天舟首飛成功 「太空加油」突破國外技術封鎖

　　大公網4月20日訊（記者劉凝哲）4月20日19時41分，搭載天舟一號貨運飛船的長征七號遙二運載火箭，在我國文昌航太發射場點火發射，約596秒後，飛船與火箭成功分離，進入預定軌道，發射取得圓滿成功。
　　天舟一號是中國首艘貨運飛船，也是中國迄今為止送入太空最重的航天器。作為中國載人航太工程第二步空間實驗室階段的收官之戰，天舟一號將向天宮二號空間實驗室運送6噸左右的貨物，並進行難度極高的「太空加油」，為中國載人空間站建設清除最後的技術障礙。不僅如此，從天基測控到快速、繞飛交會對接，以及實施主動離軌受控隕落，天舟一號任務還將創造中國載人航太工程的多個紀錄。

　　4月20日傍晚，海南文昌，搭載天舟一號飛船的長征七號運載火箭發射前。中新網
　　天舟一號總長10.6米，採用貨物艙和推進艙兩艙結構組成，艙體最大直徑3.35米，整船最大裝載狀態下重量達13.5噸，是中國目前體積最大、重量最重的載人航天器。依照計畫，天舟一號主要任務目標包括，驗證「太空加油」技術，全面考核貨運飛船的功能和性能，開展貨運飛船控制組合體、繞飛至前向交會對接、快速交會對接等試驗，以及開展空間應用及技術試驗。
　　驗證推進劑在軌補加技術，也就是俗稱的「太空加油」，是天舟一號任務的最重要目標。「太空加油」的過程，是在天舟一號與天宮二號對接之後，通過兩個航天器之間產生的氣體壓力，把推進劑從天舟一號上輸送到天宮二號上。說起來簡單，但實際操作的難度卻很高，要保證航天器準確對接，又要滿足密封要求。

　　在天舟一號之前，掌握「太空加油」技術的國家只有俄羅斯和美國，且僅有俄羅斯曾實現過在軌應用。10年前，曾有航太強國的專家放言，中國搞不出太空加油。來自中國航太科技集團6院801所一支平均年齡32歲的科研隊伍，卻用事實證明著中國航太的實力。
　　天舟一號被稱為中國的太空「快遞小哥」，高效快速、使命必達是其特點。天舟一號的體量與和天宮二號空間實驗室基本相當，但可運送相當於自身重量的逾6噸貨物，載荷能力接近天宮二號的2倍，高於俄羅斯研製的進步號M型和美國的天鵝座飛船擴展型。其載貨能力同樣高於日本和歐洲的貨運飛船，快遞貨物可謂經濟實惠。

　　太空快遞，「快」字當頭，在天舟一號之前，中國的空間交會對接大約需要耗時2天左右，但天舟一號將交會對接的時間控制在幾個小時內。快速交會對接的實現，有利於提高飛行器在軌飛行的可靠性，減少交會對接過程中包括軌道控制等在內的產生的資源消耗，同時，更大程度上地保障飛行器，方便空間站突發事件應急處理。
　　與此前的神舟系列載人飛船不同，天舟一號在飛行任務結束後，經由地面實施主動離軌，通過兩次降軌控制，受控地墜落於南太平洋指定區域。據介紹，較之一般衛星在使命完成後，在大氣層燒毀的結束方式，天舟一號首次採用主動離軌方式，並能受控地落到預定區域。這既避免自身成為太空垃圾、避開離軌過程中的不可控因素，又能為打造潔淨、安全的太空環境作出貢獻。
　　值得一提的是，為提前驗證中國載人空間站中所用的關鍵元器件，天舟一號首次使用了七大類國產新研核心元器件，這將未來空間站建設的關鍵命脈牢牢握在中國自己手中。此外，天舟一號貨運飛船還首次採用天基測控體制為主的設計原則，將原來在地面或海上的測量系統"搬"到天上，這實現了對航天器在軌飛行關鍵事件的全程跟蹤。

　　4日17日，長征七號遙二運載火箭與天舟一號貨運飛船組合體在垂直轉運中。大公網製圖
　　天舟系列邁出中國載人航天器譜型化第一步
　　宇航通用產品型譜化，是世界各個航太強國一直在探索研究的問題。俄羅斯聯盟號系列飛船作為世界上最早並且至今仍在有效運營的載人飛船，是載人飛船型譜化應用的成功典範。中國連續升空的十一艘載人航太神舟系列飛船，雖然取得十一捷的戰績，但不能稱之為型譜化。天舟一號則以三種型譜的設計，邁出中國載人航天器型譜化的第一步。
　　航太專家表示，所謂航天器的型譜化，並不是將已有的不同規格的同類產品簡單羅列、組合，或者不斷改進現有產品的特性、功能，而是以最少數目的不同規格產品為標誌的、能滿足較長時期及一定範圍內全部使用要求的產品系列。比如，2016年11月升空的中國新一代大推力運載火箭長征五號，就為中國運載火箭的系列化、型譜化發展奠定了基礎。
　　天舟系列貨運飛船是中國載人空間站的重要組成部分，主要任務是為空間站補加推進劑和運輸貨物，並將空間站廢棄物帶回大氣層燒毀。針對運輸的貨物的不同類型和需求，天舟系列貨運飛船設計了「全密封」、「半開放」、「全開放」三種型譜。
　　天舟一號是貨運飛船的首發型號，採用全密封型譜，其主要用於運輸太空人消耗品、密封艙內設備與試驗載荷。半密封貨運飛船除了可以運輸密封艙內貨物外，還可以滿足包括太陽電池翼等艙外物資的運輸需求。全開放貨運飛船主要用於大型艙外貨物的運輸。
　　據介紹，天舟系列貨運飛船按照模組化思路搭建平臺型譜，設計有推進艙模組、密封貨物艙模組、半密封半開放貨物艙模組和全開放貨物艙模組。其中，推進艙模組公用，貨物艙模組則根據任務要求選擇，構成「全密封」、「半開放」和「全開放」貨運飛船。這種類似於"搭積木"的方式，降低了研製成本，縮短了週期，可以通過有限的飛行試驗快速提高平臺可靠性。
　　長七火箭二度征空  多項更改保天舟
　　運送天舟一號升空的長征七號火箭，是繼2016年6月首飛成功後的第二次飛行。據介紹，為實現天舟一號與天宮二號的交會對接和「太空加油」，長七火箭必須實現"零窗口"發射。與首發火箭相比，運送天舟一號升空的長七遙二火箭技術狀態變化更改涉及發射場操作和使用維護的佔30%，這極大提升了火箭在發射場的操作方便性和安全性。
　　長征七號運載火箭總長53.1米，芯級直徑3.35米，捆綁4個2.25米助推器，起飛重量597噸，運載能力將達到近地軌道13.5噸、太陽同步軌道5.5噸，為滿足載人空間站工程，發射貨運飛船的需求而研製的新一代高可靠、高安全的中型液體運載火箭，採用"兩級半"構型，達到國外同類火箭先進水準。
　　與首發火箭相比，用於發射天舟一號的長七遙二火箭的操作方便性和安全性大幅提升，涉及整流罩、蓄壓器、芯級工作蓋板等多個方面。同時，針對文昌發射場為瀕海發射場，具有高溫、高濕和高鹽霧等特點，長七火箭通過在箭上部段對接面處設計"F"形小支架支撐，有效解決了冷凝水結冰的問題，並為整流罩保溫衣，以小設計解決了大問題。
　　長征七號火箭是中國新一代高可靠高安全的中型運載火箭，將成為中國未來航太發射任務的"主力軍"。據介紹，預計到2021年左右，長征七號將逐步替代現有的長征二號、長征三號、長征四號系列火箭，承擔中國80%左右的航太發射任務。
　　【國際比較】貨運飛船服務太空近40年 中國天舟具後發優勢
　　從世界第一艘貨運飛船進步一號於1978年1月在蘇聯拜科努爾航太中心升空，貨運飛船已為人類在太空的長期駐留服務近40年。為滿足載人空間站建設，特別是太空人在空間站的長期駐留，中國從2011年開始研製天舟系列貨運飛船。天舟飛船能夠運送6噸貨物，實現「太空加油」，並能獨立自主飛行3個月。航太專家表示，與其他國家的貨運飛船相比，天舟飛船的功能更加全面，性價比更高。