去天宮送快遞
——趣談“天舟一號(hào)”

快遞員大家都見過，可你見過太空快遞員嗎？4月20日晚19時(shí)41分，中國(guó)第一艘貨運(yùn)飛船“天舟一號(hào)”（人稱“太空快遞員”）如約“上崗”。這位神秘的“快遞小哥”長(zhǎng)什么樣？能力如何？如何確保貨運(yùn)安全？讓我們一起認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)它吧。

多才多藝的大力士

“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船身高10.6米，體寬3.35米，比天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器、天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室還要大，質(zhì)量約為13噸，是我國(guó)目前體積最大、質(zhì)量最重的航天器，而且“肚大能容”——運(yùn)輸6噸多的貨物不在話下，其上行載貨比、貨物運(yùn)輸、推進(jìn)劑補(bǔ)加等綜合能力可比肩甚至優(yōu)于國(guó)際現(xiàn)役貨運(yùn)飛船。同時(shí)，它還具備獨(dú)立飛行不小于3個(gè)月的能力。

“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船由貨物艙和推進(jìn)艙兩部分組成，其中貨物艙主要用于為上行的貨物提供裝載空間等條件支持，推進(jìn)艙則主要為貨運(yùn)飛船提供電力能源、推進(jìn)控制動(dòng)力并裝載推進(jìn)劑。

如果要用三個(gè)詞來形容“天舟一號(hào)”，那便是強(qiáng)壯、快捷、多才多藝。強(qiáng)壯是因?yàn)椤疤熘垡惶?hào)”個(gè)頭大，運(yùn)貨能力強(qiáng)?？旖菔且?yàn)椤疤熘垡惶?hào)”設(shè)計(jì)了快速交會(huì)對(duì)接、繞飛等飛行模式，縮短了天地運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間，提高了靈活性。多才多藝是指“天舟一號(hào)”不僅能運(yùn)送貨物，還能開展推進(jìn)劑補(bǔ)加、空間科學(xué)試驗(yàn)等工作。

有哪些獨(dú)門絕活

“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船的太空之旅行程豐富，既要運(yùn)貨，又要與“天宮二號(hào)”相約，還要在太空加油，沒點(diǎn)絕活可不行。從立項(xiàng)到發(fā)射成功的6年時(shí)間里，“天舟一號(hào)”苦練內(nèi)功，經(jīng)歷了上千個(gè)小時(shí)的測(cè)試驗(yàn)證，經(jīng)受了上百次的大型試驗(yàn)考核，首創(chuàng)六大獨(dú)門絕技。

1.將使我國(guó)成為世界第二個(gè)能在太空加油的國(guó)家

就像汽車需要加油，未來空間站長(zhǎng)期在軌也需要“加油”，這項(xiàng)任務(wù)就由“天舟”系列貨運(yùn)飛船完成。在“天舟一號(hào)”之前，掌握在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)的國(guó)家只有俄羅斯和美國(guó)，其中實(shí)現(xiàn)在軌加注應(yīng)用的只有俄羅斯。

2.把跟蹤飛船測(cè)控系統(tǒng)“搬”到天上

“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船模擬圖

以往對(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?；鶞y(cè)量船，需要耗費(fèi)大量的人力、物力，且研制過程會(huì)受地域限制。

“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船首次采用以天基測(cè)控體制為主的設(shè)計(jì)原則。簡(jiǎn)單來說，就是將原本在地面或海上的測(cè)量系統(tǒng)“搬”到天上，避免了在地面或海上的地域限制，實(shí)現(xiàn)對(duì)航天器在軌飛行關(guān)鍵事件的全程跟蹤。

3.首次使用七大類國(guó)產(chǎn)新研核心元器件

為帶動(dòng)元器件的自主研制，加速實(shí)現(xiàn)元器件的自主可控，提前驗(yàn)證空間站中所用的關(guān)鍵元器件，作為飛行驗(yàn)證平臺(tái)的“天舟一號(hào)”首次大刀闊斧地使用了七大類國(guó)產(chǎn)新研核心元器件，將未來空間站建設(shè)的關(guān)鍵命脈牢牢握在手中。

4.自主快速交會(huì)對(duì)接幾小時(shí)完成

在此之前，我國(guó)掌握的交會(huì)對(duì)接技術(shù)需要耗時(shí)兩天左右，“天舟一號(hào)”能開展自主快速交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，將時(shí)間控制在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)。這有利于提高飛行器在軌飛行的可靠性，減少交會(huì)對(duì)接過程中產(chǎn)生的資源消耗，同時(shí)更大程度上地保障飛行器的安全。

5.搭載幾十臺(tái)載荷設(shè)備開展試驗(yàn)

作為往返于天地之間的交通工具，對(duì)比“神舟”系列飛船的“載人”特點(diǎn)，“天舟”系列貨運(yùn)飛船的主要功能是“運(yùn)貨”。而作為運(yùn)貨的“快遞小哥”，“天舟一號(hào)”在滿足貨物運(yùn)輸需求的同時(shí)，還最大限度地發(fā)揮了平臺(tái)效能，隨船搭載了幾十臺(tái)載荷設(shè)備，在軌開展十余項(xiàng)載荷試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)“一次飛行、多方受益”的目標(biāo)。

6.首次實(shí)施主動(dòng)離軌受控隕落

相較于一般衛(wèi)星在使命完成后隨推進(jìn)劑的消耗殆盡而緩慢降軌，最終在大氣層燒毀的結(jié)束方式，“天舟一號(hào)”首次采用主動(dòng)離軌方式，并能受控落到預(yù)定區(qū)域。這樣既能避免自身成為太空垃圾、避開離軌過程中的不可控因素，又能為打造潔凈、安全的太空環(huán)境做出自己的貢獻(xiàn)。

如何確保物資安全

為確保貨物安全抵達(dá)，“太空快遞員”準(zhǔn)備了不少秘密武器。

1.“防曬霜”

太空中的日照強(qiáng)度比地球上猛烈千百倍，在太陽的照射下，“天舟一號(hào)”的表面會(huì)迅速升溫。為幫助推進(jìn)艙中的設(shè)備“防暑降溫”，科學(xué)家們?cè)凇疤熘垡惶?hào)”的皮膚上涂了一層“防曬霜”——一種航天專用的白漆熱控涂層，具有優(yōu)良的散熱性能。

2.高科技貨包

由于運(yùn)送的貨物中有不少精密儀器和航天員用品，“天舟一號(hào)”使用一種高科技貨包來裝載貨物。這種高科技貨包采用系列化設(shè)計(jì)，可根據(jù)貨物尺寸調(diào)節(jié)大小、形狀。其外觀呈乳黃色，采用新型抗菌、防潮、防霉布料，里面則使用一種新研制的防火、防潮且抗震的泡沫或氣囊包裹貨物，可確保部分貨物在貨包中安全地存放一年。

3.力學(xué)環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)

浩瀚太空中，太空垃圾是載人航天器的“宿敵”。太空垃圾的飛行速度約為7.8千米/秒，如果與航天器相撞，輕則留下凹坑，重則穿透航天器造成部分系統(tǒng)功能失效，甚至產(chǎn)生災(zāi)難性的后果——低軌道的航天器有可能被太空垃圾撞出軌道。為避免這些狀況出現(xiàn)，設(shè)計(jì)師們?yōu)椤疤熘垡惶?hào)”量身定制了一件秘密武器：力學(xué)環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)。

4.網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)

在此之前，來往于天地之間的航天器都是依靠傳統(tǒng)的總線方式保持與地面和目標(biāo)飛行器之間的通信。雖然能保證基本的功能，但漫長(zhǎng)的飛行過程中不但不能和小伙伴們通過高清視頻聊天，就連傳回一篇圖文并茂的飛行日志都會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)堵塞，著實(shí)讓人苦惱。

在設(shè)計(jì)師們的幫助下，“天舟一號(hào)”首次利用網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)，成功構(gòu)建了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、高速、大容量的開放性網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

5.相對(duì)測(cè)量子系統(tǒng)

“天舟一號(hào)”的入職培訓(xùn)第一課就是學(xué)習(xí)如何快速找準(zhǔn)客戶位置，在客戶要求的時(shí)間內(nèi)將貨物送達(dá)。

相對(duì)測(cè)量子系統(tǒng)的擴(kuò)展性和通用性更高、定位更連續(xù)穩(wěn)定，不僅確保了“天舟一號(hào)”與“天宮二號(hào)”首次交會(huì)對(duì)接的自主可控，大大提高了安全性，還新增了整秒脈沖輸出功能，為飛船的相關(guān)設(shè)備提供了高精度的時(shí)間基準(zhǔn)，確保大家統(tǒng)一步調(diào)、齊頭并進(jìn)，把貨物準(zhǔn)時(shí)送達(dá)。

貨運(yùn)飛船哪家強(qiáng)

現(xiàn)在大家已經(jīng)知道了“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船的基本性能，那么在世界貨運(yùn)飛船家族中，都有其他哪些出類拔萃的貨運(yùn)飛船？

首先出場(chǎng)的是來自俄羅斯的“進(jìn)步”號(hào)，它最早投身“太空快遞”行業(yè)，送出的快遞數(shù)量首屈一指。

“進(jìn)步”號(hào)貨運(yùn)飛船

另一位來自歐洲的“太空快遞員”ATV是貨運(yùn)飛船家族中力氣最大的一位，一次可將7.5噸重的貨物送到太空。和其他為國(guó)際空間站服務(wù)的“快遞員”一樣，它的主要任務(wù)是向空間站運(yùn)送補(bǔ)給物資；在貨物卸載后，用作空間站的附加活動(dòng)室；提升國(guó)際空間站的軌道；用作垃圾箱，把空間站產(chǎn)生的廢棄物帶回地球燒毀。

2014年7月，第五艘ATV貨運(yùn)飛船ATV-5成功從法國(guó)圭亞那的Kourou宇宙中心發(fā)射。

在貨運(yùn)飛船家族中，“天鵝座”飛船算是悶聲發(fā)大財(cái)?shù)募一铩Ｋ闹魅耸敲绹?guó)軌道科學(xué)公司，該公司為美國(guó)軍方制造衛(wèi)星、火箭和武器等，和一些軍方科研機(jī)構(gòu)聯(lián)系非常緊密。

“天鵝座”飛船接近國(guó)際空間站概念圖

“天鵝座”飛船分為標(biāo)準(zhǔn)型和改進(jìn)型，標(biāo)準(zhǔn)型飛船長(zhǎng)5.1米，只能攜帶2噸貨物，而改進(jìn)型飛船的長(zhǎng)度增加至6.3米，可攜帶3.2噸貨物。2013年9月18日，“天鵝座”飛船首次向國(guó)際空間站運(yùn)送快遞，至今進(jìn)行了8次發(fā)射。

日本HTV貨運(yùn)飛船比“天舟一號(hào)”更早投身太空快遞行業(yè)，首艘HTV貨運(yùn)飛船在2009年9月10日發(fā)射成功，到2016年，日本共成功發(fā)射6艘HTV貨運(yùn)飛船。

HTV貨運(yùn)飛船是日本宇宙航空研究機(jī)構(gòu)專門為國(guó)際空間站研制的。它的外形看起來也像個(gè)大圓筒，長(zhǎng)10米，直徑4.4米。該貨運(yùn)飛船最大的特點(diǎn)是可通過體積較大的設(shè)備將6噸的補(bǔ)給運(yùn)送到國(guó)際空間站，然后將廢棄物運(yùn)回地球并在大氣層內(nèi)燒掉。（據(jù)千龍網(wǎng)）