此次拜訪“天宮”空間站，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船帶了哪些貨物？在軌期間要完成哪些任務(wù)呢？中國(guó)空間技術(shù)研究院天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船系統(tǒng)研制團(tuán)隊(duì)做了詳細(xì)解答。

物資6.8噸，糧草先行

兵馬未動(dòng)，糧草先行?！疤熘鄱?hào)”的載貨比為0.51，處于國(guó)際領(lǐng)先水平。飛船此行的主線任務(wù)是把航天員和空間站所需的物資送上天，物資包括推進(jìn)劑和貨包兩大類。

天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船為“貨艙+推進(jìn)艙”兩艙構(gòu)型，推進(jìn)艙不僅要滿足自身動(dòng)力需求，還要為空間站天和核心艙在軌運(yùn)行補(bǔ)加燃料；貨艙則要滿足航天員生活、工作的需求，本次飛行攜帶了160多個(gè)貨包、200多件貨物。

“有兩件寶貝疙瘩很特殊?！毙煨∑浇榻B，本次運(yùn)輸?shù)呢浳镏杏袃商缀教靻T艙外服，每件重100多公斤。它們是航天員執(zhí)行艙外任務(wù)的必備物資。

其他貨品都安安穩(wěn)穩(wěn)裝進(jìn)包裹，整齊碼在貨格里，運(yùn)送這兩件“異形”艙外服則需要額外安裝支撐點(diǎn)，保護(hù)服裝胸腔部的薄壁結(jié)構(gòu)。徐小平說(shuō)：“貨艙總共40個(gè)格子，這倆寶貝就占了8個(gè)?！?/p>

“5組20個(gè)氣瓶，是空間站的耗材?！碧熘鄱?hào)貨運(yùn)飛船系統(tǒng)主管設(shè)計(jì)師王冉介紹，這些氣瓶看起來(lái)和普通的氧氣瓶很像，但材料安全性更好，里面裝著氧氣、空氣、氮?dú)獾雀黝悮怏w。身處真空環(huán)境中，人體平時(shí)無(wú)意識(shí)中呼吸的氣體變成珍貴資源。必要時(shí)，這些氣體將為空間站補(bǔ)足氣壓。

“在天上，水資源也很珍貴。”王冉補(bǔ)充，進(jìn)入空間站的水要裝進(jìn)軟體水囊中，本次上行的十幾個(gè)水囊不僅滿足日常用水需求，還可以電解制氧。

6.8噸重的物資送上天，總體遵循“重心靠下，質(zhì)心在中間”的原則，160多個(gè)貨包按照航天器質(zhì)量特性“排座次”。

“像在超市一樣，每個(gè)貨有固定的位置。”天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船系統(tǒng)機(jī)械總體負(fù)責(zé)人賈東永介紹，貨艙縱向分為4個(gè)象限，橫向劃分為ABCD4層，每個(gè)貨包按坐標(biāo)編號(hào)查找，同時(shí)貨包上有二維碼，掃描后可查看包里的具體貨物。

食物、水、衣物、清潔濕巾……除了保障航天員的衣食住行，天舟二號(hào)還攜帶了一部分科學(xué)試驗(yàn)載荷、空間站建設(shè)需要使用的備份艙門。王冉補(bǔ)充：“火箭和貨運(yùn)飛船的運(yùn)輸能力越強(qiáng)，就越能為空間站作出更大的貢獻(xiàn)?！?/p>

貨運(yùn)飛船除了運(yùn)輸生活物資外，還要給空間站“加油”，也就是補(bǔ)加推進(jìn)劑。貨船系統(tǒng)有多個(gè)“油箱”，推進(jìn)劑可在密封艙外通過(guò)管路運(yùn)輸，與密封艙隔離，保證航天員在艙內(nèi)的安全。

貨包定位取用，專業(yè)天地運(yùn)輸

“貨包使用的布料添加了螃蟹殼，能有效抗菌。”王冉介紹，日常生活中，地面臟了掃地、衣服臟了洗凈晾干，在空間站微重力、密閉環(huán)境中，同樣的一塊布料蹭臟了很難清理，這樣的環(huán)境對(duì)貨包布料要求更加苛刻。

研制團(tuán)隊(duì)針對(duì)貨物裝載需求進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)市面上常用的布料無(wú)法滿足要求，于是自行研發(fā)了特種殼聚糖纖維布。

顧名思義，“特種”布料是為了太空旅行專門研制的，要經(jīng)受抗菌、防霉、阻燃、低揮發(fā)等各項(xiàng)指標(biāo)考驗(yàn)，有很好的承載能力，力學(xué)性能優(yōu)良；殼聚糖纖維布是從螃蟹、蝦的甲殼中提取出抗菌成分，再利用特殊纖維紡織工藝生產(chǎn)出的布料。

為了充分利用裝載空間，貨船艙內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，利用蜂窩板形成一個(gè)個(gè)貨格，每個(gè)貨格都可以裝載多個(gè)規(guī)格的貨包。

“貨運(yùn)飛船對(duì)口單位太多了，空間站核心艙、航天員系統(tǒng)、科研機(jī)構(gòu)、高校，大家的需求是多樣的。”王冉介紹，為了讓整船裝載效率更高，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了26種規(guī)格的貨包。

按照型譜化設(shè)計(jì)思路，貨包分大、中、小不同尺寸規(guī)格，根據(jù)不同需求，長(zhǎng)寬、形狀各異。為了適應(yīng)貨運(yùn)飛船的圓形艙體結(jié)構(gòu)，研制團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)出梯形、楔形等形狀；為對(duì)異形產(chǎn)品、敏感光學(xué)器件進(jìn)行特殊保護(hù)，團(tuán)隊(duì)借鑒飛機(jī)座椅的安全鎖扣，使每個(gè)貨包都能被穩(wěn)穩(wěn)當(dāng)當(dāng)固定住、單手簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單取下來(lái)。

“不僅要大小布局合理、重量均衡，最重要的是方便航天員取用。”徐小平總結(jié)。

“就像大家出差，航天員入艙后第一天是最難的，吃的、用的都要現(xiàn)找?！毙煨∑秸f(shuō)，這對(duì)航天員是挑戰(zhàn)，對(duì)貨運(yùn)飛船也是挑戰(zhàn)。賈東永補(bǔ)充道：“不能讓航天員吃一袋宮保雞丁都要翻半天?！?/p>

在軌運(yùn)行一年，“天舟二號(hào)”作為儲(chǔ)藏室，既要保障航天員日常生活、工作物資隨取隨用，還要收納廢棄物、人體排泄物，最終離軌墜入大氣層燒毀。

“我們有密封的‘小轎車’，也有開放的‘皮卡車’?！毙煨∑浇榻B，天舟貨運(yùn)飛船的貨物艙有全密封、半密封半開放、全開放多種類型，可以滿足不同尺寸、各種類型的貨物運(yùn)輸需求。

以人為本，天舟初心

“我們要做好后勤保障服務(wù)?！毙煨∑秸f(shuō)，從航天員使用角度出發(fā)，貨運(yùn)飛船要通過(guò)醫(yī)學(xué)、工效學(xué)評(píng)價(jià)，艙內(nèi)壓力、噪音、照明燈照度、操作空間等都被納入評(píng)價(jià)范圍，全方位保障航天員在空間站的健康生活。

“真正以航天員為本，考慮他們的需求?！辟Z東永介紹，工效學(xué)是評(píng)價(jià)體系中的重要一環(huán)，主要研究生產(chǎn)系統(tǒng)中人、機(jī)器和環(huán)境之間的關(guān)系。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，空間站中的儀器、設(shè)備、布局環(huán)境都會(huì)影響航天員在軌工作效率。研制團(tuán)隊(duì)希望天舟貨運(yùn)飛船能在有限空間內(nèi)讓航天員方便地生活、工作。

“第一，不能對(duì)航天員有損傷，第二，要易于操作?！辟Z東永舉例，在地球上丟垃圾，只需要扔進(jìn)垃圾桶再打包，一個(gè)人就能完成；在天上扔垃圾則復(fù)雜多了，因?yàn)槲⒅亓Νh(huán)境下，人、垃圾、垃圾袋一起浮在空中。首先航天員要固定自己，再騰出手來(lái)收拾垃圾，經(jīng)過(guò)壓縮抽空等特殊處理后，把垃圾固定到貨艙指定位置。這一系列操作可能需要兩個(gè)人配合。

空間站將在軌運(yùn)營(yíng)10年以上。賈東永補(bǔ)充：“關(guān)注航天員的居住環(huán)境，后續(xù)還有許多改進(jìn)的空間?！?/p>

秉持航天人“少花錢、多辦事”的傳統(tǒng)，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船在保證主線任務(wù)圓滿完成的同時(shí)，在軌期間還將擇機(jī)完成交會(huì)對(duì)接、雙向并網(wǎng)、機(jī)械臂在軌試驗(yàn)等支線任務(wù)。

“天舟二號(hào)”物資運(yùn)輸?shù)氖姑瓿珊螅€將驗(yàn)證空間站機(jī)械臂在軌操控技術(shù)，為實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位做鋪墊。天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師周志勇介紹，航天器對(duì)接機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、機(jī)械臂是3套獨(dú)立的裝置，對(duì)接機(jī)構(gòu)可以分別與另外兩套機(jī)構(gòu)配合，完成空間站艙段轉(zhuǎn)移動(dòng)作。

爭(zhēng)當(dāng)技術(shù)“急先鋒”，天舟系列貨運(yùn)飛船與空間站幾乎同時(shí)立項(xiàng)。貨運(yùn)飛船加緊步伐，于2017年完成“天舟一號(hào)”發(fā)射任務(wù)，驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)、固定流程。徐小平說(shuō)：“貨船的后勤保障能力穩(wěn)定，空間站才能在軌道上待得安穩(wěn)?！?/p>