空間站的“貨運(yùn)專列”--揭秘天舟二號貨運(yùn)飛船
空間站天和核心艙迎來第一位“訪客”.5月29日晚間，由中國航天科技集團(tuán)五院抓總研制的天舟二號貨運(yùn)飛船在海南文昌發(fā)射場成功發(fā)射，并在約8小時后，與天和核心艙順利實(shí)現(xiàn)快速交會對接。
與神舟載人飛船不同，天舟貨運(yùn)飛船只運(yùn)貨、不送人。這輛“貨運(yùn)專列”運(yùn)力有多強(qiáng)？帶去了什么物資？快速交會對接如何實(shí)現(xiàn)？
天舟二號運(yùn)貨能力有多強(qiáng)？
“目前世界上最大運(yùn)載能力超過5噸的現(xiàn)役貨運(yùn)飛船只有兩型，中國的天舟就是其中之一，天舟貨運(yùn)飛船的運(yùn)載能力處于國際領(lǐng)先水平。”中國航天科技集團(tuán)五院天舟二號貨運(yùn)飛船總體副主任設(shè)計師雷劍宇說。
據(jù)悉，天舟貨運(yùn)飛船由貨物艙和推進(jìn)艙兩艙組成，采用型譜化、模塊化設(shè)計思想開展平臺構(gòu)型和布局設(shè)計，發(fā)射重量13.5噸，運(yùn)貨能力6.9噸。
中國航天科技集團(tuán)五院天舟二號貨運(yùn)飛船總設(shè)計師白明生介紹，為了打造出貨物上行效率高、綜合任務(wù)能力強(qiáng)的貨運(yùn)飛船，研制團(tuán)隊(duì)提出了貨物裝載/結(jié)構(gòu)/熱控一體化設(shè)計、高效率能量傳輸及立體信息網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)方案，解決了多功能要求下平臺輕量化設(shè)計難題。
與此同時，盡管攜帶大量貨物，但所有貨物擺放十分規(guī)律。天舟二號的貨架看似與普通貨架無異，但所有的細(xì)節(jié)和構(gòu)型都經(jīng)過科學(xué)分析，中間留出通道，航天員可在貨架中順暢通行，拿取貨物。
天舟二號給天和核心艙帶去了什么？
未來搭載神舟載人飛船來到天和核心艙的航天員們，將在這所太空之家生活幾個月到半年，因此天舟二號送去的“快遞”里，首先就有各種生活物資，以方便他們在太空的“衣、食、住、行”和工作。
值得一提的是，其中的航天食品具有明顯的中式特色。食物不僅有主副之分，講究葷素搭配，更有獨(dú)特的風(fēng)味，甚至魚香肉絲、宮保雞丁等。
除了生活物資外，天舟二號還帶去了推進(jìn)劑。在對接期間，天舟二號將為天和核心艙進(jìn)行燃料加注與姿態(tài)控制。
此外，天舟二號還將帶去實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)資料等物資，等到神舟飛船將航天員送至天和核心艙，再由航天員在軌取出并安裝。
中國航天科技集團(tuán)五院天舟二號貨運(yùn)飛船系統(tǒng)主任設(shè)計師楊勝介紹，空間站將地面的物流管理技術(shù)也應(yīng)用其中，航天員通過掃描二維碼的方式，便能獲得貨物的位置信息和產(chǎn)品信息。系統(tǒng)還能對產(chǎn)品信息的庫存數(shù)量做到動態(tài)掌控，把空間站貨物一分一厘的變化都記錄下來，從而確保航天員的工作生活更加輕松便捷。
快速交會對接如何實(shí)現(xiàn)？
“以往飛船的交會對接從發(fā)射到具備交會對接條件需要大約2到3天時間，過程中還需要大量的人工參與。而此次天舟二號與天和核心艙對接，整個過程歷時約8小時，不用地面干預(yù)，就像無人駕駛汽車一樣。”中國航天科技集團(tuán)五院天舟二號貨運(yùn)飛船副總設(shè)計師黨蓉說。
快速交會對接不僅可以縮短航天員在飛船狹小空間中滯留的時間，也可以保證一些“時鮮貨”--比如生物制劑等盡快送達(dá)空間站。如果空間站等航天器突遇緊急情況，快速交會對接可以迅速做出反應(yīng)，向空間站提供各種急需的物資或救助被困的航天員。
為了此次快速交會對接，研制團(tuán)隊(duì)突破了航天器自主導(dǎo)航測軌、定軌、自主快速制導(dǎo)等技術(shù)，將復(fù)雜的算法和遠(yuǎn)距離導(dǎo)引技術(shù)工程化，把原來遠(yuǎn)距離導(dǎo)引段需要地面干預(yù)的工作交由航天器的星上計算機(jī)自主運(yùn)行，為快速交會對接順利實(shí)施做好各種準(zhǔn)備。
為了適應(yīng)天和核心艙22噸級對接目標(biāo)及未來空間站180噸的對接任務(wù)，讓貨運(yùn)飛船的主動對接機(jī)構(gòu)與核心艙的被動對接機(jī)構(gòu)“溫柔”地“吻”上去，中國航天科技集團(tuán)八院805所設(shè)計師對第一代對接機(jī)構(gòu)進(jìn)行升級改進(jìn)，創(chuàng)新性地提出了可控阻尼的控制思路，來緩沖大噸位航天器對接過程中產(chǎn)生的撞擊能量。
在經(jīng)過500多次仿真分析和300多次地面試驗(yàn)后，設(shè)計師充分驗(yàn)證了阻尼器的各項(xiàng)功能和性能指標(biāo)，使原本8噸的對接能力提升到74噸，乃至180噸，大大提升了大型航天器對接的可靠性和安全性。
