天舟一號(hào)七大“獨(dú)門功夫”。

　　（東方公式）

　　點(diǎn)題

　　據(jù)中國(guó)載人航天工程辦公室消息，經(jīng)空間實(shí)驗(yàn)室飛行任務(wù)總指揮部研究決定，瞄準(zhǔn)4月20日19時(shí)41分發(fā)射天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船。

　　這次飛行任務(wù)是我國(guó)天舟貨運(yùn)飛船和長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭組成的空間站貨物運(yùn)輸系統(tǒng)的首次實(shí)用性亮相，將為我國(guó)空間站組裝建造和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)奠定重要技術(shù)基礎(chǔ)。

　　檔案

　　組成結(jié)構(gòu)

　　貨物艙

　　安裝貨物、設(shè)備；

　　內(nèi)部采用高校承載貨架設(shè)計(jì)，配備適應(yīng)多種貨物的貨包

　　推進(jìn)艙

　　提供電力能源、推進(jìn)控制動(dòng)力、裝載推進(jìn)劑；

　　配有36臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，保證飛船在軌飛行速度是子彈飛行速度8倍的情況下，能實(shí)現(xiàn)“俯仰有度，動(dòng)靜自如”。

　　前瞻

　　準(zhǔn)備充分 瞄準(zhǔn)零窗口發(fā)射

　　天舟一號(hào)發(fā)射進(jìn)入倒計(jì)時(shí)，文昌航天發(fā)射場(chǎng)“01”號(hào)指揮員王光義接受新華社記者采訪時(shí)表示，發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)已做好充分準(zhǔn)備，有能力有信心確保“零窗口”發(fā)射取得成功。

　　發(fā)射瞄準(zhǔn)“零窗口”

　　發(fā)射窗口，是指適合運(yùn)載火箭發(fā)射升空的時(shí)間范圍。這個(gè)時(shí)間范圍是綜合考慮任務(wù)性質(zhì)、發(fā)射任務(wù)安排、場(chǎng)區(qū)天氣狀況等多種因素確定的，其長(zhǎng)度和精度因任務(wù)不同而存在較大差異，有的以天計(jì)算，有的以小時(shí)計(jì)算，有的則以分秒計(jì)算。

　　此前，文昌航天發(fā)射場(chǎng)執(zhí)行的長(zhǎng)征七號(hào)、長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭首飛任務(wù)，因?yàn)榫哂性囼?yàn)性質(zhì)，都沒有采取“零窗口”發(fā)射。

　　“天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船起飛時(shí)間精確到秒，將是名副其實(shí)的 零窗口 發(fā)射。”王光義說(shuō)，這是根據(jù)天舟一號(hào)與天宮二號(hào)自動(dòng)交會(huì)對(duì)接需求進(jìn)行科學(xué)精確計(jì)算的結(jié)果。

　　目前，天宮二號(hào)運(yùn)行在300多公里高的近地軌道上，速度約為7.9公里每秒。火箭起飛時(shí)間每提前或推遲一秒，自動(dòng)交會(huì)對(duì)接的難度和風(fēng)險(xiǎn)都會(huì)隨之增加。

　　“最嚴(yán)苛也是最理想的情況，是火箭一秒不差準(zhǔn)時(shí)起飛。”王光義說(shuō)，“零窗口”發(fā)射將確保飛船準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)入軌。

　　應(yīng)急處置預(yù)案已多次完善

　　為有效處置發(fā)射過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種故障，發(fā)射場(chǎng)組織相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行專題研究，針對(duì)每一種故障模式寫清故障判據(jù)、明確指揮協(xié)同口令、制定應(yīng)急處置措施，并組織多次演練驗(yàn)證，積累了應(yīng)急處置經(jīng)驗(yàn)。

　　發(fā)射任務(wù)準(zhǔn)備期間，各分系統(tǒng)指揮員按設(shè)備按崗位進(jìn)行全系統(tǒng)比對(duì)分析，梳理出70多項(xiàng)狀態(tài)變化，改進(jìn)地面設(shè)備20余處，優(yōu)化測(cè)試流程10余項(xiàng)。

　　“每研討一次，各系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)就更深入一步；每試驗(yàn)一次，大家的配合就更默契一些。”王光義說(shuō)。

　　多措并舉確保萬(wàn)無(wú)一失

　　除了在應(yīng)急預(yù)案上做好充分準(zhǔn)備，發(fā)射場(chǎng)還多措并舉，著重加強(qiáng)質(zhì)量管理。

　　年初，他們派出30余名骨干集中一個(gè)月時(shí)間參加火箭出廠測(cè)試，以便工作人員準(zhǔn)確掌握產(chǎn)品研制和質(zhì)量情況，進(jìn)一步吃透技術(shù)狀態(tài)，提高任務(wù)期間測(cè)試操作水平。

　　發(fā)射場(chǎng)還立足任務(wù)特點(diǎn)，組織識(shí)別出56項(xiàng)技術(shù)狀態(tài)變化，逐一分析影響，制定對(duì)策措施；識(shí)別系統(tǒng)級(jí)風(fēng)險(xiǎn)35項(xiàng)，涵蓋崗位人員、設(shè)施設(shè)備、文書軟件、環(huán)境場(chǎng)地和組織管理等方面，制定150余條風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防措施、近120條監(jiān)控措施，形成了一整套涵蓋人員、產(chǎn)品、設(shè)備的安全管理體系。

　　氣象系統(tǒng)根據(jù)海南近40年來(lái)的氣象數(shù)據(jù)，進(jìn)行專題技術(shù)研究和氣候背景特征分析，實(shí)施場(chǎng)區(qū)精細(xì)化預(yù)報(bào)，短時(shí)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率達(dá)到90％以上，能夠提前1小時(shí)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，為“零窗口”發(fā)射提供可靠的氣象條件支持。

　　成長(zhǎng)之路

　　2011年 立項(xiàng)；

　　2013年 貨運(yùn)飛船被正式命名為“天舟”；

　　2017年1月 通過(guò)出廠評(píng)審；

　　2017年2月 安全運(yùn)抵海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)；

　　2017年4月 在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射。

　　四大任務(wù)

　　與空間實(shí)驗(yàn)室配合，驗(yàn)證推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)；

　　全面考核貨運(yùn)飛船功能和性能；

　　在空間實(shí)驗(yàn)室配合下，開展貨運(yùn)飛船控制組合體、繞飛至前向交會(huì)對(duì)接、快速交會(huì)對(duì)接等試驗(yàn)；

　　支持開展空間應(yīng)用及技術(shù)試（實(shí)）驗(yàn)。

　　身材揭秘

　　整船最大裝載狀況下重量：13噸

　　物資上行運(yùn)載能力：超6噸

　　總長(zhǎng)度：10.6米

　　太陽(yáng)帆板展開后最大寬度：14.9米

　　艙體最大直徑：3.35米

　　任務(wù)

　　首單生意 給天宮二號(hào)運(yùn)送超6噸貨物

　　記者從中國(guó)載人航天工程辦公室獲悉，我國(guó)首艘貨運(yùn)飛船天舟一號(hào)將裝載超過(guò)6噸的物資與設(shè)備飛向太空。

　　天舟一號(hào)的主要任務(wù)是為天宮二號(hào)“送貨”。在這些貨物中，除了維持天宮二號(hào)運(yùn)行的各種補(bǔ)給外，還有大量太空實(shí)驗(yàn)設(shè)備和載荷。由于運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力是固定的，如果要運(yùn)送更多的貨物，就必須在保證飛船良好性能的同時(shí)，盡量減少“自重”。

　　天舟一號(hào)的“腰部”是一個(gè)個(gè)連接框。“為了使各部分牢固連接，連接框一般都很厚實(shí)。”天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船主任設(shè)計(jì)師王為介紹，科研人員經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)數(shù)控加工仿真技術(shù)，將連接框設(shè)計(jì)成鏤空形式，將非受力部分的“贅肉”精準(zhǔn)去除，只保留結(jié)構(gòu)受力部分，相當(dāng)于為天舟一號(hào)進(jìn)行了“抽脂”，保證連接框在足夠結(jié)實(shí)的前提下重量減少50％左右。

　　天舟一號(hào)的外部是一種壁板結(jié)構(gòu)，雖然設(shè)計(jì)厚度僅為3毫米左右，但在科研人員看來(lái)仍有“減脂”的余地。由于壁板面積很大，即使只去除A4紙那樣薄薄的一層，整艙的重量也會(huì)下降不少。“在不影響飛船性能的前提下，我們通過(guò)嚴(yán)格控制加工溫度、切削速度等參數(shù)，將壁板變薄，使天舟一號(hào)的自重減輕了30公斤。”王為告訴記者，省下的這些重量，又可以多運(yùn)送好幾臺(tái)設(shè)備。

　　為了使艙內(nèi)空間利用更加合理，進(jìn)而裝載更多的貨物，天舟一號(hào)的貨艙被自己的“骨骼”——貨架分割成了許多區(qū)域。在貨架的設(shè)計(jì)上，科研人員選用了輕質(zhì)高強(qiáng)度材料。“貨架面板”儀器板使用的是鋁合金蜂窩板，“貨架框架”立梁使用的是碳纖維材料。“經(jīng)過(guò)多次工藝攻關(guān)后，天舟一號(hào)的整體結(jié)構(gòu)變得又輕又強(qiáng)壯，確保能將貨物完好無(wú)缺地送達(dá)天宮二號(hào)。”王為說(shuō)。

　　鏈接

　　太空兄弟 世界各國(guó)貨運(yùn)飛船

　　俄羅斯“進(jìn)步”貨運(yùn)飛船

　　俄羅斯“進(jìn)步”貨運(yùn)飛船是人類第一艘貨運(yùn)飛船，首艘飛船于1978年1月20日在拜科努爾航天中心發(fā)射。“進(jìn)步”貨運(yùn)飛船為無(wú)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(yùn)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(jìn)步MS”系列飛船具有防護(hù)太空垃圾和微隕石的能力。“進(jìn)步”貨運(yùn)飛船不可回收，一般在完成補(bǔ)給任務(wù)后，航天員會(huì)將空間站上產(chǎn)生的各種生活垃圾和廢物填入飛船，飛船隨后離軌自行銷毀。

　　歐洲自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器

　　歐洲的貨運(yùn)飛船為自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器，全長(zhǎng)10米，最大直徑為4.5米，重量約10噸，其運(yùn)貨能力可達(dá)7噸。2008年至2014年，自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器共發(fā)射5次，今后將不再發(fā)射。目前，歐洲航天局正研制可運(yùn)送貨物返回地球的貨運(yùn)飛船，預(yù)計(jì)在2017年或2018年首飛。

　　美國(guó)“龍”飛船

　　“龍”飛船由美國(guó)太空探索公司研發(fā)，飛船帶有熱防護(hù)罩，可在返回地球時(shí)耐受極高溫安全降落，實(shí)現(xiàn)回收并重復(fù)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(yùn)飛船。“龍”飛船長(zhǎng)5.9米，最大直徑3.6米，自重4.2噸，其運(yùn)送載荷最大質(zhì)量6噸，返回載荷最大質(zhì)量3噸。迄今，“龍”飛船為國(guó)際空間站執(zhí)行11次貨運(yùn)任務(wù)，成功10次。

　　日本HTV貨運(yùn)飛船

　　日本的HTV貨運(yùn)飛船被命名為“鸛”，“鸛”在日本傳說(shuō)中是幸福之鳥。HTV貨運(yùn)飛船最大直徑為4.4米，全長(zhǎng)約10米，可運(yùn)送5.7噸的貨物與燃料，目前已發(fā)射6艘。HTV貨運(yùn)飛船不會(huì)自動(dòng)與空間站對(duì)接，而是飛到空間站附近，由空間站的機(jī)械臂將其“抓捕”并停靠在空間站節(jié)點(diǎn)艙的靠泊口上。

　　解讀

　　高大細(xì)心 確保100多個(gè)貨包安全送達(dá)

　　作為我國(guó)載人空間站工程的重要組成部分，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船的主要任務(wù)是為空間站運(yùn)送貨物和推進(jìn)劑等物資。

　　天舟一號(hào)總長(zhǎng)10.6米，艙體最大直徑3.35米，物資上行運(yùn)載能力超過(guò)6噸。

　　人們將天舟一號(hào)形象地稱為太空“快遞小哥”，那么這樣一個(gè)大塊頭的“快遞小哥”怎樣確保運(yùn)送貨物的安全呢？

　　“天舟一號(hào)塊頭雖大，卻有一顆細(xì)膩的 心 。”中國(guó)航天科技集團(tuán)第五研究院載人航天總體部載人航天器總體研究室副主任張健說(shuō)，飛船內(nèi)壁四周全部設(shè)置為貨架，中間留出一條矩形通道供航天員通行，航天員身處貨架通道中，可以隨意走動(dòng)、轉(zhuǎn)身、取放貨物。

　　為提升天舟一號(hào)承載量，飛船內(nèi)部采用了高效承載貨架設(shè)計(jì)。張健說(shuō)，表面上看，這些貨架和普通的儲(chǔ)物格類似，但其細(xì)節(jié)和構(gòu)型都經(jīng)過(guò)科學(xué)分析論證。貨架采用基于蜂窩板、碳纖維立梁的梁板結(jié)構(gòu)，形成大量的標(biāo)準(zhǔn)裝貨單元，傳力效果好。

　　由于天舟一號(hào)運(yùn)送的物資中有許多精密儀器設(shè)備和航天員用品，裝載物資的貨包必須具備保護(hù)功能。貨運(yùn)飛船機(jī)械總體主管設(shè)計(jì)師郭軍輝介紹，新研制的高科技貨包外觀呈清新的乳黃色，采用新型抗菌防潮防霉布料，可確保貨物在貨包中存放一年。此外，針對(duì)不同體積、形狀的貨物，還進(jìn)行了定制化和系列化設(shè)計(jì)。

　　“在貨包的內(nèi)部設(shè)計(jì)上，依然有貼心的安排。”郭軍輝說(shuō)，為避免貨物直接與貨架結(jié)構(gòu)相連接，貨包里面還有一層新研制的防火防潮且防震的泡沫或氣囊袋，這種“貼心”的“軟包裝”設(shè)計(jì)為裝載對(duì)象提供了柔軟、高阻尼、分布式的系統(tǒng)支撐。

　　“100多個(gè)大小不一的貨包，將確保天舟一號(hào)的貨運(yùn)物資完好地運(yùn)送到天宮二號(hào)。”郭軍輝說(shuō)。