本報記者 劉蘇雅

　　昨天10時03分，搭載天舟五號貨運飛船的長征七號遙六運載火箭在我國文昌航天發射場準時點火，發射任務取得圓滿成功。入軌后，天舟五號順利完成狀態設置，僅用約2小時，于當日12時10分采取自主快速交會對接模式成功對接于空間站天和核心艙后向端口，中國航天員首次在空間站迎來貨運飛船。

　　天舟五號首次實現了2小時自主快速交會對接，創造了世界最快交會對接紀錄。這一技術突破對于提升我國空間交會對接水平、提升空間站任務應急物資補給能力具有重要意義。

航天科技集團五院供圖

　　11月12日10時03分，搭載著天舟五號貨運飛船的長征七號遙六運載火箭在我國文昌航天發射場準時點火發射。新華社記者 蒲曉旭攝

　　“貨運專列”升級為“太空高鐵”

　　從火箭升空到與空間站完成交會對接，天舟五號貨運飛船僅用約2個小時，打破了此前俄羅斯聯盟號飛船MS-17保持的3小時3分鐘交會對接最短用時紀錄，創下了世界航天器最快交會對接紀錄。

　　“快”是天舟系列貨運飛船的顯著特點，也是核心難點。此前，我國天舟系列貨運飛船采用6.5小時快速交會對接技術，天舟五號則在此基礎上再進一步。天舟五號貨運飛船制導導航與控制系統副主任設計師胡海霞介紹，本次任務優化了交會對接的控制制導策略，將遠距離導引過程由多圈次壓縮為不到一圈，將多次變軌壓縮為兩次綜合機動，使該部分用時由4個多小時減少到約1小時。在近距離自主控制段，則減少了多個用以確認飛船狀態的停泊點，“就像動車組減少了經停車站，讓貨運飛船與空間站組合體更快接近，從原本的2小時縮短到40分鐘左右”。

　　2小時快速交會對接技術大大縮短了天地運輸時長，使運輸特殊鮮活試驗品成為可能。本次任務中，天舟五號就搭載了一定量的新鮮水果，在裝船時特別進行了保鮮處理，以更好地滿足航天員營養需求。同時，該技術還能極大地增強太空緊急救援能力，如果將這項技術應用于神舟載人飛船，將大大減少航天員赴空間站的飛行時間，讓航天員能夠盡快進入空間站。

　　“嚴格來說，2小時交會對接并不是我們為天舟五號增加的新功能，之前的天舟系列貨運飛船也有該功能，只是因為該模式對飛船飛行狀態要求較高，所以未曾在軌實施。”航天科技集團五院502所交會對接首席專家解永春表示，天舟五號實現了從“貨運專列”到“太空高鐵”的升級，未來的天舟貨運飛船可以根據火箭入軌情況，自主選擇不同時長的交會對接模式。從6.5小時到2小時，標志著我國自主定軌技術精度更高，姿態軌道控制精度更高，綜合制導技術水平更高，飛控流程更加優化，交會對接模式更加多樣化、功能更加豐富、適應能力更強。

　　“掃一掃”就能查詢物資信息

　　此次任務是中國空間站在有人駐留的情況下進行的首次貨運飛船交會對接。與以往貨運飛船不同，天舟五號的對接目標是達80噸量級的空間站組合體。

　　為了進一步提高近距離交會對接過程的可靠性，天舟五號具備故障情況下手控遙操作交會對接任務備份能力。當飛船靠近并貼緊空間站時，航天員會同步在“天宮”之中密切關注飛船的各個動作和各項參數。此次任務的成功，也充分證明了貨運飛船對接機構對大噸位目標的適應性。

　　飛船完成交會對接“停穩”后，航天員將很快進入其中，拿到來自地面的“家鄉貨”。貨物雖多，但物資管理系統中登記著每項物資的全面信息，航天員只需“掃一掃”，就能查詢到物資的位置及各項信息。

　　未來，天舟貨運飛船將會持續“進化”。天舟貨運飛船總設計師白明生透露，天舟六號等后續貨運飛船將進行系統升級，貨物艙將進行較大改進，大幅增強密封艙的貨物運輸能力，使其一次性攜帶更多物資入軌。

　　貨運飛船具備太空實驗支持能力

　　天舟五號除了為航天員送去“快遞”外，還將承擔起實驗支持的職責，其搭載的實驗載荷將在空間失重環境下開展科學實驗，驗證前沿航天關鍵技術。

　　中科院空間應用工程與技術中心介紹，天舟五號上行了空間站艙內外科學實驗載荷、實驗單元及樣品、支持類設備、備品備件等應用物資。其中，空間冷原子干涉儀將基于高微重力科學實驗柜，開展空間冷原子干涉等效原理驗證實驗；細胞實驗單元上行生保支持裝置守護細胞實驗樣品安全到達，未來將基于生物技術實驗柜開展人骨髓間充質干細胞骨向誘導分化實驗及小鼠成肌細胞自噬誘導分化實驗；變重力沸騰實驗裝置、變重力顆粒振動實驗裝置則將基于變重力科學實驗柜開展相應研究。此外，本次任務上行的艙外材料暴露試驗裝置將開展微重力和空間輻射環境對有機形狀記憶合金、潤滑材料、輕質抗輻射金屬材料以及月壤水泥等特殊材料的組織結構和性能影響研究。

　　燃料電池發電系統載荷也是其中的重要部分，后續計劃開展我國首次燃料電池空間在軌試驗。我們為何要研究空間應用燃料電池？航天科技集團五院529廠科研人員介紹，月球上的一天大約相當于地球上的一個月，未來開展的載人探月任務，將面臨月夜長時間無太陽光照等嚴苛環境。采用傳統儲能發電系統會導致重量大幅增加，無法滿足任務需要。而基于燃料電池的再生能源系統是目前最輕的高能可充電池比能量的數倍，從未來載人航天任務的適應性來看，燃料電池反應消耗氫氣和氧氣生成水，還可以與推進、熱控、環控等分系統一體化設計，提高資源利用效率。燃料電池空間在軌試驗將驗證燃料電池在空間環境下的運行特性規律，掌握微重力等條件對燃料電池運行條件下的參數特性影響規律，為后續宇航燃料電池應用設計提供理論指導和數據支撐，支持我國載人探月任務的推進。

　　此外，天舟五號還搭載了“澳門學生科普衛星一號”。不久后，這顆衛星將通過夢天實驗艙搭載的微小衛星在軌釋放機構放飛。開展航天育種實驗的1千克植物種子也同時飛天，后續它們將通過載人飛船返回地面，經過地面培育后投入市場。

　　天舟五號運輸能力最大最全面

天舟五號研制現場。 航天科技集團五院供圖

　　作為空間站的地面后勤補給航天器，天舟貨運飛船采用型譜化方案，設計了滿足不同貨物運輸需求的全密封、半密封、全開放3個貨物艙模塊。天舟五號為全密封貨運飛船，是世界現役貨物運輸能力最大、在軌支持能力最全面的貨運飛船。其裝載了航天員系統、空間站系統、空間應用領域的貨物共計約5.3噸，并攜帶補加推進劑約1.4噸，上行物資總重約6.7噸，將為神舟十五號乘組3人6個月在軌駐留、空間站組裝建造和空間應用領域提供物資保障。

　　為了保證發射順利，貨運飛船的質心控制精度要達到毫米級。航天科技集團七院抓總研制的貨運保障分系統為整船貨物作了裝載布局配平設計，既符合質心控制要求，又滿足每一件貨物的抗力學環境以及航天員人機工效學要求。

　　在運送物資的同時，天舟五號還充分利用貨運飛船的運力資源，搭載多項試驗載荷，支持開展空間科學與技術試驗，具備承擔空間站姿態軌道控制、并網供電以及空間站遙測、數據傳輸支持等能力，實現更高的綜合效益。

　　僅用6年 西昌衛星發射中心完成100次發射

　　天舟五號發射任務是西昌衛星發射中心第200次發射任務，至此，西昌衛星發射中心成為我國首個完成200次發射的航天發射中心，創造了中國航天史上新的紀錄。

　　1984年4月8日傍晚，搭載東方紅二號試驗通信衛星的長征三號火箭發射升空，這是西昌衛星發射中心建成后的首次發射。從執行首次發射任務到第100次，西昌衛星發射中心用了32年；從第101次到第200次，僅用了6年時間，這體現了航天測試發射能力的大幅躍升。

　　2009年，中國西昌衛星發射中心文昌航天發射場正式開工。近年來，文昌航天發射場迎來了高密度發射期，特別是2020年5月5日長征五號B火箭首飛至今的兩年多時間，連續實施13次重大任務發射，將天問一號、嫦娥五號、中國空間站多個艙段等“國字號”航天器順利送入太空。

　　近年來，文昌航天發射場年發射能力從年均3至4發提升至6至8發，發射火箭型號從2型拓展到6型，極大縮短了火箭測試發射周期，形成了新一代大推力運載火箭高密度發射能力，實現我國近地軌道運載能力從10噸到25噸、地球同步軌道運載能力從5.5噸到14噸的巨大飛躍，大幅提升了我國進入太空的能力。

　　后續，西昌衛星發射中心還將重點圍繞新一代載人火箭發射工位、重型火箭發射工位等拓展建設內容，同步開展配套軟硬實力體系建設，為中國航天的巡天望遠鏡、載人登月、深空探測、行星探測、空間站建設應用與發展、低軌互聯網星座等提供強有力支撐。

　　10項技術改進 長七火箭“投”出漂亮“空心球”

　　天舟系列貨運飛船到達預定軌道后，其軌道周期大約是5400秒，而長征七號運載火箭入軌精度偏差不能超過4秒，這是我國現役運載火箭中最高的入軌精度，也是對天舟五號貨運飛船實現2小時自主快速交會對接的極大助力。

　　對此，長七火箭主管彈道設計師張博戎用投籃來比喻：“以前是精準的投籃入筐，現在我們不但要投籃，還要投一個漂亮的空心球。”為了實現高精度入軌，長七火箭采用了高精度激光陀螺和光纖陀螺慣性測量組合的設計方法。在飛行過程中，控制系統能夠快速為火箭規劃出最佳飛行路線，迭代制導技術則可幫助火箭提前預見偏差，實時修正，保證入軌精度。

　　該型火箭是我國新一代運載火箭，低溫模塊多，射前流程復雜。為了保證天舟飛船與空間站順利“牽手”，火箭必須按預定時間分秒不差點火升空，即“零窗口”發射。通過自動獲取起飛時間，進行入軌目標參數在線迭代修正，該箭發射窗口拓展至2分鐘左右的“窄窗口”，并具備全天候發射能力，可以在低溫燃料加注后停放24小時，為成功發射爭取更多有利時間。

　　自2017年執行天舟一號貨運飛船發射任務起，長七火箭與天舟系列貨運飛船配合已十分默契，火箭總體技術狀態也逐漸趨于穩定，飛行可靠性評估值達0.9838這一國際先進水平，測發周期從最初的42天逐步縮減到27天。長七火箭總體主任設計師邵業濤介紹，本發火箭進行了10項技術改進，同時逐步推進箭上元器件國產化替代、發動機可靠性增長設計等，進一步提高火箭可靠性。

　　隨著空間站轉入長期在軌運營階段，未來幾年，長七火箭將保持每年2次的發射頻率，為空間站天地物資運輸提供保障。此外，長七火箭近地軌道運載能力達14噸，搭載遠征上面級可實現太陽同步軌道9.5噸的運載能力，既可以發射天舟貨運飛船，也可以發送其它衛星載荷，后續可在中低軌衛星發射中發揮更廣泛的作用。

　　電力智能管理確保“能源自由”

　　面對空間站“T”字基本構型下更復雜的遮擋關系，以及首次2小時自主快速交會對接的任務需求，天舟五號飛船如何進行穩定的能源供應？航天科技集團八院811所研制人員承擔起飛船電源分系統的研制任務。

　　在交會對接過程中，為了減少貨運飛船變軌對太陽帆板的影響，需要將太陽帆板長時間置于垂直歸零和停控等狀態。在無法跟蹤太陽的情況下，太陽帆板發電能力將會下降，此時飛船大部分的電量需要鋰離子蓄電池來提供。特別是在2小時自主快速交會對接期間，鋰離子蓄電池的放電深度將達到此前的2至3倍，研制人員通過深度放電聯試、單體電池深度放電等多個試驗，確保對接過程中整船的穩定供電。

　　空間站“T”字基本構型在軌組裝完成后，天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙的龐大柔性太陽翼完全舒展開來，讓空間站組合體實現了“能源自由”，但也給位于后向對接口的天舟五號帶來了復雜的遮擋情況。

　　此時，鋰離子蓄電池繼續發揮作用。811所貨運飛船副主任設計師朱超介紹，研制人員通過反復實驗優化，解決了復雜遮擋情況下電池欠充或過充的問題，提高貨運飛船的可靠性和安全性。當太陽入射角增大時，遮擋會更加嚴重，此時貨船會向空間站尋求“支援”，通過空間站電力的智能化管理，從原本的“供電方”變為“用電方。”