多項技術趕超美歐！快遞小哥「天舟一號」厲害了

值得稱讚的是，「天舟一號」的多項技術已經處於國際領先水平。

天舟一號（圖片來自新華社）

「點火！」「起飛！」北京時間4月20日19時41分，由中國自主研製的首艘貨運飛船天舟一號在海南文昌發射中心發射成功。

這是一次「零窗口」發射，即火箭在一定長度的發射窗口時間內，在緊貼窗口上沿的最優時間發射。而中國官方在前一日已公布發射時間為：19時41分。分秒不差！

按計劃，「天舟一號」發射入軌後，將進入高度約380公里的運行軌道，之後與在軌運行的天宮二號先後進行3次自主快速交會對接、3次推進劑在軌補加，以及空間應用和航天技術等多領域的實（試）驗項目。

期間，「天舟一號」與「天宮二號」組合體在軌飛行約2個月，「天舟一號」獨立飛行約3個月。完成既定任務後，「天舟一號」將受控離軌，隕落至預定安全海域；「天宮二號」留軌繼續開展拓展試驗和應用。

先來介紹一下「天舟一號」。

「天舟一號」有兩個別稱。

因為它的主要任務是為「天宮二號送貨」，所以它被形象的稱為太空「快遞小哥」。

除此之外，「天宮一號」是中國航天計劃中太空實驗室計劃的試驗性飛行器，由其改進而來的「二姐」天宮二號，則是中國第一個真正的太空實驗室。而20日發射的「天舟一號」，同樣改進自」天宮一號「，可以說是「三妹」。「三妹」在發射之後2天內，將與「二姐」實現交會對接。

「天舟一號」採用兩艙式結構，直徑較小的是推進艙，直徑較大的為貨物艙。其最大直徑達到3.35米，飛船全長10.6米，載荷能力達到了6.5噸，滿載貨物時重13.5噸。如果此次滿載的話，它很可能將成為中國發射進入太空的質量最大的有效載荷。甚至比天宮二號空間實驗室還大，後者全長10.4米，直徑同為3.35米，質量為8.6噸。

據介紹，「天舟一號」貨運飛船共配有25N、120N、150N、490N四種不同推力量級的發動機。由於「天舟一號」運載量大，要求發動機工作時間和次數成倍增加，航天六院研製團隊對25N、120N、150N發動機的技術狀態進行了適應性改進設計，在不改變其性能的前提下，降低發動機工作溫度，攻克了這個世界性難題。為實現「天舟一號」更優性能，還採用了高性能的第二代490N發動機。不僅工作次數提高了10倍，而且密封性能更高，所有技術指標完全滿足飛船的任務需求。

同時，此次由「長征七號」運載火箭發射「天舟一號」貨運飛船，也是液氧煤油發動機首次真正意義上的工程應用。「長征七號」運載火箭，由直徑3.35米的芯級和4個直徑2.25米的助推器組成，全箭長53.1米，起飛質量為594噸，動力系統全部採用了航天六院最新研製的綠色環保液氧煤油火箭發動機。

說完了「天舟一號」，再介紹一下它此次飛行任務。

」天舟一號「將執行4大任務目標：與空間實驗室配合，驗證推進劑在軌補加技術；全面考核貨運飛船功能和性能；在空間實驗室配合下，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；支持開展空間應用及技術試（實）驗。

在接下來為期3個多月的太空飛行中，「天舟一號」將與「天宮二號」先後進行3次交會對接，完成3次「太空加油」——在軌推進劑加註。此外，「天舟一號」還搭載了N多科研設備，將在獨自飛行期間完成一系列空間科學實驗。

別看「天舟一號」的任務「不多」，但每一項都有「高難度」。

與日常生活中的加油不同，「太空加油」不僅要加註燃料，還需要加註供燃料燃燒的氧化劑。燃燒劑和氧化劑兩者不能「見面」，否則會發生爆炸。它們的加註是由兩套系統獨立組成的，加註時序也不同。

「天舟一號」貨運飛船系統總體副主任設計師雷劍宇說，「天舟一號」貨運飛船「太空加油」採用的是無增壓氣體損耗的氣體回用法。這種方法系統設計難度較大，但是氣體資源利用率高。

這次「加油」，須在「天舟一號」和「天宮二號」對接鎖緊，補加裝置和管路氣密性好的前提下進行。第一步，「天宮二號」的壓氣機將手風琴狀的膜盒貯箱中的氣體壓回氣瓶，使「天宮二號」的燃料儲箱的壓力低於「天舟一號」；第二步，推進劑在壓力差的作用下，自動從「天舟一號」貯箱流入「天宮二號」貯箱，當兩側壓力一致時，加註工作完成；第三步，進行管路吹除，確保「天舟一號」和「天宮二號」分離時，殘留在管路中的推進劑不會在空間擴散，污染對接器件和航天器。

至於「送貨的任務」。「天舟一號」的「入職培訓」第一課，就是學習如何快速找准「客戶」位置、在「客戶」要求的時間內將貨物送達。

這次送貨，首次利用北斗導航星座的相對測量子系統的擴展性和通用性更高、定位更連續穩定，不僅確保了與「天宮二號」首次交會對接的自主可控，安全性大大提高，還因為新增的整秒脈衝輸出功能，為全船的相關設備都提供了高精度的時間基準，確保了大家統一步調、齊頭並進，把貨物準時送達！

據悉，此次飛行任務是天舟貨運飛船和長征七號運載火箭組成的空間站貨物運輸系統的首次實用性亮相，將為中國空間站組裝建造和長期運營奠定重要技術基礎。

值得稱讚的是，「天舟一號」的多項技術已經處於國際領先水平。

首先看在軌推進劑補加技術。在軌推進劑補加技術是繼天地往返、交會對接、航天員中長期駐留技術後，中國載人航天工程的又一項關鍵技術。目前國際上掌握了在軌推進劑補加技術的只有俄羅斯和美國等少數國家，其中，實現在軌加註應用的只有俄羅斯。

1978年，蘇聯（現俄羅斯）「禮炮六號」空間站首次實現了在軌加註，目前，國際空間站已經成功進行多次在軌加註工作。

以往，在軌加註技術的主要對象是空間站等大型航天器，近年來，針對尺寸相對較小的航天器——衛星進行的在軌加註開始成為各國研究的熱點。目前，美國通過「軌道快車」等計劃進行了不少在軌加註實驗，其在軌加註技術走在世界先進前列。

再來看看貨船體積和貨運能力。中國航天科技集團五院研究員龐之浩說，最初的貨運飛船都是從載人飛船演變過來，蘇聯對聯盟號載人飛船進行改裝，「拆掉座椅、環境控制與生命保障、返回著陸和應急救生等系統」，使進步號貨運飛船每次飛行可送去2噸左右的物資。

俄羅斯「進步」貨運飛船是人類第一艘貨運飛船，首艘飛船於1978年1月20日，在拜科努爾航天中心發射。「進步」貨運飛船為無人駕駛飛船，由儀器艙和貨艙組成，貨艙容積6.6立方米，可運送2.6噸各類貨物。燃料艙帶１噸燃料，可自行飛行４天。最新型「進步ＭＳ」系列飛船具有防護太空垃圾和微隕石的能力。「進步」貨運飛船不可回收，一般在完成補給任務後，航天員會將空間站上產生的各種生活垃圾和廢物填入飛船，飛船隨後離軌自行銷毀。

而美國政府在21世紀初提出「商業軌道運輸服務」計劃，旨在讓私營公司研發用於空間站貨運及乘組運輸的航天器。美國太空探索技術公司（SpaceX）的「龍飛船」、美國阿聯特技術系統公司和軌道科學公司的天鵝座貨運飛船、美國內華達山脈公司的追夢者太空梭等「應運而生」。

「龍」飛船由美國太空探索公司研發，飛船帶有熱防護罩，可在返回地球時耐受極高溫安全降落，實現回收並重複使用，這使得「龍」飛船成為第一種具備大量貨物下行能力的貨運飛船。「龍」飛船長5.9米，最大直徑3.6米，自重4.2噸，其運送載荷最大質量6噸，返回載荷最大質量3噸。迄今，「龍」飛船為國際空間站執行11次貨運任務，成功10次。

而總長10.6米，艙體最大直徑3.35米，重約13噸、貨運能力約為6噸的「天舟一號」將開啟空間站時代的黎明。

據「天舟一號」總設計師白明生介紹，「天舟一號」的載貨比（即貨物重量占整個飛船的總重量的比例，是考核貨運飛船的主要指標，載貨比數值越高，說明運載效率越高）較高，將來還可以進一步優化到0.48，該數值將超越歐洲、日本等國家的現役貨運飛船，處於國際領先水平。

此外，「天舟一號」的領先水平還體現在空間科研方面。空間兩相流體與傳熱是國際空間站的科學研究熱點課題，歐美日等國的空間研究機構都有空間實驗計劃和在軌實驗裝置。本項組合式相變傳熱空間實驗方案由中國科學家首次提出，並將在「天舟一號」上實施，早於歐空局等相關項目的實施時間。（來源：僑報網）

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