天舟首飞｜关于中国首艘货运飞船，这“五大”亮点必须知道

与载人飞船主要执行航天员天地往返不同，货运飞船的主要任务是载货，一般为空间站（或空间实验室）上行运输和在轨存储、补给物资；为空间站（空间实验室）存储和下行废弃物资并受控陨落于预定区域；配合空间站（或空间实验室）进行组合体轨道和姿态控制；支持开展适应货运飞船能力的空间应用和技术试验。

货运飞船是中国载人航天工程“三步走”战略中载人空间站工程的重要组成部分，于2011年立项，由中国航天科技集团公司五院载人航天总体部负责抓总研制。2013年，货运飞船被正式命名为“天舟”。

此次发射的天舟一号有4大任务目标：一是与空间实验室配合，验证推进剂在轨补加技术；二是全面考核货运飞船功能和性能；三是在空间实验室配合下，开展货运飞船控制组合体、绕飞至前向交会对接、快速交会对接等试验；四是支持开展空间应用及技术试（实）验。

亮点一：运货能力世界第一

作为我国载人空间站工程的重要组成部分，货运飞船为空间站运输货物和“加油”的重担，并负责将未来空间站里的废弃物带回大气层烧毁。

天舟一号总长10.6米，舱体最大直径3.35米，整船最大装载状态下重量达13.5吨，是我国目前体积最大、重量最重的载人航天器，由货物舱和推进舱两舱结构组成，其中，货物舱安装货物、设备，推进舱为货运飞船提供电力能源、推进控制动力并装载推进剂。

天舟一号货运飞船副总设计师徐小平介绍称，天舟一号设计最大运货能力达到6吨多，上行载货性价比优于国际现役货运飞船，快递货物经济实惠。

航天专家黄志澄告诉澎湃新闻（www.thepaper.cn），目前世界上最大运载能力超过5吨的现役的货运飞船只有中国的天舟一号和日本的HTV，运载能力达到7吨的ATV货运飞船目前已经没有发射计划。HTV最大运载能力6吨，但其总重量达到了16吨，超过了天舟一号货运飞船。因此，天舟一号是世界上现役运载能力最强的货运飞船。

天舟一号每次上天都要携带大量的货物，这些货物不是杂乱无章放在飞船里面。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。

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。

就像汽车需要加油，未来空间站长期在轨也需要“加油”。这项工作是为未来中国空间站建设搭桥铺路，因为空间站将运行在距地面380至400公里的轨道上，受引力和稀薄大气影响，会出现轨道衰减。只有突破“加油”技术，才能确保空间站持续稳定运行。天宫二号空间实验室总设计师朱枞鹏此前接受采访时表示，按计划，从2018年起，中国将陆续发射空间站的核心舱和实验舱，2022年左右建成空间站。

空间站太空“加油”这项任务由“天舟”系列货运飞船来完成。在天舟一号之前，掌握了在轨推进剂补加技术的国家只有俄罗斯和美国，其中，实现在轨加注应用的只有俄罗斯。1978年，苏联“礼炮六号”空间站首次实现了在轨加注。目前，欧空局、加拿大、日本等也在此方面进行着积极的研究探索，国际上在该领域的比拼从未停歇。

徐小平介绍说，在天舟一号飞行任务中，天舟一号与目前正在轨飞行的我国首个空间实验室——天宫二号将实施我国首次推进剂在轨补加，并计划开展多次推进剂补加试验，突破和掌握推进剂补加技术，为我国空间站组装建造和长期运营扫清在能源供给问题上的最后的障碍。

中国航天科技集团公司科技委员会主任包为民在今年“两会”期间向媒体透露，天舟一号将为天宫二号空间实验室进行两次在轨加注。第一次加注时先加一部分推进剂，分离后再对接，第二次加注时将剩余的推进剂加进去。

从20世纪60年代至今，人类已经进行了上百次交会对接活动。我国于2011年～2016年分别实现了神舟八号、九号、十号与天宫一号，神舟十一号与天宫二号的交会对接任务，中国成为了继美国、俄罗斯之后第三个独立掌握近地轨道交会对接技术的国家。

目前，2天～3天交会对接策略是地面向国际空间站运送航天员的主要方式，包括联盟飞船、航天飞机与国际空间站及神舟飞船均采用了此方式。但从2012年起，俄罗斯科学家分别采用进步号货运飞船和联盟号载人飞船与国际空间站成功实施了7次快速交会对接试验，飞船从入轨到对接成功仅用时6个小时，快速交会对接也逐渐成为国际航天领域的“时尚”方式。

“以往神舟飞船的交会对接从发射到具备交会对接条件需要大约2天时间，飞船需绕地球30多圈，过程中还需要大量的人工参与。”徐小平表示，“本次验证的快速交会对接，从入轨到对接成功仅需要几个小时，飞几圈就可以了，且以飞船的自主制导和控制为主。”一个形象的比喻是，天舟一号跨出了从“普通列车”迈向“高铁”的一大步，能做到更快、更舒适、更稳妥地运输货物。

那么这种“快速”有什么意义呢？

从任务角度来说，快速交会对接还可保障科研用品，特别是生物制剂等无法经历长期运输的货品尽快送达空间站，这对某些试验可能是至关重要，甚至是决定性的。

亮点四：型谱化设计让飞船家族“人丁兴旺”

我国航天界较早使用“型谱”概念的是运载火箭，然而，勇敢迈出载人航天器型谱化设计第一步的则是天舟一号货运飞船。

在我国载人航天器设计领域，从神舟一号到神舟十一号的设计中，设计师们聚焦“载人”这一最主要的特点，用十一战十一捷的成绩，打造了安全、可靠、稳定的载人飞船。但是，神舟系列飞船的设计理念，并不能称为“型谱化”。

所谓“型谱化”，并不是将已有的不同规格的同类产品简单罗列、组合，或者不断改进现有产品的特性、功能，而是以最少数目的不同规格产品为标志的、能满足较长时期及一定范围内全部使用要求的产品系列。

据介绍，针对运输的货物的不同类型和需求，天舟系列货运飞船设计了“全密封”、“半开放”、“全开放”三种型谱。

其中，全密封货运飞船主要用于运输航天员消耗品、密封舱内设备与试验载荷；半密封货运飞船除了可以运输密封舱内货物外，还可以满足包括太阳电池翼等舱外物资的运输需求；全开放货运飞船主要用于大型舱外货物的运输。

货运飞船由推进舱和货物舱组成，按照模块化思路搭建平台型谱，设计有推进舱模块、密封货物舱模块、半密封半开放货物舱模块和全开放货物舱模块。推进舱模块公用，货物舱模块则根据任务要求选择。不同的货物舱模块与推进舱模块组合，构成“全密封”、“半开放”和“全开放”货运飞船。模块化设计提高了货运飞船任务适应能力，便于任务拓展，飞船建造类似于搭“积木”。模块间技术和产品实现共享和通用，降低了研制成本，缩短了周期，可以通过有限的飞行试验快速提高平台可靠性。

作为首发货运飞船，天舟一号设计为全密封型谱状态。在建设航天强国的征途上，天舟一号货运飞船开启了载人航天器型谱化设计先河，巧妙解决了载人航天器高风险、高标准、高要求与小子样之间的矛盾，让载人航天器的设计更规范化、更具有预见性，是载人航天器通用化、批量产、系列化发展的要求和未来趋势所在。

亮点五：主动离轨不给太空“添堵”

自1957年苏联发射人类第一颗人造卫星以来，被送入太空的航天器数量越来越多，现在，茫茫太空已经呈现出一番群“星”闪耀的景象。但随着人类航天活动的推进，太空垃圾开始成为令人头疼的问题。根据美国国防部公布的信息，直径10厘米左右的太空物体的数量约为39000个，直径大于1厘米小于10厘米的太空物体大约50万个，加上6000多颗人类发射的卫星，地球近地轨道的太空早已被密密麻麻的太空物体包围。太空物体运行速度非常快，即使1厘米的碎片撞击到航天器，也会给航天器带来灭顶之灾。

太空垃圾和在轨现役航天器相撞的例子并不鲜见。1994年，一个火箭发动机上的碎片击中一颗名为“樱桃”的法国卫星，导致卫星偏离正常轨道。2009年，美国“铱星33”通信卫星与俄罗斯废弃多年的“宇宙2251号”在太空相撞，两颗卫星都粉身碎骨，这是人类历史上首次卫星之间的大相撞事件。太空垃圾“肇事”不仅会让现役航天器失效，造成经济损失，还会碰撞出更多的太空垃圾，进一步恶化太空环境。

目前，世界上不少国家都在研究如何减少太空垃圾，其中，航天器主动离轨技术有助于减少太空垃圾。徐小平介绍称，天舟一号将在飞行任务结束后，经由地面飞控工作人员决策，实施主动离轨，通过两次降轨控制，受控地坠落于南太平洋指定区域。

相较于一般卫星在使命完成后，随着推进剂的消耗殆尽，而缓慢降轨，最终在大气层烧毁的结束方式，天舟一号首次采用主动离轨方式，并能受控地落到预定区域，既避免自身成为太空垃圾、避开离轨过程中的不可控因素，又能为打造洁净、安全的太空环境作出自己的贡献。