2022年11月12日10時(shí)03分,天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船搭載長(zhǎng)征七號(hào)遙六運(yùn)載火箭奔赴太空。12時(shí)10分,天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船與在軌運(yùn)行的空間站組合體成功完成自主快速交會(huì)對(duì)接,“地天快遞”僅用2小時(shí),創(chuàng)造了世界航天史交會(huì)對(duì)接歷時(shí)最短的新紀(jì)錄。天舟團(tuán)隊(duì)自信地表示:“在未來(lái),讓航天員們吃上現(xiàn)做的熱乎餃子也不再是夢(mèng)想?!?/p>
天舟五號(hào)是我國(guó)第五位太空“快遞員”。它是為中國(guó)空間站在軌運(yùn)行期間提供補(bǔ)給支持的天舟系列貨運(yùn)飛船,已經(jīng)多次順利完成快遞任務(wù),為宇航員日常生活、空間站長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)營(yíng),以及延長(zhǎng)空間實(shí)驗(yàn)室和空間站運(yùn)行壽命提供了可靠保障,也成為我國(guó)載人航天工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)入空間站時(shí)代的明證。從2017年“橫空出世”的天舟一號(hào)到目前的天舟五號(hào),天舟“快遞”使命必達(dá)。以此為標(biāo)志,我國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域的航天技術(shù)完成了從無(wú)到有、從弱到強(qiáng)的蝶變,而每一架天舟飛船,也在此過(guò)程中展現(xiàn)了各自的“閃光時(shí)刻”。
2017年4月20日,天舟一號(hào)和長(zhǎng)征七號(hào)共同組成的空間站貨物運(yùn)輸系統(tǒng)首次實(shí)用性亮相,這是我國(guó)載人航天工程“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略第二步的收官之作,也標(biāo)志著我國(guó)即將開(kāi)啟空間站時(shí)代。
天舟一號(hào)與長(zhǎng)征火箭組合體
天舟一號(hào)見(jiàn)證了我國(guó)航天史上的多個(gè)“首次”——它是我國(guó)首次執(zhí)行貨運(yùn)飛船飛行試驗(yàn)任務(wù)、首次在軌實(shí)施飛行器間推進(jìn)劑補(bǔ)加、首次以天基測(cè)控體制為主實(shí)施飛行控制、首次大規(guī)模推動(dòng)核心元器件自主可控、首次開(kāi)展全自主快速交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)、首次搭載多項(xiàng)空間應(yīng)用與技術(shù)試(實(shí))驗(yàn)載荷和首次實(shí)施主動(dòng)離軌受控隕落的貨運(yùn)飛船。天舟一號(hào)可以運(yùn)送6噸多的貨物、整船最大裝載狀態(tài)下重量達(dá)13.5噸,“肚大能裝貨”讓天舟一號(hào)成為當(dāng)時(shí)我國(guó)體積最大、重量最重的載人航天器,其搭載的用于在軌試驗(yàn)的幾十臺(tái)載荷設(shè)備也讓“一次飛行、多方受益”成為可能。
在順利完成“零窗口”發(fā)射的同時(shí),天舟一號(hào)還首次采用了以天基測(cè)控體制為主的設(shè)計(jì)原則,實(shí)現(xiàn)了對(duì)航天器在軌飛行的關(guān)鍵事件的全程跟蹤。此外,天舟一號(hào)與天宮二號(hào)的交會(huì)對(duì)接采用了快速交會(huì)對(duì)接的方式,從入軌到對(duì)接成功僅用了幾小時(shí),遠(yuǎn)超先前交會(huì)對(duì)接技術(shù)需要耗時(shí)2天的常規(guī)紀(jì)錄,實(shí)現(xiàn)了更快、更舒適、更穩(wěn)妥地運(yùn)輸貨物。
在順利完成與天宮二號(hào)的交會(huì)對(duì)接后,天舟一號(hào)實(shí)施了我國(guó)首次推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加,突破和掌握了推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù),為我國(guó)空間站組裝建造和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)掃清在能源供給問(wèn)題上的最后障礙。在任務(wù)結(jié)束后,天舟一號(hào)首次采用主動(dòng)離軌方式落到預(yù)定海域,既避免自身成為太空垃圾、避開(kāi)離軌過(guò)程中的不可控因素,又能為打造潔凈、安全的太空環(huán)境作出自己的貢獻(xiàn)。
天舟二號(hào)在發(fā)射之前,曾經(jīng)歷了兩次壓力值異常而導(dǎo)致發(fā)射推遲的狀況。不過(guò),頗為曲折的發(fā)射過(guò)程并沒(méi)有影響天舟二號(hào)的表現(xiàn),在繼承天舟一號(hào)“衣缽”、完成8小時(shí)自主交會(huì)對(duì)接的前提下,天舟二號(hào)還在離軌前進(jìn)行了兩小時(shí)快速交會(huì)對(duì)接的在軌試驗(yàn),驗(yàn)證了自主快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)。與此同時(shí),為了提高交會(huì)對(duì)接可靠性,天舟二號(hào)配合航天員完成了手動(dòng)遙控操作試驗(yàn)。與之前航天員在主動(dòng)飛行器上看著目標(biāo)飛行器進(jìn)行操控不同,此次航天員是在空間站上遙控貨運(yùn)飛船與空間站對(duì)接。借由升級(jí)后的航天器之間雙向通信的“空空通信機(jī)”,其傳輸性能從千字節(jié)提升到了兆級(jí)。
在此基礎(chǔ)上,天舟二號(hào)進(jìn)一步打通了天舟與空間站雙向并網(wǎng)供電的能力??臻g站在軌道運(yùn)行的過(guò)程中,不可避免會(huì)存在太陽(yáng)翼帆板陽(yáng)光被遮擋的問(wèn)題,這會(huì)讓航天器的供電能力暫時(shí)無(wú)法滿足特定工作模式的用電需求。在常規(guī)狀態(tài)下,空間站可以為貨運(yùn)飛船供電;而當(dāng)空間站電力不足時(shí),天舟也能夠“反哺母艦”,為其提供電力。
此外,天舟二號(hào)還檢驗(yàn)了利用機(jī)械臂操作空間站艙段轉(zhuǎn)位的可行性和有效性,從而驗(yàn)證了空間站艙段轉(zhuǎn)位技術(shù)和機(jī)械臂大負(fù)載操控技術(shù),為后續(xù)空間站在軌組裝建造積累了經(jīng)驗(yàn)。值得一提的是,從2021年5月29日成功發(fā)射到2022年3月27日撤離天和核心艙組合體,天舟二號(hào)創(chuàng)造了截至目前在軌時(shí)長(zhǎng)世界第二、中國(guó)第一的紀(jì)錄,其間驗(yàn)證了大量的關(guān)鍵技術(shù),為我國(guó)空間站的建設(shè)立下了汗馬功勞。
有了天舟一號(hào)、二號(hào)打下的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),天舟三號(hào)和神舟十三號(hào)載人飛船共同開(kāi)啟了我國(guó)整個(gè)天宮空間站的正式運(yùn)營(yíng)。盡管天舟三號(hào)攜帶的物資比天舟二號(hào)上裝載的物資少了兩噸多,但是卻為“常態(tài)化運(yùn)營(yíng)”條件下天舟飛船內(nèi)部的物資裝載順序、所需物資等重要內(nèi)容提供了可借鑒模板。通過(guò)采用當(dāng)時(shí)我國(guó)最新研制的新一代全自主交會(huì)對(duì)接系統(tǒng),天舟三號(hào)在確保穩(wěn)定的同時(shí)有效提升效率,其從發(fā)射入軌到成功對(duì)接只用了6個(gè)多小時(shí)。
2021年9月16日,天舟三號(hào)貨運(yùn)飛船與長(zhǎng)征七號(hào)遙四運(yùn)載火箭組合體在轉(zhuǎn)運(yùn)途中(圖片來(lái)源:新華社)
如果說(shuō)天舟二號(hào)是“險(xiǎn)”,那么天舟三號(hào)則是“穩(wěn)”。在天舟三號(hào)發(fā)射之前,文昌航天團(tuán)隊(duì)針對(duì)臺(tái)風(fēng)季節(jié)影響,系統(tǒng)制訂臺(tái)風(fēng)天氣應(yīng)對(duì)策略、午后發(fā)射環(huán)境保障策略等20多個(gè)方案預(yù)案,同時(shí)持續(xù)提升發(fā)射場(chǎng)設(shè)備設(shè)施可靠性,開(kāi)展了活動(dòng)發(fā)射平臺(tái)中修、塔架防腐等預(yù)防性檢修檢測(cè),組織加注系統(tǒng)液氮調(diào)試、測(cè)試廠房空調(diào)聯(lián)試等24項(xiàng)試驗(yàn)……這些詳盡的準(zhǔn)備工作都成了天舟三號(hào)得以順利發(fā)射、穩(wěn)定運(yùn)行并順利完成既定任務(wù)的有力保障。
在天舟三號(hào)的完美一飛之后,接棒的天舟四號(hào)裝載包括航天員系統(tǒng)、空間站系統(tǒng)、空間應(yīng)用領(lǐng)域和貨運(yùn)飛船系統(tǒng)在內(nèi)的共計(jì)200余套貨物,以及為空間站補(bǔ)充的750千克加補(bǔ)推進(jìn)劑,為宇航員及空間站送上了“大禮包”。這艘當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)現(xiàn)役運(yùn)輸能力最大、在軌支持能力最全面的貨運(yùn)飛船,在交會(huì)對(duì)接的過(guò)程中卻呈現(xiàn)出舉重若輕的姿態(tài)——借由可控阻尼的設(shè)計(jì)思路,天舟四號(hào)可以通過(guò)緩沖設(shè)施來(lái)實(shí)現(xiàn)飛船的安全對(duì)接。
而承擔(dān)天舟四號(hào)飛船發(fā)射任務(wù)的長(zhǎng)征七號(hào)火箭,也在長(zhǎng)期的發(fā)射和使用中孕育了進(jìn)一步壓縮整個(gè)發(fā)射和對(duì)接過(guò)程時(shí)間的方法。天舟四號(hào)的火箭測(cè)試周期為27天,這一數(shù)據(jù)比長(zhǎng)征七號(hào)首飛時(shí)整整壓減了15天。此外,研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化加注發(fā)射階段測(cè)試工作,將發(fā)射區(qū)總時(shí)間壓減至3天;并實(shí)施液氧煤油并行加注,把發(fā)射日測(cè)試時(shí)間精簡(jiǎn)至8小時(shí),為高密度航天發(fā)射任務(wù)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),極大提升了火箭發(fā)射工作效率。
天舟五號(hào)發(fā)射任務(wù)是西昌衛(wèi)星發(fā)射中心組建以來(lái)的第200次發(fā)射任務(wù),而“快”正是此次發(fā)射任務(wù)的主題詞之一。通過(guò)優(yōu)化交會(huì)對(duì)接的控制制導(dǎo)策略和減少用以確認(rèn)飛船狀態(tài)的停泊點(diǎn),天舟五號(hào)從點(diǎn)火發(fā)射到完成交會(huì)對(duì)接全程僅用兩個(gè)小時(shí),一舉改寫(xiě)了2020年10月14日俄羅斯聯(lián)盟號(hào)MS-17與國(guó)際空間站的3小時(shí)3分交會(huì)對(duì)接紀(jì)錄。此外,天舟五號(hào)特別配備了天線網(wǎng)絡(luò),并通過(guò)提供專門(mén)的測(cè)控與通信信號(hào)傳輸通道與地面建立起高速、暢通的指揮和信息反饋通道。有了這一“中樞神經(jīng)”的加持,天舟五號(hào)也獲得了“最聰明的貨運(yùn)飛船”的評(píng)價(jià)。
2022年12月18日,天舟五號(hào)釋放了“澳門(mén)學(xué)生科普衛(wèi)星一號(hào)”,為澳門(mén)青少年學(xué)生提供對(duì)地成像、無(wú)線電通聯(lián)體驗(yàn)等航天科普活動(dòng)。這是中國(guó)載人航天工程辦公室充分利用天舟貨運(yùn)飛船資源,面向各級(jí)單位開(kāi)展基于天舟系列貨運(yùn)飛船平臺(tái)搭載科學(xué)技術(shù)試(實(shí))驗(yàn)和應(yīng)用項(xiàng)目的一次有益嘗試,也是我國(guó)陸續(xù)開(kāi)展各項(xiàng)在軌科學(xué)試(實(shí))驗(yàn)的一角。在未來(lái),作為空間站貨物和補(bǔ)給運(yùn)輸平臺(tái),天舟飛船將以平均每年1~2艘的頻度實(shí)施發(fā)射,為中國(guó)空間站送去更多“宇宙快遞”,創(chuàng)造更多的中國(guó)奇跡。