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低轨道|发货到签收仅8小时，天舟二号这样送“快递”

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5月29日 ， 天舟二号货运飞船在海南文昌发射场成功发射 。 8小时后 ， 天舟二号与天和核心舱完成对接 ， “快递包裹”顺利抵达目的地 。 作为货运飞船的天舟二号此次挑起“太空快递员”的重任 ， 主要任务是为空间站提供补给 ， 给航天员日后在太空的生活与工作提供保障 。
遥遥天河 ， 天舟二号如何将太空“包裹”安全送达？
远不止带货这么简单
根据计划 ， 中国将于今年6月发射神舟十二号载人飞船 ， 3名航天员届时将乘坐飞船前往天和核心舱 ， 并在那工作、生活3个月 。 为了满足航天员日常生活所需 ， 天舟二号提前出发 ， 满载着货物奔向天和核心舱 。
天舟二号的神秘“包裹”里装了啥？首先是食物补给 ， 太空餐桌上的美食“花样”不少 ， 鱼香肉丝、宫保鸡丁等特色菜肴供应充足 。 航天员进行太空行走必备的舱外航天服 ， 天舟二号也贴心送到 。 这些舱外航天服重量达100多公斤 ， 共有6层 ， 具有防辐射、防高低温、压力调整等作用 ， 还具备生命保障系统 。
“包裹”里的货物 ， 远不止航天员日常所需物品 ， 天舟二号的使命也不仅限于此 。
“空间站在地球低轨道运行 ， 会受到残存大气阻力的影响而逐渐降低轨道高度 。 所以 ， 在空间站轨道降低到一定高度时 ， 就必须提升它的轨道高度 ， 这就需要加注燃料 。 此次天舟二号携带了3吨推进剂 ， 它们将在空间站的轨道维持方面发挥重要作用 。 ”全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩说 。
此外 ， 空间站建成后 ， 平台设施的搭建安装等所需材料都要基于货运飞船的运输 。 “货物卸载后 ， 货运飞船也可以用作空间站的附加活动室 ， 开展空间科学实验 ， 有的国家航天员甚至在里面休息 。 ”庞之浩说 ， 可见在今后 ， 货运飞船的用途将会越来越广 。
载荷比世界第一
5月末发射货运飞船 ， 6月份发射载人飞船 ， 两次发射时间间隔非常之近 ， 为什么货物和航天员要分开运送？两次发射任务合二为一 ， 岂不是更加方便且节约成本吗？
“实践证明 ， 这种人货分开的运输方式 ， 既能增加货物的运载量 ， 又能降低成本 ， 还很安全 。 ”庞之浩说 。
早在上世纪70年代 ， 苏联就开始建造空间站 。 但是 ， 当空间站建成运行后 ， 空间站的燃料及航天员的能量补给严重不足 ， 苏联便尝试使用人货混装的载人飞船解决此问题 。 但这种载人飞船每次只能为空间站运送几百千克的货物 ， 效率非常低下 ， 成本也极高 。 无奈之下 ， 航天专家尝试将“联盟号”载人飞船改造成“进步一号”货运飞船 ， 直接向空间站运送货物 ， 效果反而出人意料地好 。
从此 ， 不少国家积极发展货运飞船 ， 也正因为这些“专职”的货运飞船 ， 空间站在轨长期载人航天的需求被大大满足 ， 人类在太空驻留的时间才得以不断刷新 。
这次天舟二号严格控制平台自身重量 ， 最大程度提高货物运输能力——发射重量13.5吨 ， 运货能力则达到6.9吨 ， 超过了飞船自重 。 “要知道 ， 每次我国发射‘神舟’载人飞船满载3人时 ， 只能携带约300千克货物 。 ”庞之浩说 。 而此次天舟二号货运飞船以最小的结构重量达到最大的装货能力 ， 载荷比达到了51% ， 这项重要指标位居世界第一 。
8小时就可安全运抵
【低轨道|发货到签收仅8小时，天舟二号这样送“快递”】从地面“发货”到太空顺利“签收” ， 仅耗时约8小时 ， 天舟二号凭借快速交会对接技术完成了这一壮举 。
采用标准模式交会对接 ， 从货运飞船进入轨道 ， 再到追上空间站完成对接 ， 整个过程大概需要绕地球飞行30多圈 ， 运行两天多的时间 。 而采用快速交会对接模式只需要绕地球运行4圈 ， 大大减少了耗时 。 如此一来 ， 载人飞船的快速救援、空间站的应急维修、资源的供给调动都会更加灵活、及时 。 掌握这项技术的目前只有俄罗斯和中国 。
为了实现快速交会对接 ， 研制团队突破了诸多技术 。 原本 ， 航天器远距离导引段需要地面干预 ， 如今这项工作完全交由航天器的星上计算机自主运行 。
发射和对接过程中会产生强烈的震动和撞击 ， 这将给运输物资中的精密仪器带来不小伤害 。 如何保护这些娇贵的精密仪器 ， 让他们顺利完成太空任务？这就需要采用“软包装”来实现精密仪器的装载、运送 。
为此 ， 研制团队创新性地提出了可控阻尼的控制思路 。 “这种包装与传统的硬连接不同 ， 它包裹在泡沫或气囊袋里面 ， 再一起固定在货架上 ， 能为装载对象提供一个柔软、高阻尼的分布式系统支撑 ， 从而起到良好的隔离减震效果 。 ”庞之浩表示 。
据了解 ， 我国将于今年9月、10月分别实施天舟三号和神舟十三号载人飞船任务 。 飞行乘组也将由3名航天员组成 ， 在轨驻留6个月 。 届时 ， 提前出发的天舟三号会做好保障工作 ， 迎接航天员的到来 。
文/季天宇 张晔

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