我国太空“快递小哥”上天：背后秘密大曝光

　　中国载人航天工程办公室4月19日发布，经空间实验室飞行任务总指挥部研究决定，瞄准4月20日19时41分发射天舟一号货运飞船。19日下午，执行发射任务的长征七号遥二运载火箭开始加注推进剂。

　　天舟一号是我国自主研制的首艘货运飞船，由于它只运货，不送人，所以被形象地称为太空“快递小哥”。它采用两舱式结构，直径较小的是推进舱，直径较大的为货物舱。

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　　天舟一号货运飞船在长征七号火箭的顶端待发

　　其最大直径达到3.35米，飞船全长10.6米，载荷能力达到了6.5吨，满载货物时重13.5吨。如果此次满载的话，它很可能将成为中国发射进入太空的质量最大的有效载荷。甚至比天宫二号空间实验室还大，后者全长10.4米，直径同为3.35米，质量为8.6吨。

　　天舟一号的主要任务是为天宫二号“送货”，将与天宫二号空间实验室完成交会对接，实施推进剂在轨补加，突破和掌握推进剂在轨补加等关键技术。天舟一号还搭载了非牛顿引力实验等10余项应用载荷，将在轨开展空间科学及技术实(试)验。

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　　天舟一号货运飞船

　　在这些货物中，除了维持天宫二号运行的各种补给(包括推进剂)外，还有大量太空实验设备和载荷。由于运载火箭的运载能力是固定的，如果要运送更多的货物，就必须在保证飞船良好性能的同时，尽量减少“自重”。

　　天舟一号的“腰部”是一个个连接框。“为了使各部分牢固连接，连接框一般都很厚实。”天舟一号货运飞船主任设计师王为介绍，科研人员经过多次试验验证，通过数控加工仿真技术，将连接框设计成镂空形式，将非受力部分的“赘肉”精准去除，只保留结构受力部分，相当于为天舟一号进行了“抽脂”，保证连接框在足够结实的前提下重量减少50%左右。

　　天舟一号的外部是一种壁板结构，虽然设计厚度仅为3毫米左右，但在科研人员看来仍有“减脂”的余地。由于壁板面积很大，即使只去除A4纸那样薄薄的一层，整舱的重量也会下降不少。

　　“在不影响飞船性能的前提下，我们通过严格控制加工温度、切削速度等参数，将壁板变薄，使天舟一号的自重减轻了30公斤。”王为告诉记者，省下的这些重量，又可以多运送好几台设备。为了使舱内空间利用更加合理，进而装载更多的货物，天舟一号的货舱被自己的“骨骼”——货架分割成了许多区域。

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　　天舟一号货运飞船

　　在货架的设计上，科研人员选用了轻质高强度材料。“货架面板”仪器板使用的是铝合金蜂窝板，“货架框架”立梁使用的是碳纤维材料。“经过多次工艺攻关后，天舟一号的整体结构变得又轻又强壮，确保能将货物完好无缺地送达天宫二号。”王为说。

　　那么这样一个大块头的“快递小哥”怎样确保运送货物的安全呢?“天舟一号块头虽大，却有一颗细腻的‘心’。”中国航天科技集团第五研究院载人航天总体部载人航天器总体研究室副主任张健说，飞船内壁四周全部设置为货架，中间留出一条矩形通道供航天员通行，航天员身处货架通道中，可以随意走动、转身、取放货物。

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　　天舟一号货运飞船

　　为提升天舟一号承载量，飞船内部采用了高效承载货架设计。张健说，表面上看，这些货架和普通的储物格类似，但其细节和构型都经过科学分析论证。货架采用基于蜂窝板、碳纤维立梁的梁板结构，形成大量的标准装货单元，传力效果好。

　　由于天舟一号运送的物资中有许多精密仪器设备和航天员用品，装载物资的货包必须具备保护功能。货运飞船机械总体主管设计师郭军辉介绍，新研制的高科技货包外观呈清新的乳黄色，采用新型抗菌防潮防霉布料，可确保货物在货包中存放一年。此外，针对不同体积、形状的货物，还进行了定制化和系列化设计。

　　“在货包的内部设计上，依然有贴心的安排。”郭军辉说，为避免货物直接与货架结构相连接，货包里面还有一层新研制的防火防潮且防震的泡沫或气囊袋，这种“贴心”的“软包装”设计为装载对象提供了柔软、高阻尼、分布式的系统支撑。“100多个大小不一的货包，将确保天舟一号的货运物资完好地运送到天宫二号。”郭军辉说。

　　17日7时30分，承载着长征七号遥二运载火箭与天舟一号货运飞船组合体的活动发射平台驶出总装测试厂房，平稳行驶约2.5小时后，垂直转运至发射区。这意味着“天舟快递”的收单运送任务启程在即。

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　　天舟一号货运飞船

　　天舟一号发射任务昨天(18日)进行最后一次全区合练，结果表明，各系统组织指挥畅通，技术状态正确，参试设备状态良好。这次合练由文昌航天发射场组织实施，是除“点火发射”之外，参试测控通信系统最多、最全、最贴近实战的一次综合模拟演练，也是发射前的最后一次合练。目前，发射场测发、测控、通信、气象、勤保五大系统同步展开工作。此次发射是零窗口发射，面临着极大挑战。

　　天舟一号飞行任务发射场区指挥部指挥长张学宇说：零窗口发射在文昌场区是属于首次，主要是货运飞船入轨以后要和天宫二号要准确地对接，就要各系统协调配合，精准操控、精确决策，确保飞船能够准时成功圆满地入轨，目前各项装备的状态和参数正常，具备发射条件。

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　　天舟一号货运飞船

　　首次验证“太空加油”

　　专家表示，无论是空间实验室还是空间站，在近地轨道运行都会由于空气阻力而“掉高度”，如果不能维持高度，其在轨寿命将比较有限。这需要火箭发动机适时启动以保持轨道高度，但是其携带的燃料是有限的。这就为被称为“太空加油”的在轨推进剂补加技术提出了需求。

　　目前掌握推进剂在轨补加技术的只有美俄两国，此次天舟一号的一个重要使命就是验证这项技术，这也是决定中国未来空间站能否顺利发展的关键技术之一。为此，先期发射入轨的天宫二号安装了一套全新的补加系统，其补加原理类似于油管与油枪的对接，不过精度和密封性要求非常高。

　　专家表示，目前国际上还有一种维持轨道的补充方式，就是货运飞船与空间站对接后，利用自身发动机“烧掉”多余的燃料抬高空间站轨道。不过这种轨道维持方式对于飞船的位置、对接口受力都有很高要求，另外这种方式也不够灵活。中国计划在2022年前后建成空间站，其初步规模包括一个核心舱和两个实验舱，如果想保持航天员长期在轨飞行，货运飞船是必可不少的。

　　现役运载能力最强货船

　　天舟一号货运飞船

　　专家表示，货运飞船是从载人飞船演变过来的。运货飞船可以运输推进剂燃料、维修和更换的设备、航天员的生活、工作用品以及空间科学实验设备和用品等，此外还能用于调整空间站轨道高度。在20世纪70年代，前苏联和美国开始发展体积大、寿命长、用途广的空间站。

　　刚开始时，两国都是用人货混装的载人飞船为空间站提供少量补给，每艘载人飞船一次只能为空间站运去几百公斤的物资，无法满足需求。苏联率先在联盟号载人飞船的基础上研制了进步号货运飞船，其货舱容积为6.6立方米，运载能力为2.6吨，并可进行在轨推进剂补加服务。

　　天舟一号货运飞船

　　欧洲的货运飞船叫自动转移飞行器，全长10米，最大直径为4.5米，重量约10吨，运货能力可达7吨，是迄今运载能力最大的货运飞船，从2008年起到2014年共发射了5个，但目前已经停止建造。

　　美国的“龙”飞船长5.9米，最大直径3.7米，其运送载荷最大质量6吨，返回载荷最大质量3吨，它也是货运飞船中往地球运回物品的高手。此外，美国的“天鹅座”和日本的HTV货运飞船运载能力分别为2.7吨和6吨。总体来说，天舟一号的运载能力是居于前列的，而在现役货运飞船中其运载能力是最大的。