[科学技术]太空新旅 天舟启程

央视新闻(焦点访谈):据中国载人航天工程办公室消息，空实验室任务总部决定于4月20日19时41分在海南文昌航天发射场发射天舟一号货运飞船。空升空后的主要任务是实现与在轨运行的天宫二号空实验室的自动交会对接，并补充推进剂。“天舟”是中国货船系列的总称。作为中国第一艘货船，天舟一号的任务是空实验室的最后一战，也是未来空站后续建设的关键一战。那么，天舟一号突破了多少技术壁垒，完成任务需要克服哪些困难？

曾多次将宇航员送往太原空的“神舟”飞船主要以“客运”为基础。除了运送宇航员，一次只能携带300公斤的物品。然而，如果未来的宇航员想在空站长期工作和生活，他们必须储备大量的食物、水、氧气和科学研究所需的材料。这些东西从何而来？这需要一艘更大的货船一次运送几吨货物到空站。天舟-1号货船承担了这项任务，因此被亲切地称为“信使兄弟”。那么，天舟一号货船一次能载多少货物呢？

中国航天科技集团第五研究院天舟一号货船总设计师白表示，该船可装载5500公斤货物和6.5吨推进剂，可运送三名宇航员9个月的食物和住所。

来自地球的“信使兄弟”天舟一号货船将把货物送到空.太原的天宫二号空实验室那么“快递哥”天州一号给收件人发了什么呢？

根据介绍，有两种类型，一种是一些可能在飞机上或在空站使用的新技术；还有一个空科学实验项目，如生物医学和人类医学方面的一些前瞻性和开创性实验

当天州一号与天宫二号对接时，天宫二号的空实验室里没有宇航员，所以货物无法移出天州一号。所以这次测试的是天舟一号的客舱，不是货物的重量，而是同样的重量。

作为“快递哥”，天舟一号想考察一下自己是否称职，看自己的货比。这个载货比是指货物重量占整个航天器总重量的比例。天舟一号货运飞船重量近13吨，货物和推进剂总重量6.5吨，货比0.48，目前已达到世界领先水平。

除了运送之外，未来的天舟飞船应该承担起回收空站垃圾和废物的责任。

当货船在同一天装满垃圾和废物时，它将从空站分离出来，把垃圾带到大气中焚烧销毁，并永远与我们告别。

其实天舟一号货船也有一个孪生兄弟，和天舟一号一模一样，是它的替身。如果天舟-1失败，不具备首发条件，那么这个替补替补球员可以上场，成为正式成员。

实际上,“信使兄弟”天竺-1很有能力，这次它必须为在轨的天宫-2 空实验室补充推进剂，俗称:泰空加油。

没有燃料的车站就像没有燃料的汽车和战斗机。但是加油比给汽车和战斗机加油难多了。有多难？

白说:“货运飞船和天宫之间的连接需要完美地分开。两架飞机在空中对接总会出现一些核心位移偏差，需要在出现偏差的情况下能够上去。”

这个困难的“太空加油”必须进行三次而不是一次。这意味着天舟一号货船必须与天宫二号空实验室三次交会对接。那为什么要进行多次交会对接？打个简单的比方，如果现在的天宫二号空实验室是一个一居室的房间，那么它将登上空站的舞台，通过对接多架飞机成为一个多居室的房间。

这三次交会对接不是简单的重复，而是各有各的目标、特点和难点。可以用三个“最”字来形容:第一次最耀眼，第二次最曲折，第三次最快。第一次最耀眼的是停靠在太阳能照耀的地方。在非常明亮耀眼的环境下，天舟一号不仅需要找到天宫二号，还需要交会对接。就像人们逆着太阳追踪天空中的鸟一样，挑战可想而知。

第二次对接是最迂回的，因为货船要从天宫二号空站的后面飞到前面对接。即绕飞命令下达后，天舟一号必须首先自行规划最优绕飞轨迹，然后自主改变轨道，调整姿态，在没有地面人员干预的情况下，自行其是。

第三次对接最快，是全新的实验，需要两艘飞船在6小时左右对接。从之前的两到三天，48到72小时，再到6小时，变速可以说是绿皮火车到高铁的升级。通过这样做，宇航员可以更快地到达空站，包括一些在紧急情况下可以快速运输的生物制剂。

交会对接速度比以前快了近十倍。“快递哥”应该克服哪些困难和限制？

白说:“主要困难是要在六个小时内实现五次变轨，另外五次变轨会给供电和能量平衡带来很大压力。”

发货加满油后，天州一号再推天宫二号。为什么要推？由于空站在轨道上运行，它会受到残余大气阻力的影响而逐渐降低轨道高度。为了保持原来的高度，有必要消耗燃料把空站推上去。那这个任务为什么要交给天舟-1呢？

其实这里的“推手”是一个意象隐喻，旨在验证天舟一号货运飞船与天宫二号控制组合的实验。

信使兄弟天舟一号重13.5吨，天宫二号空实验室重8.6吨。交会对接后，这两个组合的重量达到了20多吨，这两个巨人一起飞。尺寸大，重量大，质心变化大，所以在控制设计中要考虑质心的动态变化。

众所周知，每个“快递哥”都有自己的车。但天舟一号货运飞船是可以完成任务的，所以它的“小伙伴”——长征七号远程二号运载火箭是不容忽视的。“快递哥”天舟-1的这车不一般。长征七号远程二号火箭被认为是中国航天进入太原空.的新动力虽然是中型火箭，但运载能力是最突出的，确实体积小，能量大。

这是长征七号与天州一号的首次合作。由于天竺-1号航天器发射后将与天宫-2号空实验室交会对接，因此要求天竺-1号以极高的精度送入轨道。因此，传输时间设置为零窗口。零窗口极具挑战性，因为之前的发射窗口是按小时和天数计算的，如果在此期间发现问题，可以随时调整。但是这个发射窗口不是一个时间范围，而是一个确定的时间点，不能差一秒。这就是宇航员所说的“零窗口”。

之所以要求零窗口，是因为一天只有一个时间点，天舟一号可以准确地送出轨道。如果错过这个时间点，只能推迟发射。然而，低温推进剂在火箭中的长期填充状态增加了风险，火箭发射的安全性和可靠性也面临挑战。零窗口传输节省更多成本。为了保证发射的安全性，长征七号的设计团队采取了一些保障措施，将零窗口改为60秒窗口，在此窗口内随时点火可以保证轨道精度。

天舟一号的发射开启了中国太空飞行的新征程。载人航天工程是一项高技术、高风险的事业。中国在这一领域的进步是由一代又一代中国宇航员以艰苦奋斗、勇于解决棘手问题、开拓创新和无私奉献的精神铺平的。根据计划，2018年前后，天河一号空站的核心舱将升至空，这是中国空站建设的重要起点。到2022年，中国将完成空站的建设。