縱覽中國(guó)空間站建設(shè)全局，天舟貨運(yùn)飛船的主要任務(wù)目標(biāo)是穩(wěn)定可靠運(yùn)輸貨物。在此基礎(chǔ)上，“天舟二號(hào)”還將對(duì)多項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)進(jìn)行在軌驗(yàn)證，確保高效率支撐空間站建設(shè)運(yùn)行任務(wù)。

“互相充電”能源利用更高效

空間站天和核心艙和天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船都安裝了并網(wǎng)控制器。上天前，空間站核心艙與“天舟二號(hào)”是兩套獨(dú)立的能源系統(tǒng)；對(duì)接后，并網(wǎng)供電系統(tǒng)為船站間互相輸送電能資源，“1+1＞2”,實(shí)現(xiàn)組合體能源的高效利用。

“就好比兩個(gè)手機(jī)，既可以單獨(dú)充電，還可以互相充電?！碧熘鄱?hào)貨運(yùn)飛船系統(tǒng)電總體負(fù)責(zé)人于磊介紹，復(fù)雜航天器的陽(yáng)光遮擋情況復(fù)雜，如果單個(gè)航天器能量不足，另一個(gè)可以及時(shí)補(bǔ)充。

?？靠臻g站期間，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船處于休眠狀態(tài)，自身能源需求不大，太陽(yáng)翼提供的能源供給大部分時(shí)段較為充足，富余的電能可以為航天員活動(dòng)提供保障，同時(shí)支撐一些電能消耗較大的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

“一直要負(fù)責(zé)到離軌。”于磊介紹，天舟二號(hào)上天后需要在多個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)完成指定動(dòng)作。牽一發(fā)而動(dòng)全身，航天器每多做一項(xiàng)動(dòng)作，就要相應(yīng)多安裝一個(gè)模塊，全船信息系統(tǒng)就要多一個(gè)布局，每個(gè)關(guān)鍵動(dòng)作都是能源監(jiān)視最緊張的時(shí)候。

“發(fā)射只是任務(wù)開始，‘天舟二號(hào)’在軌期間，每個(gè)試驗(yàn)疊加成功，才是最終的成功?！庇诶谡f(shuō)。

據(jù)介紹，雙向并網(wǎng)需要通過(guò)地面發(fā)送程序指令，對(duì)接成功后，“天舟二號(hào)”和空間站天和核心艙將擇機(jī)開展雙向并網(wǎng)在軌驗(yàn)證。

一天16次循環(huán)“動(dòng)力源泉”不停工

在天上，貨運(yùn)飛船最顯眼的就是兩只“翅膀”，太陽(yáng)電池翼電池板在陽(yáng)光照射下反射出尖銳的光線。

電源分系統(tǒng)是貨運(yùn)飛船翱翔宇宙的“動(dòng)力源泉”，太陽(yáng)電池翼暴露在艙外，蓄電池隱藏在艙體內(nèi)，兩部分配合為整船供電。

上海航天技術(shù)研究院承擔(dān)天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船電源分系統(tǒng)研制任務(wù)，試驗(yàn)隊(duì)電源分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師王振緒介紹：“‘天舟二號(hào)’太陽(yáng)電池翼主要有兩個(gè)功能，發(fā)電滿足整艘貨船的供電要求，同時(shí)給蓄電池充電?！?/p>

當(dāng)貨運(yùn)飛船逐漸進(jìn)入陰影區(qū)域，太陽(yáng)電池翼無(wú)法接收陽(yáng)光，貨運(yùn)飛船上的3組鋰離子蓄電池開始為整船供電，直到太陽(yáng)電池翼進(jìn)入陽(yáng)光照射范圍供電、充電，電源系統(tǒng)進(jìn)入下一次循環(huán)。

“實(shí)際情況更復(fù)雜，‘天舟二號(hào)’與空間站核心艙對(duì)接后，可能會(huì)被核心艙遮擋?！蓖跽窬w介紹，太陽(yáng)電池翼會(huì)經(jīng)歷多次“進(jìn)影”和“出影”，如果長(zhǎng)時(shí)間充放電不均衡，電池壽命會(huì)減損，甚至沒辦法工作。

據(jù)科研人員測(cè)算，空間站在近地軌道繞地球一圈需要91分鐘，其中能接收光線照射的時(shí)長(zhǎng)約為54分鐘，太陽(yáng)電池翼每天要經(jīng)歷約16次明暗交替循環(huán)?！拔覀儗?duì)產(chǎn)品有信心。”王振緒介紹，貨運(yùn)飛船太陽(yáng)電池翼技術(shù)成熟度高，產(chǎn)品散熱性能好，能抵御高低溫的循環(huán)沖擊；鋰離子蓄電池與核心艙采用相同方案，經(jīng)過(guò)至少10000次地面循環(huán)驗(yàn)證，能支撐貨運(yùn)飛船全壽命周期使用。

“我們優(yōu)化了太陽(yáng)電池翼的布局和蓄電池的充電控制策略，能適應(yīng)空間站建設(shè)中復(fù)雜的遮擋工況?！蓖跽窬w說(shuō)。

“如果太空垃圾擊中太陽(yáng)電池翼怎么辦？”記者追問(wèn)。

“首先擊中概率小，其次即使被小的太空碎片擊中，太陽(yáng)電池翼的單個(gè)電池板是獨(dú)立運(yùn)行的，對(duì)整個(gè)電源分系統(tǒng)供電影響較小?！蓖跽窬w說(shuō)，團(tuán)隊(duì)有充分的信心迎接挑戰(zhàn)。

33次撞擊從8噸到180噸

“兩個(gè)航天器在太空要連在一起，主要依靠對(duì)接機(jī)構(gòu)。”上海航天技術(shù)研究院對(duì)接機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師丁立超介紹，捕獲、緩沖、剛性連接……對(duì)接機(jī)構(gòu)完成一系列規(guī)定動(dòng)作后，互相獨(dú)立的航天器才能連成一體，共同組成復(fù)雜的中國(guó)空間站。

空間站建設(shè)就像搭積木一樣，貨運(yùn)飛船、載人飛船、實(shí)驗(yàn)艙都要與核心艙對(duì)接，積木越壘越多，質(zhì)量不斷疊加。丁立超解釋：“噸位越大，撞擊能量越大，對(duì)接機(jī)構(gòu)要消耗的能量越大?！?/p>

“天舟一號(hào)”與“天宮二號(hào)”對(duì)接是13噸對(duì)8噸，首次在太空開展相關(guān)技術(shù)驗(yàn)證；本次任務(wù)中，“天舟二號(hào)”要與22噸的空間站核心艙對(duì)接，后續(xù)還要和總重超過(guò)30噸的航天器組合體對(duì)接。

“天舟二號(hào)”做了一些適應(yīng)性改變，丁立超介紹：“所有改進(jìn)都要適應(yīng)核心艙?！?/p>

除了完成運(yùn)輸物資主線任務(wù)，“天舟二號(hào)”還承擔(dān)了多條支線任務(wù)，其中需要完成4次對(duì)接動(dòng)作，為空間站后續(xù)建設(shè)做技術(shù)驗(yàn)證。

貨運(yùn)飛船入軌后，按計(jì)劃8個(gè)多小時(shí)即可自主完成與核心艙的交會(huì)對(duì)接；航天員進(jìn)入核心艙后，要手控遙操作，在核心艙內(nèi)控制貨運(yùn)飛船完成對(duì)接動(dòng)作；貨運(yùn)飛船從后向?qū)雍诵呐摵?，還要調(diào)頭繞飛到前向，完成后續(xù)動(dòng)作，并配合核心艙機(jī)械臂進(jìn)行轉(zhuǎn)位試驗(yàn)。

“每多對(duì)接一次，風(fēng)險(xiǎn)就增加一次。”丁立超認(rèn)為，這也是貨運(yùn)飛船的使命，要為其他航天器升空做先期驗(yàn)證。

“我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室完成了33次捕獲緩沖試驗(yàn)?！鄙虾：教旒夹g(shù)研究院805所對(duì)接機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師邱華勇介紹，8噸、22噸、74噸、180噸，產(chǎn)品對(duì)接能力穩(wěn)步通過(guò)地面驗(yàn)證。

“之前交會(huì)對(duì)接環(huán)節(jié)很多依靠地面干預(yù)。”于磊介紹，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船完成交會(huì)對(duì)接動(dòng)作主要依賴地面測(cè)控，“比如貨運(yùn)飛船發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)，開機(jī)時(shí)長(zhǎng)、開機(jī)點(diǎn)位都要靠地面指令，測(cè)控人員壓力很大?！?/p>

在硬件條件不變的前提下，快速交會(huì)對(duì)接系統(tǒng)提前安排好入軌后的動(dòng)作時(shí)序，節(jié)省指令在天地間傳達(dá)的時(shí)間，也免去地面臨時(shí)注入程序的流程，貨運(yùn)飛船可及時(shí)找準(zhǔn)與空間站核心艙交會(huì)的切入點(diǎn)。于磊說(shuō)：“交會(huì)對(duì)接的速度更快了?！?/p>

最直觀的是，軟件性能提升后，交會(huì)對(duì)接階段地面飛控人員能從高度緊張的狀態(tài)中解放出來(lái)，于磊說(shuō)：“希望能讓飛控人員發(fā)揮所長(zhǎng)，完成更有挑戰(zhàn)性、創(chuàng)新性的工作?！?/p>

承重、防曬給發(fā)動(dòng)機(jī)撐起“遮陽(yáng)傘”

天舟貨運(yùn)飛船可以簡(jiǎn)單分為貨物艙與推進(jìn)艙，貨物艙主要負(fù)責(zé)上行貨包，推進(jìn)艙為飛船提供動(dòng)力、為核心艙補(bǔ)加燃料。

天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船推進(jìn)艙有8個(gè)400升金屬膜片貯箱，其中4個(gè)裝燃燒劑、4個(gè)裝氧化劑，推進(jìn)劑滿載重量3.5噸左右。天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船任務(wù)就已成功對(duì)在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船在此基礎(chǔ)上，將在軌驗(yàn)證空間站核心艙前向推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)。

上海航天技術(shù)研究院試驗(yàn)隊(duì)推進(jìn)艙總裝設(shè)計(jì)師馮宇說(shuō)：“推進(jìn)艙還有一個(gè)重要作用——承重?！?/p>

起飛前，貨運(yùn)飛船豎直向上站立在地面，點(diǎn)火起飛時(shí)，處在下層的推進(jìn)艙不僅要承擔(dān)燃料和貨艙的重量，還要考慮振動(dòng)問(wèn)題。

在總裝階段，團(tuán)隊(duì)既要考慮到每臺(tái)單機(jī)設(shè)備在上升段承受的過(guò)載，還要滿足熱控“冷熱均衡”的要求，同時(shí)盡可能減輕重量，為飛船“輕體減重”，留出余量多帶貨、多帶燃料。

“每個(gè)分系統(tǒng)都考慮到了，我們的設(shè)計(jì)就是合理的。”馮宇總結(jié)。

在天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船任務(wù)期間，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)在對(duì)日偏航狀態(tài)下，飛船尾部被太陽(yáng)直射，在運(yùn)行環(huán)境和艙段設(shè)計(jì)的雙重作用下，發(fā)動(dòng)機(jī)噴管溫度較高。

“這次，我們給發(fā)動(dòng)機(jī)噴管打了遮陽(yáng)傘。”馮宇介紹，推進(jìn)艙底部加了4塊遮光板、噴上熱控白漆，有效降低噴管溫度，同時(shí)改善艙內(nèi)組件輻射換熱環(huán)境。