航家 | 天舟一号——“太空超级搬运工”

导语

本次，我们航家有幸与你们一起深入解析天舟一号背后那不为人知的研制经历和它在中国航天史上的独特历史地位，并对其后续会产生的一系列航天前景进行展望，领略太空中的那枚独特的华夏印章。

首先，先介绍我们本期的主角：天舟一号货运飞船，它是由中国空间技术研究院（中国航天科技集团五院）研制的天舟号货运飞船的第1艘，也是中国首艘货运飞船。天舟1号具有与天宫一号空间实验室交会对接、实施推进剂在轨补加、开展空间科学实验和技术试验等功能。天舟一号任务则作为我国空间实验室任务的收官之战，意义非凡。

Chapter.1 第一艘货运飞船

具体参数

“

中文名：天舟一号货运飞船

外文名：Tianzhou - 1 Cargo Spaceship

缩写：TZ-1

研制单位：中国空间技术研究院

类型：全密封货运飞船，采用两舱构型，由货物舱和推进舱组成

结构参数：全长:10.6米，最大直径:3.35米

起飞质量：约13吨

太阳电池翼展开后最大宽度：14.9米

物资运输能力：约6.5吨

推进剂补加能力：约为2吨

具备独立飞行：3个月的能力

”

研制背景

2014年5月，货运飞船测控与通信分系统在北京开展了货运飞船宽波束中继终端对接试验。

2014年8月，货运飞船完成了测控与通信分系统中继天线在整船上的展开转动和无线试验。

2015年3月，货运飞船对接机构正样产品开始部组件装配。

2015年6月初，对接机构完成总装。

2015年7月底，货运飞船对接机构正样产品完成所有验收测试试验项目，在北京顺利交付总体验收。

2015年12月，空间应用系统天舟1号任务总体通过了院级初样研制总结暨转正样评审。

2016年3月，有效载荷正样备份件按要求完成研制，并通过相关环境试验及空间应用系统的验收。

2016年3月15日~30日，空间应用系统组织开展有效载荷正样备份件系统联试，经历15天，完成了各有效载荷入网测试、综合测试、故障测试和模飞测试，初步覆盖了发射场测试和在轨飞行等阶段工况，各有效载荷工作正常，科学数据、图像数据、视频数据采集、处理、下行均正常。

2016年4月6日，有效载荷正样备份件通过了货运飞船系统组织的载荷接口认证测试，并于4月8日前将正样备份件产品交付货运飞船系统。

2016年4月起，天舟1号货运飞船开始进行总装测试。

2017年1月12日，我国自主研制的首艘货运飞船天舟1号通过出厂评审。

任务进程

2017年2月5日，天舟1号乘“长英”号货轮从天津港启程前往文昌发射中心。

2017年2月13日，经过约一周的海陆运输，天舟1号安全运抵文昌航天发射中心。之后，开展了发射场区总装和测试工作。

2017年3月2日晚，用于发射天舟1号的长征7号遥2火箭乘“绪扬16”号货轮从天津港起航，前往文昌航天发射中心。

2017年3月9日17点左右，长征7号遥2火箭顺利抵达海南文昌清澜港，并于11日安全运抵文昌航天发射场。之后，开展了发射场区总装和测试工作。

2017年3月20日，天舟1号搭载的空间应用系统已进入文昌航天发射中心，并完成了有效载荷自检和装船、载荷综合电测等工作，各有效载荷工作正常、状态良好。

功能特点

效率高：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和货物运输效率，飞船内部采用了高效承载货架设计。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。

保障稳：飞舟采用新研制的高科技货包，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。针对不同体积、形状的货物，还进行了定制化和系列化设计。例如，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，极大地保障了货物的安全性。

推力足：天舟1号货运飞船由最大直径为3.35米的货物舱和直径为2.8米的推进舱组成。货物舱用于装载货物，而推进舱为整个飞船提供动力与电力。推进舱两侧各有一个太阳电池翼（每个翼由3块板组成），后部安装了4台变轨用主发动机。此外飞船还安装了24台姿控发动机。

载量大：天舟1号货运飞船的近地轨道上行载货能力约为6.5吨左右，高于俄罗斯联邦航天局研制的进步号M型(2.5吨)以及日本宇宙航空研究开发机构的H-II运载飞船(6.0吨)，仅低于欧洲空间局的自动运载飞船(7.6吨)。天舟1号的载荷比即上行载货的质量与货运飞船起飞质量之比。天舟一号货运飞船的载荷比高达48%，高于日本和欧洲的货运飞船。

Chapter.2 “快递小哥的独特使命”

实际上，天舟一号远远不只是一个快递员这么简单，其他任务也不少。

任务一：“太空加油”

就像汽车需要加油，未来空间站长期在轨也需要“加油”。天舟一号这次就要进行一次在轨推进剂补加技术验证，为天宫二号在轨加注。别小看这次的“太空加油”，其过程要比汽车加油复杂得多，分为29个步骤，每步都需要精细控制，整个“加油”过程要持续好几天。

在天舟一号之前，只有俄罗斯和美国掌握了这项技术，其中，实现应用的只有俄罗斯。一旦当天舟一号“学会”这项技能，就将为我国空间站组装建造和长期运营扫除在能源供给问题上的最后障碍。

任务二：“太空芭蕾”

在第一次交会对接后，天舟一号将与天宫二号上演一场高难度的“太空芭蕾”——天宫二号转体180度，天舟一号从天宫二号下方绕飞，同时转体180度，加速赶到天宫二号前方，最终从“前”向与天宫二号进行一次交会对接。大家不要误以为这是天舟一号的“耍酷”行为，其实，这项名为绕飞至前向交会对接的试验是为了确保未来航天器能从多个方向与空间站对接而进行的演练。

任务三：“从绿皮火车到高铁动车的升级”

天舟一号将完成快速交会对接试验，把之前需要2天左右的交会对接过程提速到6个小时左右，就像是从乘坐“绿皮火车”变为乘坐“高铁”。这意味着可以缩短航天员在飞船狭小空间中滞留的时间，使载人太空飞行变得更加舒适、惬意，还可以让无法经历长时间运输的货品尽快送达，同时，更大程度上保障未来空间站的安全，方便空间站突发事件的应急处理。

任务四：“带着天宫二号一起飞”

按照正常情况下的飞行模式，从地球远道而来的天舟一号与天宫二号交会对接后，就可以好好休息一下，由“主飞行器”天宫二号负责对接后的飞行。但是，这次天舟一号可不愿闲着，将开展货运飞船控制组合体试验，接过组合体飞行的“控制权”，带着天宫二号一起飞。其实这也是为以后遇到突发状况所做的演练，在主飞行器短时出现问题的情况下，另一航天器就可以发挥作用，进行“抢救”。

任务五：高大上的空间应用及技术试实验

虽然，天舟一号的主要功能是“运货”，但在满足运输货物需求的同时，天舟一号还可以最大限度地发挥平台效能，随船搭载了几十台载荷设备，将在轨开展十余项载荷试实验。

总体来说，天舟一号与天宫二号组合体在轨飞行约2个月，天舟一号独立飞行约3个月。完成既定任务后，天舟一号将受控离轨，陨落至预定安全海域；天宫二号留轨继续开展拓展试验和应用。

看来上面讲的有关天舟一号的各项任务，大家有没有发现它与基本上可以说是为我国空间站的建立投石问路吧!有了它，既可以可以处理完成空间站的补给问题，又能完成对各种突发状况的有序处理，可谓是我过空间站建设的排头兵啊！

Chapter.3 空间站的展望

说到空间站，相信大家不会太陌生，感觉上像是人类安在太空的家。空间站是一种在近地轨道长时间运行，可供多名航天员巡访、长期工作和生活的载人航天器。空间站分为单一式和组合式两种。单一式空间站可由航天运载器一次发射入轨，组合式空间站则由航天运载器分批将组件送入轨道，在太空组装而成。在空间站中要有人能够生活的一切设施，不再返回地球。

发展历史

阿波罗11号飞船在1969年抢先登陆月球后，前苏联在与美国登月的太空竞赛中落败，因此转向了其他方向（如空间站）来展示他们的航天实力。礼炮一号于1971年成功发射升空，它是人类历史上首个空间站。但不幸的是三名宇航员在返回时因阀门故障造成座舱失压全部窒息死亡。

美国紧随其后在1973年发射了“天空实验室”空间站，它携带了一系列的望远镜，科学家在上面做了许多关于医药、地质和天文等方面的科学实验。前苏联在1986年发射了“和平号”空间站，并在接下来的十年间不断对其进行扩充完善，服役至2001年。期间有包括美国在内的许多国家的航天员拜访过这个世界著名的空间站。

1998年11月国际空间站的第一个部件曙光号功能货舱发射升空，随后陆续发射的模块对其逐渐进行扩充。它由多个国家分工建造、联合运用，成为国际合作进行太空开发的标志。自2000年11月之后，国际空间站上就保持至少三名乘员至今。

中国在2011年9月29日发射了首个小型试验性空间站天宫一号，中国也成为继苏联（俄罗斯）和美国后第3个能够独立发射空间站的国家。天宫一号将分别与随后发射的神舟八号、神舟九号、神舟十号飞船对接，从而建立第一个中国空间实验室。

构造组成

空间站的基本组成是以一个载人生活舱为主体，再加上有不同用途的舱段，如工作实验舱、科学仪器舱等。空间站外部必须装有太阳能电池板和对接舱口，以保证站内电能供应和实现与其他航天器的对接。

空间站是一个由许多相互关联的子系统构成的复杂系统，一个功能完备的空间站通常会具备的模块有：电源供应系统，温度控制系统，姿势控制系统，轨道操作和推进系统，自动化和机器人系统，计算机和通信系统，环境与生命支持系统，乘员生活设施，乘员和货物运输系统。

特点

空间站其结构特点是体积比较大，在轨道飞行时间较长，有多种功能，能开展的太空科研项目也多而广。

空间站的特点之一是经济性。例如，空间站在太空接纳航天员进行实验，可以使载人飞船成为只运送航天员的工具，从而简化了其内部的结构和减轻其在太空飞行时所需要的物质。这样既能降低其工程设计难度，又可减少航天费用。

另外，空间站在运行时可载人，也可不载人，只要航天员启动并调试后它可照常进行工作，定时检查，到时就能取得成果。这样能缩短航天员在太空的时间，减少许多消费，当空间站发生故障时可以在太空中维修、换件，延长航天器的寿命。增加使用期也能减少航天费用。因为空间站能长期（数个月或数年）的飞行，故保证了太空科研工作的连续性和深入性，这对研究的逐步深化和提高科研质量有重要作用。

中国的空间站

中国将于2020年左右建成的空间站，将成为中国空间科学和新技术研究实验的重要基地，在轨运营10年以上。中国载人航天工程第三步的空间站建设，初期将建造三个舱段，包括一个核心舱和两个实验舱，每个规模20多吨。

基本构型为T字形，核心舱居中，实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ分别连接于两侧。随后，空间站运营期间，最多的时候，将有一艘货运飞船、两艘载人飞船。“整个系统加起来将达90多吨。2020年空间站建好后，将随即投入正常运营，开展科学研究和太空实验，促进中国空间科学研究进入世界先进行列，为人类文明发展进步作出贡献。

在天舟一号发射后，中国空间站未来还将单独发射一个十几吨的光学舱，与空间站保持共轨飞行状态，并计划在光学舱里架设一套口径两米的巡天望远镜，分辨率与哈勃相当，视场角是哈勃的300多倍。在轨10年，可以对40%以上的天区，约17500平方度天区进行观测。

我国已经逐步将脚步迈入了太空这个未知的领域，或许不久的将来，我们可以将太空打造成我们的第二个新家，在上面做以前想都不敢想的事情。中国的航天梦做了太久太久，是时候该圆梦了，我们也是时候向世界传递一个信息：东方的雄狮已经苏醒，正以他不容忽视的各项影响力，改变着整个世界的格局，腾飞吧！中国。

编辑 | 唐皓桅        图文 | 何杰

校对 | 吴凯凯        排版 | 何杰

（以上部分来自于百度百科）