天舟二号货运飞船：天地运输的不凡之旅与使命任务

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对接成功！ 5月30日5时01分，天舟二号货运飞船采用自主快速交会对接模式，与天河核心舱后端口精确对接。

天地间交通稳定可靠！让我们来看看“天舟二号”完成这一非凡旅程的使命和技术亮点——

把宇航员和空间站

所需物资被送往天堂

此次访问天宫空间站，天舟二号货运飞船携带了哪些货物？在轨期间应完成哪些任务？中国航天科技集团公司五院天舟二号货运飞船系统研制团队给出了详细解答。

6.8吨物资，粮草优先

兵马未动，粮草先行。 “天舟二号”货货比为0.51，处于国际领先水平。航天器的主要任务是运送宇航员和空间站所需的物资。这些物资包括推进剂和货物包。

天舟二号货运飞船采用“货舱+推进舱”的两舱构型。推进舱不仅要满足自身动力需求，还要为在轨空间站天河核心舱补充燃料；货舱必须满足航天员的生活需要，为了满足工作需要，本次航班运载了160多个包裹、200多件货物。

“有两块婴儿肿块非常特别。”徐小平介绍说，此次运输的货物中有两套航天员舱外服，每套重量均超过100公斤。它们是宇航员执行舱外任务的必备物资。

其他货物安全地装入包裹内，并整齐地堆放在货舱内。运输这两种“异型”舱外服需要安装额外的支撑点，以保护服的胸腔薄壁结构。徐小平说：“货舱共有40个隔间，这两件宝物就占了其中的8个。”

“五组，每组20个气瓶，是空间站的消耗品。”天舟二号货运飞船系统总设计师王冉表示，这些气瓶看上去与普通氧气瓶很相似，但材质更安全，含有氧气、空气、氮气等气体。在真空环境下，人体平时呼吸的气体在不知不觉中就变成了宝贵的资源。必要时，这些气体将补充空间站上的气压。

“天空中，水资源也是非常宝贵的。”王冉补充道，进入空间站的水必须装入软水囊中。这座山坡上的十几个水囊不仅可以满足日常用水需求，还可以发电、分解氧气。

6.8吨材料被送往太空。一般遵循“重心较低、质心居中”的原则。根据航天器的质量特性“排列”了160多个包裹。

“就像超市一样，每件货物都有固定的位置。”天舟二号货运飞船系统机械总体经理贾东勇介绍说，货舱纵向分为4个象限，横向分为4层ABCD。每个包分为四个象限。按坐标号搜索，包装上有二维码。扫描后，您可以查看包裹内的具体商品。

食物、水、衣物、清洁湿巾……除了保障航天员的衣食住行外，天舟二号还搭载了空间站建设所需的一些科学试验载荷和备用舱口。王冉补充道：“火箭和货运飞船的运输能力越强，对空间站的贡献就越大。”

货运飞船除了运输生活物资外，还要给空间站“加油”，即添加推进剂。货船系统拥有多个“油箱”，推进剂可以通过密封舱外的管道输送，并与密封舱隔离，保证舱内宇航员的安全。

包裹定位检索、专业空间及地面运输

“货物包装中使用的布料添加了蟹壳，可以有效抗菌。”王然说，日常生活中，地脏了就扫地，衣服脏了就洗、晾。在空间站的微重力和封闭环境中，同一块布脏了就很难清洗。这样的环境对包装面料提出了更加严格的要求。

开发团队针对货物装载要求进行研究，发现市场上常用的面料无法满足要求，因此开发了专用的壳聚糖纤维布。

顾名思义，“特殊”面料是专门为太空旅行而开发的。它们必须承受抗菌、防霉、阻燃、低挥发性等各种指标。具有良好的承载能力和优良的机械性能；壳聚糖纤维布是从螃蟹、虾的甲壳中提取抗菌成分，然后采用特殊的纤维纺丝技术生产而成。

为了充分利用装载空间，货船的内部结构进行了专门设计，采用蜂窝板组成货舱，每个货舱可装载多种规格的包裹。

“货运飞船的对口单位太多了，包括空间站核心舱、航天员系统、科研机构、大学等，每个人的需求都是多种多样的。”王冉介绍，为了让整船的装载效率更高，团队设计了26种规格的货运飞船。包裹。

根据图案化的设计思想，包装分为大、中、小尺寸，根据不同的需求有不同的长度、宽度和形状。为了适应货运飞船的圆形舱结构，开发团队还设计了梯形、楔形等形状；为了给异形产品和敏感光学器件提供特殊保护，团队借鉴了飞机座椅的安全锁，使每个货物包裹都能牢固固定，并且单手即可轻松取出。

“不仅尺寸和布局要合理、重量要均衡，最重要的是要方便宇航员出入。”徐小平总结道。

“就像大家出差一样，宇航员进入舱后的第一天是最困难的，他们必须立即寻找食物和物资。”徐小平表示，这是对航天员的挑战，也是对货运飞船的挑战。贾东勇补充道：“我们不能让宇航员长时间地挖一袋宫保鸡丁。”

在轨运行一年后，“天舟二号”作为储藏室，不仅保证了航天员的日常生活和工作物资一应俱全，还储存了最终脱轨落入太空前的废物和人体排泄物。气氛并燃烧起来。

“我们有密封的‘汽车’，也有开放的‘皮卡’。”徐小平说，天舟货运飞船的货舱有全密封、半密封、半开放、全开放等多种类型，可以满足不同的尺寸和要求。货物运输需求的类型。

以人为本，天舟初心

“我们要做好后勤保障服务。”徐小平表示，从航天员使用角度来看，货运飞船必须通过医学和人体工学评估，舱内压力、噪声、照明照度、操作空间等都纳入评估范围。该岗位保障了空间站宇航员的健康生活。

“真正把宇航员放在第一位，考虑他们的需求。”贾东勇表示，人机工程学是评价体系的重要组成部分，主要研究生产系统中人、机器和环境之间的关系。

简单来说，空间站内的仪器设备、布局环境都会影响宇航员在轨工作的效率。研制团队希望天舟货运飞船能够让宇航员在有限的空间内便捷地生活和工作。

“首先，它不能对宇航员造成伤害，其次，它必须易于操作。”贾东勇举了一个例子。要将垃圾扔到地球上，只需将其扔进垃圾桶，然后打包即可。一个人即可完成；在空中扔垃圾则要复杂得多，因为在微重力环境下，人、垃圾、垃圾袋一起漂浮在空中。首先，宇航员要自我修复，然后腾出双手去收集垃圾。经过压缩、抽空等特殊处理后，垃圾被固定至货舱内指定位置。这一系列的操作可能需要两个人的配合。

该空间站将在轨道上运行10年以上。贾东勇补充道：“关注宇航员的生活环境，未来还有很大的改善空间。”

秉承航天员“少花钱、多办事”的传统，在确保天舟二号货运飞船顺利完成主线任务的同时，还将择机完成交会对接、双向飞行等支线任务。电网连接，以及机械臂在轨运行的在轨测试。任务。

“天舟二号”物资运输任务完成后，还将验证空间站机械臂在轨控制技术，为实验舱转位铺平道路。天舟二号货运飞船系统结构与机构子系统总设计师周志勇表示，飞船对接机构、转位机构、机械臂是三套独立的装置。对接机构可与其他两组机构配合完成空间站模块。段转移动作。

争做科技“排头兵”，天舟系列货运飞船与空间站几乎同时发射。货运飞船加快步伐，于2017年完成了“天舟一号”发射任务，验证了关键技术和固定流程。徐小平说：“只有货船后勤保障能力稳定，空间站才能稳定在轨。”

更高效、更智能、

更持久、适应性更强

纵观中国空间站的整体建设，天舟货运飞船的主要任务是稳定可靠地运输货物。在此基础上，“天舟二号”还将对多项技术改进进行在轨验证，确保高效支撑空间站建设和运行。

“互相充电”，更有效地利用能源

空间站天河核心舱和天舟二号货运飞船均配备并网控制器。在去太空之前，空间站核心舱和“天舟二号”是两个独立的能源系统；对接后，并网供电系统在船与站之间相互输送电能资源，“1+1>2”，实现了组合能源的一体化高效利用。

“这就像两部​​手机，可以单独充电，也可以互相充电。”天舟二号货运飞船电气系统负责人于雷表示，复杂航天器遮阳情况复杂。如果单个航天器能量不足，则会为另一艘航天器充电。可以及时补充一份。

对接空间站时，天舟二号货运飞船处于休眠状态，能源需求很少。太阳翼提供的能量供应大部分时间都比较充足。剩余的电能可以为航天员的活动提供保障，支持一些电能消耗较大的任务。科学实验。

“在它脱离轨道之前你必须负责。”于雷表示，天舟二号进入太空后，需要在多个关键节点完成指定动作。一举一动，牵动全身。飞船每执行一个附加动作，就必须安装一个附加模块，整个飞船的信息系统必须有一个附加布局。每一个关键行动都是在能源监控压力最大的时候进行的。

“这次发射只是任务的开始，天舟二号在轨期间，每一次试验的成功都是最终的成功。”于雷说。

据介绍，双向并网需要通过地面发送程序指令。对接成功后，“天舟二号”与空间站天河核心舱将择机开展双向并网在轨验证。

每天循环16次，“动力源”持续工作

天空中，货运飞船最显眼的就是它的两个“翅膀”。太阳能电池翼板在阳光下反射出锐利的光线。

动力子系统是货运飞船飞越宇宙的“动力源”。太阳能电池翼暴露在舱外，电池隐藏在舱内。这两个部分共同为整艘船提供动力。

中国航天科技集团公司八院负责天舟二号货运飞船动力子系统的研制。八院试验队电源子系统总设计师王振旭介绍：“‘天舟二号’太阳能电池翼主要有两个功能，发电满足整艘货船的供电需求，并为电池充电。同时。”

当货运飞船逐渐进入阴影区域时，太阳能电池翼无法接收阳光。货运飞船上的三组锂离子电池开始为全船供电，直到太阳能电池翼进入阳光范围进行供电和充电，电力系统进入下一个周期。

“实际情况比较复杂，天舟二号与空间站核心舱对接后，可能会被核心舱遮挡。”王振旭表示，太阳能电池翼会多次经历“阴影”和“阴影”。如果长时间使用，如果充放电不平衡，电池寿命就会降低，甚至无法工作。

据科研人员计算，空间站在近地轨道绕地球一圈需要91分钟，其中可以接收光线的时间长度约为54分钟。太阳能电池翼每天经历大约 16 次交替的光和暗循环。 “我们对产品充满信心。”王振旭表示，货运飞船太阳能电池翼技术高度成熟，产品散热性能良好，能承受高低温循环冲击；锂离子电池和核心舱采用相同的方案，并经过至少10000次地面循环。经验证可以支持货运飞船的整个生命周期。

“我们优化了太阳能电池翼的布局和电池充电控制策略，以适应空间站建设过程中复杂的遮光条件。”王振旭说道。

“如果太空垃圾击中太阳能电池翼怎么办？”记者问道。

“首先，被击中的概率很小，其次，即使被小型空间碎片击中，太阳能电池翼的单块电池板也独立运行，对整个电力子系统的供电影响很小。”王振旭表示，团队有信心迎接挑战。

33 次撞击，从 8 吨到 180 吨

“两艘航天器在太空中需要连接在一起，主要依靠对接机制。”八院对接机构子系统副总设计师丁立超表示，对接机构完成一系列规定动作、捕获、缓冲、刚性连接后，就变得相互独立。只有将航天器连接在一起才能形成复杂的中国空间站。

空间站的建设就像搭积木一样。货运飞船、载人飞船、实验舱必须与核心舱对接。添加的构建块越多，添加的质量就越多。丁力超解释道：“吨位越大，冲击能量越大，对接机构消耗的能量也越大。”

“天舟一号”与“天宫二号”的对接是13吨对8吨。这是首次在太空开展相关技术验证。本次任务，“天舟二号”将与空间站22吨核心舱对接。后续它还要与总重超过30吨的航天器组件进行对接。

“天舟二号”做出了一些适应性改变，丁力超表示：“一切改进都要适应核心舱。”

除了完成运输物资的主要任务外，“天舟二号”还承担多项支线任务，包括完成4次对接作业，为后续空间站建设提供技术验证。

货运飞船入轨后，可按计划在8个多小时内独立完成与核心舱的交会对接；宇航员进入核心舱后，必须手动控制核心舱内的货运飞船完成对接动作；与后方方向的核心舱对接后，需要掉头向前飞行，完成后续动作，并配合核心舱机械臂进行换位测试。

“每一次额外的对接都会增加风险。”丁力超认为，这也是货运飞船的使命，就是为其他飞船的发射进行初步验证。

“我们已经在实验室完成了 33 项捕获缓冲液测试。”八院805所对接机构子系统总设计师邱华勇表示，8吨、22吨、74吨、180吨的产品对接能力已稳步通过地面验证。

“以前，许多交会对接过程都依赖于地面干预。”于雷介绍，天舟一号货运飞船交会对接作业的完成主要依靠地面测控。 “比如货运飞船发动机启动时，启动时间、启动点全部依赖地面指令、测量和控制，给人的压力很大。”

在硬件条件不变的前提下，快速交互对接系统提前安排好进入轨道后的动作顺序，节省了天地间传输指令的时间，无需在地面临时注入程序。货运飞船能够及时定位并与空间站建立联系。对于核心舱交会的入口点，于雷表示：“交会对接的速度更快。”

最直观的是，软件性能提升后，可以将地面飞控人员从交会对接阶段的高压力状态中解放出来。于雷说：“我们希望飞控人员能够发挥自己的优势，完成更具挑战性和创新性的任务。”工作。”

承重、防晒，为发动机加个“遮阳伞”

天舟货运飞船可以简单地分为货舱和推进舱。货舱主要负责上行货物包，推进舱为飞船提供动力并为核心舱加油。

天舟二号货运飞船的推进舱有8个400升的金属隔膜储罐，其中4个装有燃烧剂，4个装有氧化剂。推进剂全部重量约为3.5吨。天舟一号货运飞船任务成功验证了在轨推进剂补给技术。在此基础上，天舟二号货运飞船将在轨验证空间站核心舱前向推进剂补给技术。

八院试验队推进模块总装设计师冯宇说：“推进模块还有一个重要作用——承重。”

起飞前，货运飞船垂直立在地面上。当点火起飞时，下层的推进模块不仅要承受燃油和货舱的重量，还要考虑振动问题。

在总装阶段，团队不仅要考虑到上升阶段各单机设备所承受的过载，还要满足热控制的“冷热平衡”要求。同时，团队还要尽可能地减轻重量，让飞船“轻身减重”，在太空留下足够的情况下携带更多的货物和更多的燃料。

“每个子系统都经过考虑，我们的设计是合理的。”冯宇总结道。

天舟一号货运飞船执行任务时，团队发现当其向太阳偏航时，飞船尾部直接被太阳照射。由于运行环境和机舱设计的双重影响，发动机喷嘴温度较高。

“这一次，我们在发动机喷嘴上放了一把遮阳伞。”冯宇介绍说，推进舱底部增加了四块遮光板，并喷涂热控白漆，有效降低喷嘴温度，改善舱内部件的辐射传热。环境。

文/中国航天报记者 胡兰月

图/航天科技集团五院中国航天报 资料图