千小時(shí)測(cè)試，通過上百次大型試驗(yàn)，才成為載人空間站工程的重要組成部分。作為天舟一號(hào)與長征七號(hào)共同組成的空間站貨運(yùn)運(yùn)輸系統(tǒng)的首次飛行，主要意義在于驗(yàn)證貨物運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性和產(chǎn)品的可靠性，以及中國載人航天工程各個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行貨物運(yùn)輸任務(wù)的協(xié)調(diào)性、匹配性。

貨運(yùn)系統(tǒng)是中國建成空間站需要突破和掌握的關(guān)鍵技術(shù)，而推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)是空間站實(shí)現(xiàn)長期駐留的必要條件。目前，國際上掌握在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)的只有俄羅斯和美國等少數(shù)國家，其中實(shí)現(xiàn)在軌加注應(yīng)用的只有俄羅斯。

天舟一號(hào)將使中國具備向在軌運(yùn)行航天器補(bǔ)給物資、補(bǔ)加推進(jìn)劑的能力。這一能力，是確保未來中國空間站在軌長期載人飛行的基本前提。

（作者單位：遼寧科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所）

本欄編輯／白華鮮 郵箱／baihuaxian809@qq.com