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图①：天舟二号模拟图 。
中国航天科技集团五院供图
图②：长征七号运载火箭正在转场 。
中国航天科技集团一院供图
5月29日20时55分 ， 在经历了推迟发射的波折后 ， 长征七号遥三运载火箭从位于海南的文昌航天发射场准时点火升空 ， 将天舟二号货运飞船准确送入预定轨道 ， 发射取得圆满成功 。 5月30日5时01分 ， 天舟二号货运飞船与空间站天和核心舱在近地轨道精准实现自主快速交会对接后稳稳停靠 ， 天和核心舱迎来第一位“访客” 。
连续两次推迟发射 ， 长征七号火箭成功排故后将货运飞船送入太空
此次负责将天舟二号货运飞船托举上天的 ， 是天舟货运飞船的“老搭档”——长征七号火箭 ， 这是一款专门为了满足中国空间站工程发射货运飞船需求而研制的新一代中型运载火箭 。
此次“太空快递”的送达 ， 可谓一波三折 。 5月20日凌晨 ， 原本计划在文昌航天发射场发射天舟二号货运飞船 ， 中国载人航天工程办公室临时发布消息：因技术原因推迟实施 ， 发射时间另行确定 。 火箭团队迅速组织问题排查 ， 有序推进故障分析 。
据中国航天科技集团一院院长王小军介绍 ， 火箭连续2次推迟发射 ， 3次准备发射 ， 其间经历了推进剂全卸出——能够取得最终的发射胜利 ， 是研制队伍用艰苦卓绝的工作换来的 。 航天人在工作中坚持“严、慎、细、实” ， 是为胜利而战 ， 为使命而战 ， 为荣誉而战 。
此次长征七号火箭发射意义重大 。 按空间站在轨建造任务规划 ， 今明两年我国共实施11次飞行任务 ， 包括3次空间站舱段发射 ， 4次货运飞船发射及4次载人飞船发射 。 用中国航天科技集团一院长征七号运载火箭主任设计师徐利杰的话说 ， “2年11次任务 ， 环环相扣 ， 就像接力赛跑 ， 每发任务的成败都关乎中国空间站建造计划能否顺利实施 。 ”
此次发射距离长征七号遥二运载火箭发射已过4年 ， 其间开展了大量的优化改进设计 ， 使长征七号遥三运载火箭更加可靠、智能、经济 。 作为一款全数字化控制火箭 ， 长征七号遥三运载火箭既能在8级大风中转场 ， 也能在雨中发射 ， 恶劣天气条件下依然可以确保送载荷精准入轨 。 除了空间站建造阶段2年4次发射任务之外 ， 后续进入空间站运营阶段后 ， 长征七号运载火箭也将保持每年2次发射的频率 。
5月29日晚 ， 在文昌航天发射场成功完成货运飞船发射任务后 ， 远望6号船、西安卫星测控中心、北京航天飞行控制中心、北京空间信息传输中心等组成的航天测控系统 ， 合力完成货运飞船的发射、入轨和交会对接的测控任务 ， 一路护航天舟二号货运飞船奔赴天和核心舱 ， 为后续任务打下了坚实基础 。
天舟二号货运飞船负责向空间站运输物资、补给燃料并带走废弃物
天舟二号货运飞船携带了航天员生活物资、舱外航天服及空间站平台设备、应用载荷和推进剂等 ， 与天和核心舱完成交会对接后 ， 转入组合体飞行阶段 ， 将按计划开展推进剂补加和空间应用项目设备测试等工作 。
据介绍 ， 与神舟载人飞船不同 ， 天舟货运飞船只运货不送人 。 4年前 ， 天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室成功交会对接并完成推进剂在轨补加试验 。 作为中国空间站工程的重要组成部分 ， 天舟二号货运飞船是首个与我国空间站核心舱进行对接的航天器 ， 负责向空间站运输物资、补给燃料并带走废弃物 。
天舟二号货运飞船由全密封货物舱和推进舱两舱组成 ， 采用型谱化、模块化设计思想开展平台构型和布局设计 。 总长10.6米 ， 发射重量13.5吨 ， 上行物资总重高达6.8吨 ， 在轨寿命不小于1年 ， 供电能力不小于2700瓦 。
据中国航天科技集团五院天舟二号货运飞船总指挥冯永介绍 ， 天舟二号货运飞船携带了3人3个月航天员消耗品、舱外航天服及平台物资 ， 以方便航天员在太空的衣、食、住、行和工作开展 。 除了生活物资 ， 货运飞船还带了推进剂 ， 将在对接期间为核心舱进行燃料加注与姿态控制 。 天舟二号货运飞船还带了实验设备、实验资料等 ， 等到神舟十二号载人飞船将航天员送至天和核心舱 ， 再由航天员在轨取出这些实验物资并安装 。
天舟货运飞船总体性能达到国际先进水平 ， 在设计上充分体现了中国特色 。 据中国航天科技集团五院天舟二号货运飞船总设计师白明生介绍：“团队对于天舟二号货运飞船的设计原则 ， 包括要严格控制平台自身重量 ， 最大程度提高货物运输能力 ， 还要充分整合平台资源 ， 满足空间站推进剂在轨补加、航天员驻留资源补给以及设备维修维护更换等不同种类货物运送需求 。 ”
【核心|“太空快递” 稳稳送达】天舟二号和天舟一号货运飞船在构型上基本一致 ， 但也有着自己的鲜明特色 。
跟高大的空间站核心舱相比 ， 天舟二号货运飞船的“身材”可谓是短小精悍 。 上行物资包括了160余件大大小小的货包以及2吨推进剂 ， 占了整个货船重量的一半以上 ， 载货比超过50% 。 这里面有两件重要“宝贝”——两套航天员舱外服 ， 每件重100多公斤 ， 是航天员抵达核心舱后执行舱外任务的必备物资 。 此外 ， 还有“太空按摩仪”和“太空冰箱”等有特色的物件随货船升空 。 其中 ， 中国航天科工集团所属航天三江红峰公司研制的“太空按摩仪”主要用于对航天员进行电脉冲刺激 ， 协助航天员进行肌肉疲劳恢复和肌肉力量训练 ， 防止长期飞行造成的肌肉萎缩 。 中国航天科工集团三院306所特制的隔热保温的“太空冰箱” ， 则可以帮助保护货运飞船里关键的医疗检测和保障物资 。
天舟二号货运飞船还实现了智能便捷的设计 。 天舟二号作为储藏室 ， 既要保障航天员日常生活、工作物资随取随用 ， 还要收纳废弃物 ， 最终离轨坠入大气层烧毁 。 舱内货物装载空间高达18立方米 ， 为了实现布局合理、重量均衡 ， 方便航天员上天后取用货物 ， 货船舱内结构进行了特殊的设计 ， 摆放规律 ， 并利用蜂窝板形成一个个货格 ， 每个货格都可以装载多个规格的货包 。 这样的货包能很好地匹配内部承载的货物 ， 还能像积木一样组合放置在货格内 。 为方便航天员快速查找和取用物资 ， 货船系统还配置了一套信息管理系统 ， 为货物打上标签 ， 航天员能通过专用设备对一定范围内货物进行识别和定位 。
据专家介绍 ， 后续 ， 天舟二号货运飞船后向对接、神舟十二号载人飞船前向对接空间站核心舱 ， 将完成中国空间站首个“一”字构型 。
中国“太空港”迎来第一艘飞船停靠
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 ， 精准对接于天和核心舱后向端口 ， 天舟二号货运飞船成为首个停靠空间站核心舱的航天器 。
空间交会对接是载人航天活动的基本技术之一 ， 是实现空间站和空间运输系统的装配、回收、补给、维修、航天员交换及营救等在轨服务的先决条件 。
据中国航天科技集团五院天舟二号货运飞船副总设计师党蓉介绍 ， 以往飞船的交会对接从发射到具备交会对接条件需要2—3天时间 ， 过程中还需要大量人工参与 。 此次天舟二号货运飞船与天和核心舱对接采用的是快速交会对接技术 ， 其最大的特点就是“快” ， 整个过程历时约8个小时 ， 且无需地面干预 ， 就像无人驾驶汽车一样 。
快速交会对接技术之所以重要 ， 在于将来不仅能缩短航天员在飞船狭小空间中滞留的时间、减少航天员不必要的体力与精力付出 ， 同时也可以保证一些“时鲜货（比如生物制剂等）”尽快送达空间站 。 在安全方面 ， 一旦空间站等航天器突遇紧急情况 ， 快速交会对接可以迅速反应 ， 向空间站提供各种急需的物资或救助被困的航天员 。
与天舟一号时的快速交会对接相比 ， 天舟二号的技术更进一步 。 中国航天科技集团五院的科研人员为飞船增加了“全相位自主交会对接方案” 。 无论目标飞行器在入轨时和空间站的相对位置是1/4圈、半圈乃至整圈 ， 天舟二号货运飞船都能以最快速度或者在规定时间点到达 。 天舟一号任务时 ， 需要人工辅助把飞船送到距离天宫二号一定的位置 ， 然后由飞船自主去对接 。 这次天舟二号增加了远距离自主导引 ， 飞船能够利用北斗导航来实现远距离的全自主导航计算及制导与控制 。 也就是说 ， 以后天舟飞船对空间站的“造访”过程中 ， 人只负责监视 ， 整个飞行和交会对接的过程是全自主的 。
当然 ， 当货运飞船需要手控交会对接的时候 ， 坐在空间站内的航天员还能通过手控遥操作 ， 驾驶货运飞船完成与空间站的交会对接或撤离 。
为了精准对接 ， 由中国航天科工集团二院25所研制 ， 安装在天舟二号货运飞船上的微波雷达作为关键测量敏感器 ， 能在交会对接过程中输出高精度测距、测速及测角信息 ， 为空间站建设中的交会对接任务提供有力支撑 。 为了缓冲大吨位航天器对接过程中产生的撞击能量 ， 中国航天科技集团八院研制出了对接机构分系统 ， 创新性地研发了可控阻尼器 ， 在船—舱间建立起高可靠的刚性连接 ， 让天舟二号货运飞船的主动对接机构与核心舱的被动对接机构“温柔”地交会对接 。
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