圖①：天舟二號(hào)模擬圖。
中國(guó)航天科技集團(tuán)五院供圖
圖②：長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭正在轉(zhuǎn)場(chǎng)。
中國(guó)航天科技集團(tuán)一院供圖
5月29日20時(shí)55分，在經(jīng)歷了推遲發(fā)射的波折后，長(zhǎng)征七號(hào)遙三運(yùn)載火箭從位于海南的文昌航天發(fā)射場(chǎng)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)火升空，將天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船準(zhǔn)確送入預(yù)定軌道，發(fā)射取得圓滿成功。5月30日5時(shí)01分，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船與空間站天和核心艙在近地軌道精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)自主快速交會(huì)對(duì)接后穩(wěn)穩(wěn)�？�，天和核心艙迎來(lái)第一位“訪客”。
連續(xù)兩次推遲發(fā)射，長(zhǎng)征七號(hào)火箭成功排故后將貨運(yùn)飛船送入太空
此次負(fù)責(zé)將天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船托舉上天的，是天舟貨運(yùn)飛船的“老搭檔”——長(zhǎng)征七號(hào)火箭，這是一款專門為了滿足中國(guó)空間站工程發(fā)射貨運(yùn)飛船需求而研制的新一代中型運(yùn)載火箭。
此次“太空快遞”的送達(dá)，可謂一波三折。5月20日凌晨，原本計(jì)劃在文昌航天發(fā)射場(chǎng)發(fā)射天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船，中國(guó)載人航天工程辦公室臨時(shí)發(fā)布消息：因技術(shù)原因推遲實(shí)施，發(fā)射時(shí)間另行確定�；鸺龍F(tuán)隊(duì)迅速組織問(wèn)題排查，有序推進(jìn)故障分析。
據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)一院院長(zhǎng)王小軍介紹，火箭連續(xù)2次推遲發(fā)射，3次準(zhǔn)備發(fā)射，其間經(jīng)歷了推進(jìn)劑全卸出——能夠取得最終的發(fā)射勝利，是研制隊(duì)伍用艱苦卓絕的工作換來(lái)的。航天人在工作中堅(jiān)持“嚴(yán)、慎、細(xì)、實(shí)”，是為勝利而戰(zhàn)，為使命而戰(zhàn)，為榮譽(yù)而戰(zhàn)。
此次長(zhǎng)征七號(hào)火箭發(fā)射意義重大。按空間站在軌建造任務(wù)規(guī)劃，今明兩年我國(guó)共實(shí)施11次飛行任務(wù)，包括3次空間站艙段發(fā)射，4次貨運(yùn)飛船發(fā)射及4次載人飛船發(fā)射。用中國(guó)航天科技集團(tuán)一院長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭主任設(shè)計(jì)師徐利杰的話說(shuō)，“2年11次任務(wù)，環(huán)環(huán)相扣，就像接力賽跑，每發(fā)任務(wù)的成敗都關(guān)乎中國(guó)空間站建造計(jì)劃能否順利實(shí)施�！�
此次發(fā)射距離長(zhǎng)征七號(hào)遙二運(yùn)載火箭發(fā)射已過(guò)4年，其間開展了大量的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，使長(zhǎng)征七號(hào)遙三運(yùn)載火箭更加可靠、智能、經(jīng)濟(jì)。作為一款全數(shù)字化控制火箭，長(zhǎng)征七號(hào)遙三運(yùn)載火箭既能在8級(jí)大風(fēng)中轉(zhuǎn)場(chǎng)，也能在雨中發(fā)射，惡劣天氣條件下依然可以確保送載荷精準(zhǔn)入軌。除了空間站建造階段2年4次發(fā)射任務(wù)之外，后續(xù)進(jìn)入空間站運(yùn)營(yíng)階段后，長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭也將保持每年2次發(fā)射的頻率。
5月29日晚，在文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功完成貨運(yùn)飛船發(fā)射任務(wù)后，遠(yuǎn)望6號(hào)船、西安衛(wèi)星測(cè)控中心、北京航天飛行控制中心、北京空間信息傳輸中心等組成的航天測(cè)控系統(tǒng)，合力完成貨運(yùn)飛船的發(fā)射、入軌和交會(huì)對(duì)接的測(cè)控任務(wù)，一路護(hù)航天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船奔赴天和核心艙，為后續(xù)任務(wù)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船負(fù)責(zé)向空間站運(yùn)輸物資、補(bǔ)給燃料并帶走廢棄物
天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船攜帶了航天員生活物資、艙外航天服及空間站平臺(tái)設(shè)備、應(yīng)用載荷和推進(jìn)劑等，與天和核心艙完成交會(huì)對(duì)接后，轉(zhuǎn)入組合體飛行階段，將按計(jì)劃開展推進(jìn)劑補(bǔ)加和空間應(yīng)用項(xiàng)目設(shè)備測(cè)試等工作。
據(jù)介紹，與神舟載人飛船不同，天舟貨運(yùn)飛船只運(yùn)貨不送人。4年前，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室成功交會(huì)對(duì)接并完成推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加試驗(yàn)。作為中國(guó)空間站工程的重要組成部分，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船是首個(gè)與我國(guó)空間站核心艙進(jìn)行對(duì)接的航天器，負(fù)責(zé)向空間站運(yùn)輸物資、補(bǔ)給燃料并帶走廢棄物。
天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船由全密封貨物艙和推進(jìn)艙兩艙組成，采用型譜化、模塊化設(shè)計(jì)思想開展平臺(tái)構(gòu)型和布局設(shè)計(jì)。總長(zhǎng)10.6米，發(fā)射重量13.5噸，上行物資總重高達(dá)6.8噸，在軌壽命不小于1年，供電能力不小于2700瓦。
據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)五院天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船總指揮馮永介紹，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船攜帶了3人3個(gè)月航天員消耗品、艙外航天服及平臺(tái)物資，以方便航天員在太空的衣、食、住、行和工作開展。除了生活物資，貨運(yùn)飛船還帶了推進(jìn)劑，將在對(duì)接期間為核心艙進(jìn)行燃料加注與姿態(tài)控制。天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船還帶了實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)資料等，等到神舟十二號(hào)載人飛船將航天員送至天和核心艙，再由航天員在軌取出這些實(shí)驗(yàn)物資并安裝。
天舟貨運(yùn)飛船總體性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，在設(shè)計(jì)上充分體現(xiàn)了中國(guó)特色。據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)五院天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船總設(shè)計(jì)師白明生介紹：“團(tuán)隊(duì)對(duì)于天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船的設(shè)計(jì)原則，包括要嚴(yán)格控制平臺(tái)自身重量，最大程度提高貨物運(yùn)輸能力，還要充分整合平臺(tái)資源，滿足空間站推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加、航天員駐留資源補(bǔ)給以及設(shè)備維修維護(hù)更換等不同種類貨物運(yùn)送需求�！�
天舟二號(hào)和天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船在構(gòu)型上基本一致，但也有著自己的鮮明特色。
跟高大的空間站核心艙相比，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船的“身材”可謂是短小精悍。上行物資包括了160余件大大小小的貨包以及2噸推進(jìn)劑，占了整個(gè)貨船重量的一半以上，載貨比超過(guò)50%。這里面有兩件重要“寶貝”——兩套航天員艙外服，每件重100多公斤，是航天員抵達(dá)核心艙后執(zhí)行艙外任務(wù)的必備物資。此外，還有“太空按摩儀”和“太空冰箱”等有特色的物件隨貨船升空。其中，中國(guó)航天科工集團(tuán)所屬航天三江紅峰公司研制的“太空按摩儀”主要用于對(duì)航天員進(jìn)行電脈沖刺激，協(xié)助航天員進(jìn)行肌肉疲勞恢復(fù)和肌肉力量訓(xùn)練，防止長(zhǎng)期飛行造成的肌肉萎縮。中國(guó)航天科工集團(tuán)三院306所特制的隔熱保溫的“太空冰箱”，則可以幫助保護(hù)貨運(yùn)飛船里關(guān)鍵的醫(yī)療檢測(cè)和保障物資。
天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船還實(shí)現(xiàn)了智能便捷的設(shè)計(jì)。天舟二號(hào)作為儲(chǔ)藏室，既要保障航天員日常生活、工作物資隨取隨用，還要收納廢棄物，最終離軌墜入大氣層燒毀。艙內(nèi)貨物裝載空間高達(dá)18立方米，為了實(shí)現(xiàn)布局合理、重量均衡，方便航天員上天后取用貨物，貨船艙內(nèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特殊的設(shè)計(jì)，擺放規(guī)律，并利用蜂窩板形成一個(gè)個(gè)貨格，每個(gè)貨格都可以裝載多個(gè)規(guī)格的貨包。這樣的貨包能很好地匹配內(nèi)部承載的貨物，還能像積木一樣組合放置在貨格內(nèi)。為方便航天員快速查找和取用物資，貨船系統(tǒng)還配置了一套信息管理系統(tǒng)，為貨物打上標(biāo)簽，航天員能通過(guò)專用設(shè)備對(duì)一定范圍內(nèi)貨物進(jìn)行識(shí)別和定位。
據(jù)專家介紹，后續(xù)，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船后向?qū)�、神舟十二�?hào)載人飛船前向?qū)涌臻g站核心艙，將完成中國(guó)空間站首個(gè)“一”字構(gòu)型。
中國(guó)“太空港”迎來(lái)第一艘飛船�？�
5月30日5時(shí)01分，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船采用自主快速交會(huì)對(duì)接模式，精準(zhǔn)對(duì)接于天和核心艙后向端口，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船成為首個(gè)停靠空間站核心艙的航天器。
空間交會(huì)對(duì)接是載人航天活動(dòng)的基本技術(shù)之一，是實(shí)現(xiàn)空間站和空間運(yùn)輸系統(tǒng)的裝配、回收、補(bǔ)給、維修、航天員交換及營(yíng)救等在軌服務(wù)的先決條件。
據(jù)中國(guó)航天科技集團(tuán)五院天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船副總設(shè)計(jì)師黨蓉介紹，以往飛船的交會(huì)對(duì)接從發(fā)射到具備交會(huì)對(duì)接條件需要2—3天時(shí)間，過(guò)程中還需要大量人工參與。此次天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船與天和核心艙對(duì)接采用的是快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)，其最大的特點(diǎn)就是“快”，整個(gè)過(guò)程歷時(shí)約8個(gè)小時(shí)，且無(wú)需地面干預(yù)，就像無(wú)人駕駛汽車一樣。
快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)之所以重要，在于將來(lái)不僅能縮短航天員在飛船狹小空間中滯留的時(shí)間、減少航天員不必要的體力與精力付出，同時(shí)也可以保證一些“時(shí)鮮貨（比如生物制劑等）”盡快送達(dá)空間站。在安全方面，一旦空間站等航天器突遇緊急情況，快速交會(huì)對(duì)接可以迅速反應(yīng)，向空間站提供各種急需的物資或救助被困的航天員。
與天舟一號(hào)時(shí)的快速交會(huì)對(duì)接相比，天舟二號(hào)的技術(shù)更進(jìn)一步。中國(guó)航天科技集團(tuán)五院的科研人員為飛船增加了“全相位自主交會(huì)對(duì)接方案”。無(wú)論目標(biāo)飛行器在入軌時(shí)和空間站的相對(duì)位置是1/4圈、半圈乃至整圈，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船都能以最快速度或者在規(guī)定時(shí)間點(diǎn)到達(dá)。天舟一號(hào)任務(wù)時(shí)，需要人工輔助把飛船送到距離天宮二號(hào)一定的位置，然后由飛船自主去對(duì)接。這次天舟二號(hào)增加了遠(yuǎn)距離自主導(dǎo)引，飛船能夠利用北斗導(dǎo)航來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的全自主導(dǎo)航計(jì)算及制導(dǎo)與控制。也就是說(shuō)，以后天舟飛船對(duì)空間站的“造訪”過(guò)程中，人只負(fù)責(zé)監(jiān)視，整個(gè)飛行和交會(huì)對(duì)接的過(guò)程是全自主的。
當(dāng)然，當(dāng)貨運(yùn)飛船需要手控交會(huì)對(duì)接的時(shí)候，坐在空間站內(nèi)的航天員還能通過(guò)手控遙操作，駕駛貨運(yùn)飛船完成與空間站的交會(huì)對(duì)接或撤離。
為了精準(zhǔn)對(duì)接，由中國(guó)航天科工集團(tuán)二院25所研制，安裝在天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船上的微波雷達(dá)作為關(guān)鍵測(cè)量敏感器，能在交會(huì)對(duì)接過(guò)程中輸出高精度測(cè)距、測(cè)速及測(cè)角信息，為空間站建設(shè)中的交會(huì)對(duì)接任務(wù)提供有力支撐。為了緩沖大噸位航天器對(duì)接過(guò)程中產(chǎn)生的撞擊能量，中國(guó)航天科技集團(tuán)八院研制出了對(duì)接機(jī)構(gòu)分系統(tǒng)，創(chuàng)新性地研發(fā)了可控阻尼器，在船—艙間建立起高可靠的剛性連接，讓天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船的主動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)與核心艙的被動(dòng)對(duì)接機(jī)構(gòu)“溫柔”地交會(huì)對(duì)接。
