“兵马未动、粮草先行”—天舟二号货运飞船发射在即

2021年5月16日，天舟二号（Tianzhou-2）货运飞船与长征七号（CZ-7）遥三运载火箭组合体转运至海南文昌卫星发射中心发射区，计划于5月20日择机发射，并将在入轨2天后的5月22日完成与我国空间站（CSS）天和核心舱（Tianhe）对接。此前，4月29日，天和号核心舱由长征五号乙火箭（CZ-5B）在海南文昌顺利发射并进入预定入轨。

天舟二号与长征七号组合体转运至发射区

1、空间站任务概况

按照空间站任务的安排，2021-22年，总共将进行11次航天发射，完成空间站建设。

• CZ-5B：3次，包括发射天和核心舱、问天实验舱1和梦天实验舱2

• CZ-7 ：4次，包括发射天舟2、天舟3、天舟4、天舟5等四艘货运飞船

• CZ-2F：4次，包括发射神舟-12、神舟-13、神舟-14、神舟-15等四艘载人飞船

每一次载人飞船前都会先期发射一艘货运飞船，正所谓“兵马未动、粮草先行”。

空间站任务与前期开展的天宫1号和天宫2号任务相比，将有更多的航天员驻留更长的时间，初期将实现每一批3名航天员3个月的驻留。这需要储备大量的食物、水、氧气等生存必须，同时还需要为空间站提供燃料，以保证空间站的轨道维持。

2、  天舟货运飞船主要指标及特点

天舟货运飞船采用货物舱与推进舱两舱结构方案，现役版本货物舱为密封舱。货物舱最大直径3.35米，该舱段分为前锥段、全密封柱段、后锥段三部分，货物贮存在全密封柱段内；推进舱直径约2.5米。飞船轴向总长约10.6米，起飞质量13.5吨，上行货运能力6.5吨，是目前我国体积最大，重量最重的航天器。

天舟货运飞船效果图

天舟货运飞船不具备下行货运能力。但是，在完成货运任务后，可以充当空间站的“垃圾桶”，在飞船重入大气层时将货运飞船与舱内废弃物一起烧毁。

天舟货运飞船，具有以下6个方面的特点：

①  现役货运飞船最强运力

天舟货运飞船上行运力达到6.5吨，居世界现役各型货运飞船之首。世界现役各型货运飞船上行货运指标：

• 俄罗斯进步MS（2.6吨）

• 日本HTV（6吨）

• 美国轨道科学公司天鹅座（2.7吨）

• 美国太空探索公司货运龙（3.31吨）

但低于欧洲空间局（ESA）已退役的自动运载飞船（7.67吨）。

②现役货运飞船上行货重比之首

考验货运飞船的能力指标主要是货重比，即货物质量与货运飞船船体质量之比。天舟飞船的载货比达到0.48，居于世界现役各型货运飞船之首。各国现役各型货运飞船上行货重比：

• 俄罗斯进步MS（0.33）

• 日本HTV（0.36）

• 美国轨道科学公司天鹅座（0.46）

• 美国太空探索公司货运龙（0.32）

③推进、补加一体化设计

在天舟货运飞船问世前，只有俄罗斯进步MS与欧空局自动运载飞船具备推进剂在轨补加功能，而且这两款飞船用于推进剂补加模块与飞船自用推进模块相互隔离。

天舟货运飞船采用400升金属膜片贮箱，它们既有推进贮箱，也有补加贮箱，二者可以混合搭载，能够视需求灵活增减推进贮箱与补加贮箱，具有优异的任务适应性。推进剂总携带量3.1吨，用于补加的推进剂2.1吨。

④ 全自主快速对接

天舟货运飞船具备全自主快速对接能力，可实现6小时自主快速交互对接。飞船基于绝对定位数据，实现快速交会对接过程中的自主制导与导航，整个过程无需地面干预。在天舟一号任务中已经首次验证了全自主交会对接技术。

⑤ 姿轨控动力系统功能强大

天舟货运飞船采用纯喷气式姿轨控方案，配置36台姿轨控发动机，其中4台为490N轨控发动机，32台姿控发动机推力分别为150N、120N、25N。

天舟二号在原设计基础上进一步强化姿轨控动力系统配置，具备空间站全方位对接能力，不论是后向，还是前向，亦或者径向都可对接，且具备空间站包括一字形、L形、T形在内所有构型对接任务适应力。不仅具备自主对接能力，还可以与空间站机械臂合作执行准静态悬停捕获与辅助对接任务。

与空间站对接后，天舟货运飞船还可胜任空间站整站轨道抬升任务。

⑥ 飞船型谱完善

天舟货运飞船分为全密封、半开放、全开放三种构型：

• 全密封主要执行加压货运以及燃料在轨补加任务

• 半开放构型则可以兼顾加压货运与小型舱外载荷运输，舱外载荷由空间站机械臂取出

• 全开放构型则取消加压货运能力，进而运输较大规模的舱外载荷，由空间站机械臂取出

3、天舟一号任务

天舟一号货运飞船于2017年4月20日在文昌航天发射中心由长征七号遥二运载火箭成功发射升空，4月22日，天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室顺利完成首次自动交会对接。4月27日成功完成与天宫二号的首次推进剂在轨补加试验，标志天舟一号飞行任务取得圆满成功。

该飞船连续实施三次在轨推进剂补加试验，同时进行了快速交会对接、航天器绕飞、天基测控等一系列关键技术演示验证。突破和检验了空间站货物运输、推进剂在轨补加等关键技术。

天舟一号货运飞船与天宫二号对接

天舟一号货运飞船于2017年6月21日撤离天宫二号转入独立飞行阶段。9月22日18时左右，在完成空间实验室阶段任务及后续拓展试验后受控离轨再入大气层烧毁。

4、天舟二号任务

天舟二号货运飞船将携带3人3个月航天员消耗品、2套舱外航天服、平台物资，与先前发射入轨的天和核心舱进行交会对接、推进剂补加和组合体飞行。飞船密封舱携带上行货物重量约4.69吨，推进剂1.95吨，物资总重近6.64吨。

天舟二号入轨后将与天和核心舱后端通道对接，并等待神舟十二号的到来。后者计划于2021年6月10日发射升空，并与天和核心舱前端节点舱前向对接口对接。首批3名航天员进驻天宫空间站后，将驻留3个月。

天舟二号作为空间站首发货运飞船除了完成常规的货运任务外，还肩负着2项重要的试验任务：

① 验证节点舱的推进剂在轨补加能力

天舟二号推进剂在轨补加注验证效果图

在神舟十二号撤离后，天舟二号将绕飞至节点舱前向对接口对接，并验证节点舱的推进剂在轨补加能力；

②  进行辅助转位对接试验

辅助转位对接试验是利用空间站主机械臂捕获悬停飞行器，进而辅助对接的任务。

空间站主机械臂辅助转位效果图

天舟二号与机械臂对接的适配器安装在货舱前锥段，在机械臂捕获后，将通过辅助转位实现与节点舱径向接口对接。从而验证将于2022年发射并通过机械臂实现辅助转位对接的问天与梦天两个实验舱的对接过程。

5、空间站货运能力的后续发展

天舟货运飞船具有极强的上行货运能力，但是，在空间站建成后的常态化上下行任务执行中，仍然存在上行货运能力过剩，下行货运能力欠缺等问题。

新一代载人飞船试验船效果图

新一代载人飞船试验船返回着陆场

2020年5月，成功首飞的新一代载人飞船试验船兼具货运飞船的能力，被称为“太空巴士+太空货车”。除了实现最多7人的载人能力，也可以实现货运的上下行能力。该型飞船返回舱基于气囊缓冲方案实现无损着陆，进而可实现与SpaceX货运龙飞船一样的重复使用能力。

同时为丰富空间站运营与应用阶段的货物运输途径，中国载人航天工程办公室拟探索发展低成本货物运输手段，形成对基本物资运输系统的必要和有益补充，构建起灵活高效、形式多样、成本低廉的货物运输体系。

2021年1月6日，中国载人航天工程办公室发布征集“面向空间站运营的低成本货物运输”方案设想的公告。公告提出，中国空间站低成本货物运输方案设想需具备单次货物上行重量1-4吨能力和承载单次货物下行重量100-300公斤能力。希望通过这些项目的孵化和扶持，带动我国商业航天的发展。

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