「天舟一號」發射：解決一個世界難題

　　時間: 2017年04月21日 | 作者: 宋傑 | 來源: 環球科學「

        天舟一號」不僅要為空間站運送物資，還承擔了一些重要的科學實驗任務。

　　如果說中國航天人的征途是「星辰大海」，那麼「天舟一號」就是「星辰大海」中的生命之舟。天舟一號貨運飛船，由中國空間技術研究院（中國航天科技集團五院）研製的一款貨運飛船，也是中國首個貨運飛船。在1992我國確定的載人航天「三步走」的發展戰略中，發射載人飛船為第一步，突破航天員出艙活動技術、空間飛行器的交會對接技術，發射空間實驗室為第二步，在第二步中同時要解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題，為第三步建造空間站做準備。天舟一號的成功發射，將是我國載人航天工程「三步走」戰略計劃「第二步」的收官之作。

　　

　　中國載人航天工程「三步走」戰略計劃（圖片來源於新華社）

　　作為貨運飛船，天舟一號的首要任務就是運輸航天員所需的生活工作必需品，以及空間站所需的推進劑等。它龐大的身軀（長10.6m，寬3.35m）以及兩艙結構設計（貨物倉和推進艙）最大限度地滿足了貨物裝載、提供能源、控制動力等需求。天舟一號在近地軌道上的運載能力為6.5噸左右，高於俄羅斯聯邦航天局研製的進步號M型（2.5噸）以及日本宇宙航空研究開發機構的H-II運載飛船（6.0噸）。但是，如果你認為天舟一號僅僅是「太空貨物的搬運工」那就大錯特錯了，天舟一號還有以下幾個非常重要的任務。

　　

　　長征七號遙二運載火箭與天舟一號貨運飛船組合體垂直轉運完畢（圖片來源於中新網）

　　開展空間科學實驗

　　天舟一號上總共搭載了40台設備，在獨自飛行的三個月內，要進行13項太空試驗。空間應用系統將在天舟一號上開展多項科學實驗研究及技術驗證試驗，其中的「非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證」獲得的試驗結果將為我國「衛星重力測量」、「空間引力波探測」等空間計劃提供重要支撐；「主動隔振關鍵技術驗證」將為空間站高微重力實驗平台研製奠定技術基礎；「兩相系統實驗平台關鍵技術研究」將在歐空局相關項目之前實施，有望使我國在此領域率先獲得科學成果和實驗技術的突破；「微重力對細胞增殖和分化影響研究」項目研究微重力等環境對幹細胞增殖分化、生殖細胞分化及骨組織細胞結構功能的影響，成果有望應用於心臟、肝臟疾病的治療、器官移植、生殖健康，以及預防和治療骨質變化疾病等方面。

　　實現太空「加油」

　　天舟一號將與天宮二號將首次實施推進劑在軌補加。為什麼天宮一號不需要「太空加油」，天宮二號需要「加油」呢？相比於天宮一號而言，天宮二號進行了大批量的空間應用試驗，航天員在軌的時間也長了一倍，但天宮二號的重量卻和天宮一號相同，因此就需要給力的天舟一號貨運飛船為天宮二號實施「太空加油」。

　　「太空加油」看似簡單，卻是公認的世界性難題，目前掌握了在軌推進劑補加技術的國家僅有俄羅斯和美國，其中真正應用在軌加註的國家只有俄羅斯。另外歐空局、日本等國家也在這個領域進行著積極的探索，國際競爭非常激烈。因為太空航天器在軌運行期間，需要消耗推進劑來維持軌道和姿態，但航天器發射時所攜帶的推進劑的量是一定的，推進劑消耗完畢，就意味著航天器壽命的終結，必須通過不斷給空間站提供推進劑，維持空間站長期運行。因此中國要建造空間站，必須要掌握這項關鍵技術。天舟一號作為我國全新設計的貨運飛船，擁有兩個獨立設計的推進劑儲箱，不僅為天宮二號攜帶一箱推進劑，用於自身控制的推進劑也可以進行「轉讓」，推進劑補加能力約為2噸。在飛行中將多次開展補加推進劑試驗，熟練掌握和控制該項技術，為我國空間站的建立提供能源支持。

　　

　　天舟一號與天宮二號實施推進劑在軌補加示意圖（圖片來源於搜狐網）

　　實現全自主超快速交會對接

　　交會對接試驗相信大家都已不再陌生，早在2011年11月3日凌晨1時35分，天宮一號目標飛行器就已與神舟八號飛船順利完成我國的首次交會對接。但是，在天舟一號上天前，我國掌握的交會對接技術需要耗時長達兩天時間，天舟一號將首次使用自主交會對接技術，可以將以前的兩天時間縮短為6個小時，大大減少了過程中的資源消耗，比如軌道資源等。也會進一步提高飛行器在軌飛行的可靠性以及航天員的舒適度，更大程度地保障未來空間站的安全。值得一提的是，自主快速交會對接，需要超遠程精確控制能力，可以說，快速交會對接的實現，比針尖對麥芒都更加困難。

　　

　　天舟一號與天宮二號進行三次對接（圖片來源於新浪網）

　　實現主動離軌受控隕落


　　在天舟一號圓滿完成自己的各項任務后，它在回來的路上還肩負著最後一項神秘使命。我們知道，一般衛星完成使命后，隨著推進劑消耗殆盡，衛星失去動力，運行軌道將會慢慢降低，直到落入大氣層被燒毀，在這個過程中，會產生一部分軌道碎片（太空垃圾），包括航天器表面脫落的材料，遺漏出來的液體固體等。這些太空垃圾有可能成為未來航天器的殺手，據統計，與大於10厘米的太空垃圾碰撞或可「殺死」航天器。天舟一號在降落的過程中，將全程經由地面飛行控制人員控制，主動離開既定軌道，墜落在預定的安全海域。天舟一號的受控降落，不僅減少了離軌過程中的不確定因素，而且還避免自身成為太空垃圾，可以為打造潔凈安全的太空環境盡了自己最後的一份力。

　　中國航天事業自1956年創建以來，從無到有，從小到大，從弱到強，經過幾代航天人艱苦卓絕的奮鬥，我國走出了一條自力更生、自主創新的發展道路。今年的4月24日，中國航天事業發展將迎來61周年的紀念日，同時這也是第二個「中國航天日」。即將出征的「天舟一號」貨運飛船是給第二個「中國航天日」最好的獻禮。

　　

　　中國未來空間站示意圖（圖片來源於軍事中國網）