北京時間2023年5月10日，中國載人航天事業(yè)迎來了天舟六號貨運飛船的發(fā)射：宛若巨龍的長征七號火箭在文昌航天發(fā)射場拔地而起，箭船穩(wěn)穩(wěn)分離后，天舟六號迅速踏上追逐天宮空間站的旅程。

（圖源：新華社）

這也意味著天宮空間站全面建成并進入空間應用發(fā)展階段后，升級版的天舟飛船正式投入使用。

(相關資料圖)

天舟的命名延續(xù)了中國航天給航天器起名的“中國式浪漫”，它的主要定位是給空間站級別的大型載人航天器運送各類物資，是鏈接天地的“天舟”。換句話說，它是中國載人航天事業(yè)的超級“快遞小哥”，通過天舟六號，咱們不妨聊聊這個超級小哥是怎么煉成的？

讀下文前，先問下屏幕前的你，最喜歡什么樣的快遞？是不是

“要多！要穩(wěn)！要快！要便宜！”

“小孩子才做選擇，我全都要！”

一、多：這樣的貨，我能拉7噸！

兵馬未動，糧草先行。充分的物資補給，是決定無數(shù)大事業(yè)的核心因素。天宮空間站建成后，各類消耗都需要來自地球源源不斷的補給。在同等條件下，貨運飛船的運力當然越大越好。

天舟一號首飛與天宮二號（天宮一號的升級）對接效果圖。二者形狀接近，簡單的判斷方法是數(shù)一側的太陽能電池片數(shù)量，左側的天舟是三片。

（圖源：文獻【1】）

目前，全球僅有四種貨運飛船在服役，分別是中國的天舟、俄羅斯的進步號、美國的天鵝座和龍。其中，天舟的運力達到了驚人的6.9噸，大幅超過了另外三款飛船2.2-3.3噸的運力范圍【1】。這主要因為，天舟是基于我國第一個實驗性質的空間站天宮一號發(fā)展而來。天宮一號是個8.5噸的大家伙，幾乎觸及長征2F火箭的能力上限。隨著運力更強的長征七號火箭投入使用，發(fā)展而來的天舟可以大幅擴容，總重約13.5噸。大火箭與大飛船的“搭子”組合，使得天舟的運力領先其他貨運飛船。

2023年5月7日，長征七號火箭和天舟六號飛船垂直轉運中

（圖源：我們的太空）

而從天舟六號起，飛船進一步升級，尤其是大幅增加了密封艙的貨運能力（提升約20%），整體運力達到了7.4噸，對空間站的支持力度更大【2】。

二、穩(wěn)：多面手，絕對靠譜

對貨運飛船而言，光有運力不行，還得是個能穩(wěn)穩(wěn)滿足多種需求的“多面手”?？臻g站在運營期間的消耗是方方面面的，而天舟在設計伊始就充分考慮到各種細節(jié)。

由于微弱的空氣阻力等因素，大型空間站的軌道維持會消耗大量推進劑，天舟飛船攜帶了大量推進劑可進行在軌補加，變身為“太空加油車”。它還能在對接后啟動發(fā)動機，幫助整個空間站抬升軌道，變身為“太空拖車”。

航天員是空間站執(zhí)行科研任務的靈魂所在，甚至他們本身也是“科研載荷”，孕育了相應的航天醫(yī)學方向。人的存在，就意味著復雜的衣食住行與生命保障需求，這主要通過天舟飛船的密封艙完成。天舟六號就重點加強了密封艙的建設，強化補給能力。例如，天舟六號攜帶了70千克新鮮水果，是天舟五號所攜帶水果量的兩倍，全方位保障航天員“干飯人”的需求。

空間站入軌后，需要定期維護和更換重要部件，出艙活動等也要定期消耗出艙服和輔助設備，艙內艙外實驗平臺也需要實驗材料，它們都需要天舟飛船支持運輸。按照器件材料特點，有些必須放在密封艙，有些則可以“外掛”在非密封部分，內外搭配，從而最大化提升飛船運輸效率。

滿載貨物的天舟飛船，除此之外還有艙外部分和推進劑

（圖源：文獻【1】）

此外，天舟飛船延續(xù)了中國載人航天“0失敗”的輝煌，目前5發(fā)5中，又穩(wěn)又靠譜的多面手。

三、快：快速對接，太空“小時達”

太空飛行，受各種軌道動力學約束，大不同于地球上快遞小哥所面對的地面交通系統(tǒng)。因而，在太空中交會對接是個難度很大的事情：飛船要利用極小的窗口期發(fā)射，然后會進入橢圓軌道，再自身反復修正軌道，才能和空間站如期相遇。保守情況下，往往耗時兩天左右。

隨著天舟飛船的迭代發(fā)展，飛船軌道控制能力提升、定軌和導航精度提高、控制制導策略不斷優(yōu)化，對接時間也在不斷縮減。例如，天舟一號耗時兩天才對接，天舟五號僅需兩小時就完成了對接！這是新的世界紀錄，也是貨運飛船在同時滿足工作要求和確保成功率條件下的最小理論時間：在入軌一圈后即完成對接。

天舟對接并服務于整個空間站的效果圖

（圖源：國家航天局）

因而，執(zhí)行天地運輸任務的天舟飛船，實現(xiàn)了城市內“小時達”的運輸效率?？梢阅X補下這樣一個場景：航天員早上九點看到訂單送出，十一點就能收到，還不耽誤中午吃飯。

四、便宜：性價比超高的運輸方案

天舟飛船“多、穩(wěn)、快”的直接好處就是在同等運力要求下使用的頻率可大幅降低。例如，國際空間站每年需進行約8次貨運飛船補給任務，而以天舟六號為代表的新一批貨運飛船，每兩年僅需3次任務就可滿足天宮空間站的運營需求?！?比1.5”，天舟在性價比方面有明顯優(yōu)勢。

發(fā)射次數(shù)降低，意味著對發(fā)射場資源的占用減少，貨運飛船測試和維護團隊的寶貴時間也被節(jié)約出來，昂貴的運載火箭成本大幅降低，航天員用于交會對接和飛船分離等節(jié)點的工作安排也被解放。此外，舟飛船的發(fā)射和交會對接過程，可利用我國的數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)實現(xiàn)測控和制導，大幅節(jié)約了相應成本。且在關鍵技術（如超快速對接）突破后，飛船可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)，單個的造價因而大幅降低。

所以，天舟飛船的強大能力，能為我國的航天事業(yè)節(jié)約不少經(jīng)費，這些經(jīng)費可以用于其他關鍵技術的攻關。更好的技術，換來更多的產(chǎn)出、卻是更低的成本，天舟就是個極好的例子。

在任務的最后階段，天舟會竭盡全力為空間站做最后一次軌道維持，盡力提高它的軌道以對抗空氣阻力的影響。隨后滿載空間站產(chǎn)生的垃圾，離開空間站，為后續(xù)的飛船讓出對接位置。在最后的時刻，受控沖入地球大氣層，劇烈的沖擊和熱量會讓它變成耀眼的流星。為預防可能的燃燒殘余帶來的影響，它一般會瞄準太平洋南部的巨大“航天器墓地”，結束自己輝煌的一生。

作者：太空精釀（青年航天學者）

參考文獻：

【1】Lei Jianyu Jia Dongyong Bai Mingsheng Feng Yong Li Xingqian . Research and Development of the Tianzhou Cargo Spacecraft. Space Sci Technol. 2023:3;0006. DOI:10.34133/space.0006.

【2】拉貨更多、貨物上新 天舟六號貨運飛船將于五月上中旬發(fā)射，光明網(wǎng)。

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