泰伯網(wǎng)訊 2017年4月20日19時(shí)41分，中國(guó)首個(gè)貨運(yùn)飛船天舟一號(hào)在海南文昌航天發(fā)射場(chǎng)使用長(zhǎng)征七號(hào)遙二運(yùn)載火箭成功發(fā)射。天舟一號(hào)的首飛，將標(biāo)志著中國(guó)載人航天工程勝利完成“三步走”戰(zhàn)略中的“第二步”任務(wù)，為空間站建設(shè)任務(wù)奠定堅(jiān)實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。

　　你知道嗎?天舟一號(hào)破了許多紀(jì)錄呢。

　　天舟一號(hào)是中國(guó)自主研制的首艘貨運(yùn)飛船，將與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室先后進(jìn)行3次交會(huì)對(duì)接、3次推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加以及空間應(yīng)用和航天技術(shù)等多領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，為其帶去來(lái)自地球的“能量包裹”，因此，也被業(yè)界戲稱為“快遞小哥”。這個(gè)快遞小哥，還將最大限度地發(fā)揮平臺(tái)效能，用搭載的幾十臺(tái)載荷設(shè)備在太空開(kāi)展十余項(xiàng)載荷試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)“一次飛行、多方受益”的目標(biāo)。

　　“快遞小哥”長(zhǎng)啥樣?

　　天舟一號(hào)采用兩艙式結(jié)構(gòu)，直徑較小的是推進(jìn)艙，直徑較大的為貨物艙。其最大直徑達(dá)到3.35米，飛船全長(zhǎng)10.6米，個(gè)頭比天宮二號(hào)和神舟飛船都要大。

　　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。

　　“能裝才是硬道理”——天舟一號(hào)物資上行能力約6噸，其中，推進(jìn)劑補(bǔ)加能力約為2噸，滿載貨物時(shí)重13.5噸。如果此次滿載的話，它很可能將成為中國(guó)發(fā)射進(jìn)入太空的質(zhì)量最大的有效載荷。

　　舉例而言，如果一個(gè)成年人體重120斤，6噸就有100個(gè)人。媒體曾這樣評(píng)價(jià)我，“天舟一號(hào)的上行載貨比優(yōu)于國(guó)際現(xiàn)役貨運(yùn)飛船”。

　　值得一提的是，因?yàn)殚L(zhǎng)征七號(hào)使用了低溫的液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)獨(dú)特的啟動(dòng)流程，就是火箭在“零”秒計(jì)時(shí)后還等了7秒多的時(shí)間才能升空的原因。

　　“快遞小哥”去太空干點(diǎn)啥?

　　航天科技集團(tuán)五院研究員龐之浩介紹到，“太空快遞員”最大的任務(wù)當(dāng)然是運(yùn)送貨物，此外，還能夠配合空間站進(jìn)行姿態(tài)控制，軌道控制。貨物運(yùn)送也不一定都是單程票，貨運(yùn)飛船還能往回運(yùn)垃圾，以前是直接扔到艙外去，現(xiàn)在不允許了，都要收集后放入貨運(yùn)飛船再入大氣層燒毀掉。

　　天舟一號(hào)擔(dān)負(fù)著驗(yàn)證未來(lái)空間站物資的運(yùn)輸任務(wù)，什么能運(yùn)什么不能運(yùn)，運(yùn)送的過(guò)程貨物會(huì)發(fā)生怎樣的變化，這些都是需要一一驗(yàn)證的。

　　除了空中加油和交會(huì)對(duì)接實(shí)驗(yàn)之外，天舟一號(hào)還開(kāi)展多項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究及技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)。其中，“非牛頓引力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證”將在軌測(cè)試高精度靜電懸浮加速度計(jì)的工作性能，獲得的試驗(yàn)結(jié)果將為我國(guó)“衛(wèi)星重力測(cè)量”“空間引力波探測(cè)”等空間計(jì)劃提供重要支撐。此外，“微重力對(duì)細(xì)胞增殖和分化影響研究”項(xiàng)目有望應(yīng)用于心臟和肝臟疾病的治療、器官移植、生殖健康以及預(yù)防和治療骨質(zhì)變化疾病等方面。

　　航天科技集團(tuán)五院天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船總設(shè)計(jì)師白明生說(shuō)：“比如說(shuō)航天員的生活物資，包括吃穿用住的這些東西，還有出艙的艙外服，還有飲用水，專門(mén)的有水箱，通過(guò)天舟一號(hào)的運(yùn)輸裝載，看看我們這個(gè)船是不是滿足不同貨物運(yùn)載的要求。”

　　一船多用是天舟一號(hào)飛船的一大特點(diǎn)，除了運(yùn)貨，它還可以搭載試驗(yàn)設(shè)備。此次天舟一號(hào)上總共搭載了40臺(tái)設(shè)備，要進(jìn)行13項(xiàng)太空試驗(yàn)。設(shè)備可以裝在貨物倉(cāng)內(nèi)部或懸掛在船體外側(cè)，這樣既提高了空間利用率，也最大程度滿足了不同試驗(yàn)的需求。

　　雖說(shuō)神舟系列載人飛船是于1999年首次發(fā)射成功的，至今已經(jīng)發(fā)射了十一艘，而天舟一號(hào)直到2017年才首飛，但天舟一號(hào)卻實(shí)現(xiàn)了諸多的“第一次”。

　　紀(jì)錄一：首次“太空加油”

　　據(jù)中國(guó)載人航天工程辦公室的消息，天舟一號(hào)此次核心任務(wù)是與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室完成交會(huì)對(duì)接，首次實(shí)施推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加，突破和掌握推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加等關(guān)鍵技術(shù)。

　　其中，推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加俗稱“太空加油”，是天舟一號(hào)核心目標(biāo)任務(wù)之一，是空間站建設(shè)的標(biāo)配。據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)公司五院GNC分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師、天舟一號(hào)GNC分系統(tǒng)主任設(shè)計(jì)師劉宗玉介紹，這將為中國(guó)空間站組裝建造和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)解決能源供給問(wèn)題。

　　專家表示，無(wú)論是空間實(shí)驗(yàn)室還是空間站，在近地軌道運(yùn)行都會(huì)由于空氣阻力而“掉高度”，如果不能維持高度，其在軌壽命將比較有限。這需要火箭發(fā)動(dòng)機(jī)適時(shí)啟動(dòng)以保持軌道高度，但是其攜帶的燃料是有限的。這就為被稱為“太空加油”的在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)提出了需求。

　　目前掌握推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)的只有美俄兩國(guó)，此次天舟一號(hào)的一個(gè)重要使命就是驗(yàn)證這項(xiàng)技術(shù)，這也是決定中國(guó)未來(lái)空間站能否順利發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。為此，先期發(fā)射入軌的天宮二號(hào)安裝了一套全新的補(bǔ)加系統(tǒng)，其補(bǔ)加原理類似于油管與油槍的對(duì)接，不過(guò)精度和密封性要求非常高。

　　紀(jì)錄二：首次發(fā)射瞄準(zhǔn)“零窗口”

　　由于天舟一號(hào)飛船發(fā)射之后將與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室交會(huì)對(duì)接，所以選擇發(fā)射時(shí)間極有講究。專家介紹，此次發(fā)射天舟一號(hào)飛船，是“零窗口”發(fā)射，所以難度非常高，面臨著極大挑戰(zhàn)。那么，什么是“零窗口”發(fā)射呢?

　　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。

　　天舟一號(hào)飛行任務(wù)發(fā)射場(chǎng)區(qū)指揮部指揮長(zhǎng)張學(xué)宇介紹，零窗口發(fā)射在文昌場(chǎng)區(qū)是屬于首次，主要是貨運(yùn)飛船入軌以后要和天宮二號(hào)要準(zhǔn)確地對(duì)接，就要各系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，精準(zhǔn)操控、精確決策，確保飛船能夠準(zhǔn)時(shí)成功圓滿地入軌。首次采取‘零窗口’發(fā)射模式，所謂‘零窗口’發(fā)射是指在預(yù)先計(jì)算好的時(shí)間分秒不差的將火箭點(diǎn)火升空，不允許出現(xiàn)任何延誤與變更，其實(shí)現(xiàn)難度可想而知。”

　　紀(jì)錄三：首次應(yīng)用天基測(cè)控，天上星星參“北斗”

　　不同于以往，天舟一號(hào)飛船要為未來(lái)我國(guó)的空間站進(jìn)行大量的新技術(shù)和新實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，為了對(duì)天舟一號(hào)更加精準(zhǔn)的進(jìn)行控制，首次應(yīng)用到了“天基測(cè)控”技術(shù)。

　　天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船測(cè)控與通信分系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師朱珂介紹到：天基測(cè)控”系統(tǒng)就是通過(guò)中繼衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)與地面的測(cè)控通信。天舟一號(hào)飛船上的三條中繼鏈路借助我國(guó)天鏈一號(hào)中繼衛(wèi)星，構(gòu)建起天基為主的測(cè)控通信體系，實(shí)現(xiàn)天舟一號(hào)與天宮二號(hào)交會(huì)對(duì)接、推進(jìn)劑補(bǔ)加等關(guān)鍵事件的全程跟蹤測(cè)控，既方便了對(duì)在軌設(shè)備狀態(tài)的及時(shí)監(jiān)測(cè)，又減少了陸地測(cè)控站和海洋測(cè)量船的依賴，這為我國(guó)后續(xù)空間站的長(zhǎng)期運(yùn)行開(kāi)創(chuàng)了經(jīng)濟(jì)高效的道路。

　　紀(jì)錄四：首次實(shí)現(xiàn)天地一體化互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)

　　在2016年的天宮二號(hào)與神舟十一號(hào)飛行任務(wù)中，航天員景海鵬和陳冬在長(zhǎng)達(dá)30天的太空生活中，可以即時(shí)觀看《新聞聯(lián)播》，收發(fā)郵件，與家人視頻通話，而將來(lái)航天員還可以在太空發(fā)微信、刷微博，這些都得益于應(yīng)用在載人航天器上的新技術(shù)—空間以太網(wǎng)通信技術(shù)，通俗理解就是在太空有了互聯(lián)網(wǎng)。

　　而這次的天舟一號(hào)，將實(shí)現(xiàn)天地一體化互聯(lián)互通，使太空里的網(wǎng)速提高到了百兆寬帶的水平，這將為未來(lái)航天員在太空自由地使用互聯(lián)網(wǎng)打下基礎(chǔ)。

　　航天科技集團(tuán)五院天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船測(cè)控與通信分系統(tǒng)副主任設(shè)計(jì)師朱珂介紹到，天舟一號(hào)飛船上的測(cè)控與通信分系統(tǒng)，根據(jù)不同的信號(hào)頻率及用途共分為七大鏈路，正是通過(guò)這些鏈路，飛船能夠?qū)崿F(xiàn)與地面測(cè)控系統(tǒng)以及其他航天器進(jìn)行信息交互，比如向地面?zhèn)魉瓦b測(cè)數(shù)據(jù)、高清圖像、話音等。

　　天舟一號(hào)是我國(guó)第一個(gè)要實(shí)現(xiàn)天地一體化互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的航天器，而天地一體化，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是航天員在太空中使用互聯(lián)網(wǎng)，上網(wǎng)感受和在家是一樣的。為了達(dá)到這樣的效果，科研人員在天舟一號(hào)上安裝了最新研制的以太網(wǎng)交換機(jī)，這就相當(dāng)于給太空里的飛船開(kāi)通了百兆寬帶。

　　更快的互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)速度，不僅使未來(lái)航天員的太空生活更加方便，而且為地面接收飛船數(shù)據(jù)拓寬了路。

　　此次“飛升”，天舟一號(hào)肩負(fù)了多重使命。如今，“快遞小哥”已出發(fā)，就等成功收貨了。

　　據(jù)悉，理論上是可以觀測(cè)到天舟系列飛船燒毀時(shí)像流星一樣劃過(guò)天際的景象，但實(shí)際上比較困難。出于保護(hù)地面人員生命和財(cái)產(chǎn)安全的考慮，天舟系列飛船再入大氣層燒毀，一般會(huì)選擇在渺無(wú)人煙的大洋上空進(jìn)行，如果有人恰巧乘船經(jīng)過(guò)那里，或許可以親眼看到執(zhí)行完空間物資輸送任務(wù)的某一艘天舟飛船完美謝幕。