图10-4　天舟一号

2017年4月20日，中国首艘货运飞船天舟一号在海南文昌发射场首飞成功。它长约10.6米，最大直径3.35米，满载货物重约13.5吨。朝着天宫二号空间实验室飞奔而去的天舟一号，具体承担以下四项任务：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验。22日，天舟一号与天宫二号顺利完成自动交会对接。随后，天舟一号与天宫二号进入组合体飞行阶段，按计划开展推进剂在轨补加，以及空间应用和航天技术等领域的多项试验。这标志着中国突破并掌握了货运飞船补加技术，迈过了空间站技术的主要难题，中国载人航天工程“三步走”战略的第二步“载人空间站工程空间实验室任务阶段”全面完成，建立空间站的构想已近在咫尺。与“神舟”系列飞船搭载航天员在天地间往返不同，货运飞船是天地间运货的工具，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研制。2013年，货运飞船被正式命名为“天舟”。

据澎湃新闻报道，天舟一号具有以下五个亮点。

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。天舟一号最大运货能力6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。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，与天舟一号基本相同，但其总重量（航天器自重+运载货物重量）达到16吨，远超天舟一号的13.5吨。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，但这些货物并不是杂乱无章地堆放在飞船里面，飞船内壁四周全部设置为货架，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，传力效果良好，中间则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。

亮点二：“太空加油”让空间站飞得更久。由于空间站将在距地面380—400千米的轨道上运行，受引力和稀薄大气影响，会出现轨道衰减的现象。为确保长期在轨的空间站持续稳定运行，需要可靠的“太空加油”技术，而这项任务将由“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6号空间站首次实现了在轨加注。此次成功发射升空的天舟一号将与在轨飞行的天宫二号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。(www.daowen.com)

亮点三：太空对接技术从“普列”时代跨入“高铁”时代。从20世纪60年代至今，苏联/俄罗斯、美国已经进行了上百次交会对接活动。我国于2011—2016年分别实现了神舟八号、神舟九号、神舟十号与天宫一号，神舟十一号与天宫二号的交会对接任务，成为继美国、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—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”系列飞船、航天飞机与国际空间站及“神舟”系列飞船均采用此种方式。但从2012年起，俄罗斯科学家分别采用“进步”系列货运飞船和“联盟”系列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需6个小时。快速交会对接不仅用时缩短、绕地圈数减少，而且以飞船自主制导和控制为主，极大地提高了交会对接的效率和安全，逐渐成为国际航天领域的“时尚”方式。如果打一个比喻的话，天舟一号跨出了从“普通列车”迈向“动车高铁”的一大步，能做到更快、更舒适、更稳妥地运输货物，这对某些时效性要求严苛的试验，比如生物制剂，可能起到至关重要甚至是决定性的保障作用。

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，“神舟”系列飞船用十一战十一捷的成绩，打造了安全、可靠、稳定的载人飞船，但其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。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”三种型谱货运飞船。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。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。天舟一号货运飞船开启了我国载人航天器型谱化设计先河，让载人航天器的设计更规范化、更具有预见性，也更符合载人航天器通用化、批量产、系列化发展的要求和未来趋势。

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，但与此同时，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约有39 000个，直径大于1厘米小于10厘米的太空物体达到约50万个，再加上6 000多颗人类发射的卫星，地球近地轨道已被密密麻麻的太空物体所占据。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。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号通信卫星与俄罗斯废弃多年的宇宙2251号在太空相撞，双方均粉身碎骨，这是人类历史上首次卫星相撞事件。太空垃圾的“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。2013年上映的好莱坞科幻大片《地心引力》便是以此为题，讲述了一个惊心动魄的航天员如何“劫后余生”的故事。据介绍，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。