天舟一號,代號“TZ”,在中國文昌航天發射場于2017年4月20日發射,進入預定軌道,這次發射是天舟貨運飛船和長征七號運載火箭組成的空間站貨物運輸系統的首次飛行試驗。天舟一號是中國航天科技集團空間技術研究院自主研制的第一艘貨運飛船,是向天宮二號進行貨物運輸的地面后勤保障系統,也是中國載人航天工程“三步走”戰略計劃中“第二步”的收官之作。
2010年底,中國航天科技集團空間技術研究院啟動貨運飛船工程立項論證工作。2013年10月31日,中國航天科技集團空間技術研究院向公眾公布了它的命名:天舟,代號“TZ”。2014年8月底,天舟一號貨運飛船初樣研制完畢,天舟系列基本定型。2017年4月22日,天舟一號與天宮二號完成首次對接,成功完成首次推進劑在軌補加試驗,標志天舟一號飛行任務取得圓滿成功,突破和掌握推進劑在軌補加技術,填補了中國航天領域的空白,實現了空間推進領域的一次重大技術跨越,為中國空間站組裝建造和長期運營掃清了能源供給上的障礙,使中國成為世界上第三個獨立掌握這一關鍵技術的國家。2017年9月22日,天舟一號完成任務,進入大氣層燒毀,為中國空間實驗室任務的收官之戰畫上了完美句號。
天舟一號的任務包含了建造空間站需要突破和掌握的關鍵技術,是未來空間站運行的基礎。天舟一號飛行任務的成功標志著中國載人航天工程第二步勝利完成,也正式宣告中國航天邁進“空間站時代”,對于實現不懈追求的航天夢具有十分深遠的意義。
發展歷程
立項命名
2010年底,啟動中國貨運飛船工程立項論證工作。中國航天科技集團空間技術研究院(五院)遞交了精心準備的一套飛船研制方案,參與競標。對于五院來說,他們并非零基礎:神舟飛船和天宮一號的研制歷程和豐富經驗,為貨運飛船的設計建造奠定了深厚的技術基礎。五院航天人接過了設計建造我國首艘貨運飛船這一重任。之后,貨運飛船總設計師白明生帶領他的團隊,對項目方案進行進一步研究論證。2011年1月27日,貨運飛船的立項論證結束,轉而進入方案研制階段。彼時,中國貨運飛船雛形已顯現:全長9米以上、最大直徑3.35米、質量13噸、最大上行貨物運載量達到6.5噸。2011年4月25日,中國貨運飛船名稱征集活動正式啟動。不到2個月的時間里,組委會收到9640份提名:天梭、鯤鵬、天舟、神龍、龍舟。這艘備受關注的貨運飛船,終于在2013年10月31日向公眾公布了它的命名:天舟,代號“TZ”。
初樣研制
從方案到初樣,是從設計圖紙到試驗車間的轉換。這個過程曲折艱難,更是對廣大科技人員的磨礪。對照方案和需求,航天科技人員將一個個單機產品設計定型,再產出樣品。一件樣品要經歷成百上千次測試,放在真空、原子氧、光輻照等各類復雜環境下“捶打”檢驗。在力學試驗中,中國航天科技集團空間技術研究院模擬海上、陸地運輸過程中的環境和長征七號運載火箭發射過程中的振動、噪聲,檢驗產品的承載抗沖擊能力;熱試驗中,中國航天科技集團空間技術研究院充分預估飛行姿態在飛行中冷背景、太陽輻照、地球紅外輻射等環節對產品的影響,不斷調整產品熱控功能。然而,單機產品階段,只是初樣研制階段的基礎工程。從單機到分系統,到整體系統,再到與火箭、測控、通信等各大系統的耦合,并不是簡單的產品逐級組合過程。試驗階段,是型號研制中最為重要的工作,這個過程漫長而單調,要耗費大量人力物力。然而不斷地重復、不斷地提高標準,甚至不斷地自我否定,只為能讓產品經百煉而無恙。為了滿足今后各類的貨物運輸需求,天舟系列貨運飛船的設計按照模塊化思路搭建平臺型譜,可構成“全密封”“半開放”和“全開放”貨運飛船。天舟團隊研制了另一艘半開放狀態的貨運飛船。2014年8月底,貨運飛船初樣研制完畢,天舟系列基本定型。
投產總裝
初樣轉正樣,是產品由試驗測試到工程應用階段的升級。貨運飛船產品初樣要歷經幾十位專家的評審、推敲,甚至質疑,各類性能、狀態得到肯定和認可后,產品才能進入投產階段。2014年9月,天舟貨運飛船進入正樣研制。正樣投產的只有一艘全封閉狀態貨運飛船,任務定位即為中國空間貨物運輸系統的首次飛行試驗。在投產的初期,在原本規定的與天宮二號交會對接、推進劑在軌補加等任務外,又增加了搭載數項載荷,實施在軌載荷試驗的任務。無疑,這對研制團隊來說,是一個并不輕的擔子。正樣投產期間,工作的核心是對產品質量的檢測。研制團隊嚴格把控標準,完成了正樣試驗和測試。力學試驗、熱試驗、電磁試驗,重復過無數次的試驗在綜合驗證平臺上再次重復。2015年4月,正樣投產結束,天舟一號貨運飛船的結構、管路、內飾基本完成,我國首艘貨運飛船已現雛形。進入總裝階段,工作人員將各個單機設備一一裝入艙內,連接好電纜。數百根電纜、上千個接插件,保證無一差錯。由單艙到整艙,再到貨物艙與推進艙的對接,管路檢測、艙體檢漏、火工品測試。在產品生產的最后階段,工作人員格外謹慎細致,對產品精益求精,甚至連一個旋鈕的設計安裝都充分考慮到航天員的感受。2017年1月,在經歷又一番嚴苛的出廠評審后,天舟一號貨運飛船終于拿到了產品合格證。
踏上征程
2017年2月5日,歷經6年艱苦研制的天舟一號貨運飛船從天津市出發,乘船前往海南文昌。3月30日,天舟一號完成總裝。4月5日,天舟一號完成推進劑加注。4月9日,天舟一號完成吊裝,與長征七號遙二運載火箭形成組合體。2017年4月17日,天舟一號與長征七號遙二運載火箭組合體轉運至發射區,并完成總裝測試等技術區各項工作。2017年4月18日,天舟一號舉行最后一次全區合練工作。2017年4月20日19時41分,長征七號遙二運載火箭發射升空。
主要任務
運輸物資及設備
天舟一號的主要任務是為天宮二號運輸貨物。在這些貨物中,除了維持天宮二號運行的各種補給外,還有大量太空實驗設備和載荷。給空間站補給推進劑、設備等必備物品。空間站長期運行,設備損壞需要更換及升級,使得空間站可以長期飛行。給空間站的航天員補給生活用品保障物資,如食品、空氣、水、航天員要看的書等。為空間站運送科研設備,臨時實驗及休息室。
在軌推進劑補加
在天舟一號之前,掌握了在軌推進劑補加技術的國家只有俄羅斯和美國,其中,實現在軌加注應用的只有俄羅斯。1978年,蘇聯“禮炮六號”空間站首次實現了在軌加注。目前,歐洲航天局、加拿大、日本等也在此方面進行著積極的研究探索,國際上在該領域的比拼從未停歇。就像汽車需要加油,未來空間站長期在軌也需要“加油”,這項任務就由天舟系列貨運飛船來完成。在天舟一號飛行任務中,天舟一號與目前正在軌飛行的我國首個空間實驗室——天宮二號將實施我國首次推進劑在軌補加,計劃開展多次推進劑補加試驗,突破和掌握推進劑補加技術,為我國空間站組裝建造和長期運營掃清能源供給問題上的最后障礙。
快速交會對接
在天舟一號之前,中國掌握的交會對接技術需要耗時2天左右,天舟一號將開展自主快速交會對接試驗,將交會對接的時間控制在6小時左右。快速交會對接的實現,有利于提高飛行器在軌飛行的可靠性,減少交會對接過程中包括軌道控制等在內產生的資源消耗,同時,更大程度保障飛行器,主要是未來空間站的安全,方便空間站突發事件應急處理。
科學試驗
天舟一號貨運飛船,它將開展微重力對細胞增殖和分化影響研究、兩相系統實驗平臺的關鍵技術研究、非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證、主動隔振關鍵技術驗證等4項科學實驗研究及技術驗證試驗。這些任務都著眼未來,或為未來航天事業發展驗證更加高精尖的技術,或為未來太空駐留甚至星際移民做科學方面的準備。
微重力對細胞增殖和分化影響研究
微重力環境下胚胎干細胞培養實驗項目,主要研究太空微重力環境下小鼠胚胎干細胞的增殖、分化特征,同時與1G和模擬微重力效應條件下的同步實驗結果比對,全面了解微重力對胚胎干細胞增殖、分化的影響,同時探索(微)重力在胚胎干細胞增殖、分化過程中的作用及其機制。預期通過實驗,初步了解太空微重力對胚胎干細胞增殖、分化影響的作用情況,將為更好地實現胚胎干細胞的體外大量擴增,更好地利用多能干細胞分化潛能提供一種新思路,為多能干細胞在組織工程和再生醫學中的應用探索一種新途徑。微重力環境對肝干細胞增殖的影響研究,是在太空進行肝干細胞的三維培養,觀察太空中微重力環境對肝干細胞增殖的影響。以大鼠肝干細胞系為研究對象,將肝干細胞貼附在微載體表面,通過空間顯微攝影和圖片傳輸技術,觀察細胞形態、密度與綠色熒光蛋白的變化,監測太空微重力條件下肝干細胞的三維培養與增殖情況。與地面對照圖片作比較,以期初步揭示微重力影響肝干細胞增殖的作用機制,為今后建立肝干細胞擴增培養體系提供依據。
兩相系統實驗平臺關鍵技術研究
兩相系統實驗平臺關鍵技術研究是中國首次開展的空間冷凝與蒸發相變傳熱科學與熱控技術實驗研究。在一個高約半米、重達50多公斤的裝置內,安放著紅外觀測儀、高清相機以及測量溫度和熱流量的傳感器等,借助它們,科學家可實現對空間蒸發與冷凝過程的實時觀測,摸清微重力環境下蒸發冷凝相變傳熱的特殊規律,為豐富流體科學理論知識、研發出更高效更優質的太空熱設備奠定基礎。?
主動隔振關鍵技術驗證研究
主動隔振關鍵技術驗證研究是在軌進行六自由度磁懸浮主動隔振關鍵技術驗證,可以實現0.1Hz~100Hz范圍內0~40dB的主動隔振能力。該項目同時為“非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證”項目提供支持,保障在飛船平穩期達到10ug以下的微重力水平。未來空間磁懸浮主動隔振技術可為更多空間應用載荷服務,例如空間光學相機、激光通信等,助力它們達到更高的指標水平。同時,這一技術也可在航空光學吊艙、工業精密加工等方面發揮重要作用。
釋放立方星
2017年8月1日,天舟一號貨運飛船成功在軌釋放一顆立方星,隨即地面成功捕獲立方星。本次試驗是中國首次通過飛船系統采用在軌儲存方式釋放立方星,完成了非火工品裝置的分離解鎖技術、部署發射器與立方星間接口匹配技術以及部署發射器制造的材料和工藝保證技術驗證,為后續中國空間站開展微納衛星部署發射及在軌服務奠定了技術基礎。本次在軌釋放的立方星為標準3U結構,安裝在立方星在軌部署發射器內,于2017年4月20日隨天舟一號貨運飛船發射升空,在軌儲存104天,該星的主要任務是開展相關航天新技術試驗驗證。
基本結構
貨物艙
貨物艙為圓柱形,艙壁周圍為格狀結構的貨架,上面裝有天藍色把手,中間形成一個矩形過道。為了讓未來的“客戶”在艙內活動更安全、舒適,內部的地板采用了深色硬質結構,方便蹬踏,天花板為淺色。在貨物艙里,按照3人30天需求量配置的真實生活物資或質量模擬件、1套模擬艙外航天服、2個模擬氧瓶組件、2個模擬氮瓶組件、1個軟質水箱、1個硬質水箱等各種貨物,放在貨架上。天舟一號貨物艙還能在簡單改造后“變身”為全密封、半開放、全開放三種形態。全密封主要用于運輸航天員消耗品、密封艙內設備與試驗載荷;半密封除了可以運輸密封艙內貨物外,還可以滿足包括太陽電池翼等艙外物資的運輸需求;全開放貨運飛船主要用于大型艙外貨物的運輸。
推進艙
推進艙為中國貨運飛船提供電力能源、推進控制動力并裝載推進劑。
性能參數
參考資料
技術特點
相關系統
貨運系統
貨運系統是建成空間站需要突破和掌握的關鍵技術。“天舟一號”將使我國具備向在軌運行航天器補給物資、補加推進劑的能力。這一能力是確保未來中國空間站在軌長期載人飛行的基本前提。貨運飛船發射后將與空間實驗室或空間站進行自動交會對接,為空間實驗室或空間站自動補加推進劑以及空氣。而飲水、食物以及其他器物設備則需駐空間實驗室或空間站的航天員從貨運飛船上搬運到站內。同時,貨運飛船亦可充當空間站的“垃圾桶”,航天員取出貨運飛船升空攜帶的物品后,可將站內的廢棄物品搬運到貨運飛船上,關閉氣閘后,貨運飛船脫離空間站,返回地球時廢棄物連同貨運飛船在大氣層中燒毀。
天舟一號設計最大運貨能力達到6噸多,上行載貨性價比優于國際現役中國貨運飛船,快遞貨物經濟實惠。世界上最大運載能力超過5噸的現役的貨運飛船只有中國的天舟一號和日本的HTV,運載能力達到7噸的ATV貨運飛船目前已經沒有發射計劃。HTV最大運載能力6噸,但其總重量達到了16噸,超過了天舟一號貨運飛船。天舟一號是世界上現役運載能力最強的貨運飛船。
天舟一號攜帶6噸左右的貨物和推進劑,大大小小有100多個貨包。。天舟一號有6噸左右的貨物運輸能力。其中,搭載試驗載荷主要包括非牛頓引力實驗檢驗裝置、探測跟蹤技術驗證試驗裝置等10余項載荷。有關設備和物質主要包括,按照3人30天需求量配置的真實生活物資或質量模擬件、1套模擬艙外服、軟質水箱和硬質水箱各1個、氧瓶和氮瓶模擬組件各2個。具有超大容量的天舟一號運送了重達6.5噸的物資,這相當于整個飛船將近一半的重量都用來裝貨,達到了世界先進水平。
動力系統
太空加油和地面加油的不同之處在于,空間站上的動力系統是要靠高壓氣體擠壓燃料到發動機里去燃燒的,所以當航天器油料消耗得差不多了,油箱里面就充滿著氣體,因而是不能直接去加油的。必須依靠壓氣機技術把儲油箱里的中低壓氣體,打回到高壓儲氣瓶里去。
霍爾電推進系統
霍爾電推進系統以其推力小、精確調整、工作時間長的特性,“細水長流”地發揮作用,輔助空間站抵抗軌道衰減,維持在原定軌道上正常運轉,可有效節省核心艙自帶推進劑的消耗,保證推進劑的合理充分利用。
力學環境測量系統
力學環境測量系統不僅可以在天舟一號全飛行時段對傳統的振動、沖擊、噪音環境進行檢測,還可以在第一時間感知到太空垃圾撞擊的位置和受損程度,甚至還能檢驗飛船結構設計、貨物裝載合理性,為在軌損傷修復和結構優化設計提供幫助。
相對測量子系統
相對測量子系統不僅可以確保天舟一號與天宮二號首次交會對接的自主可控,安全性大大提高,還因為新增的整秒脈沖輸出功能,為全船的相關設備都提供了高精度的時間基準。
關鍵技術
推進劑補加
在軌實施了飛行器間推進劑補加,天宮二號圓滿實施了中國首次推進劑在軌補加,并開展了多次推進劑補加試驗,為中國空間站組裝建造和長期運營掃清在能源供給問題上的最后障礙。掌握在軌推進劑加注技術的國家只有俄羅斯和美國,其中實現在軌加注應用的只有俄羅斯,采用的是氣體回用法;美國沒有進行過在軌加注應用,但通過飛行試驗掌握了加壓加注技術。中國成為世界上第二個應用該技術的國家。加壓法系統簡單,但推進劑加壓溫升帶來了安全隱患,同時補加方需消耗一定量的高壓氣體。氣體回用法系統復雜,技術難度大,但氣體資源無消耗,技術一旦突破對長期在軌的空間站更為有利。考慮中國載人空間站長期在軌推進劑補加需求,天舟系列貨運飛船聯合空間站采用“增壓氣體回用+推進劑恒壓擠壓”技術方案。貨運飛船完成與被補加飛行器的推進劑管路對接與密封,由被補加飛行器壓氣機將貯箱氣腔內增壓氣體回抽至氣瓶,降低貯箱背壓,以具備接收推進劑條件,貨運飛船再以恒壓方式將推進劑輸送至被補加飛行器膜盒貯箱,并吹除連接管路推進劑和脫開連接管路,完成推進劑補加。進步號和ATV貨運飛船用于推進劑補加的模塊與貨運飛船平臺自身控制所需的推進模塊獨立設計,規避了兩個模塊之間壓力體制差異、安全隔離等融合技術難題,但系統推進劑利用率低、任務適應性差、故障應對手段少。天舟系列貨運飛船全新研制8只400 L金屬膜片貯箱,分為推進和補加兩個功能模塊,總攜帶量可達3.5 t,可用于補加的推進劑為2.1 t。模塊間實現了融合使用,滿足了推進/補加模塊的安全隔離和靈活切換的要求,提高了推進劑利用效率以及任務應急能力。推進劑補加技術主要是通過安裝在對接機構上的推進劑補加液路浮動斷接器來實現。油槍能否準確無誤地插入加油口,決定于對接的精度。由于兩個飛行器都在空中高速運行,為了避免細微誤差,保證太空加油滴水不漏,中國自主研發的“浮動斷接器”專利發揮了關鍵作用,這一專利也打破了國外的技術封鎖,是首次在天舟一號上使用。
交會對接
中國貨運飛船與空間站交會對接是實現貨物補給和推進劑補加的基礎,是貨運飛船關鍵任務功能之一。全相位交會對接擴展了貨運飛船的發射窗口,提高了空間站運營管理的靈活性,全自主快速交會對接為空間站快速貨物補給和人員運送奠定了技術基礎,全方位繞飛交會對接解決了空間站階段多艘飛船停靠不同對接口的問題。2012年8月2日,俄羅斯進步M-16M貨運飛船首次測試快速對接模式,但關鍵事件仍需要地面干預。天舟一號貨運飛船首次提出了基于絕對定位數據的快速交會對接自主導航與制導方案,解決了依靠地面定軌、計算、注入時間長難以實施快速交會對接的難題,交會對接時間由2 d縮短至6.5 h,在國際上首次實施了全自主的快速交會對接。設計了前向、后向、徑向繞飛方案,可與空間站不同對接口對接,提高了任務適應能力。對接機構設計了主動控制電子阻尼器方案,解決了與大偏心構型空間站(例如“L”型)對接時俯仰和偏航方向能量緩沖消散難題,具備了與空間站全部構型對接適應能力。開展全自主快速交會對接試驗,極大提升了工程建設的安全水平和空間站的整體效能。兩個飛行器在高速飛行中實現交會對接,首先需要十分精確的測量和導航技術。激光雷達就是天舟一號的‘眼睛’,為了看得更精確,中國自主創新并首次使用了目標精確識別等新技術,激光雷達的工作能力比國外同類產品增大了兩倍以上,實現了高精度測量跟蹤。新技術確保可以從多方位、大范圍內發揮激光雷達的作用,迅速準確地測量距離、角度等飛行參數,確保飛船進行精準對接。交會對接的另一項包含多件專利的導航定位激光信息源技術,導航定位激光信息源是光學成像敏感器的關鍵組件,在太空中漆黑環境中,或面對太陽強光直射時的高亮度情況下,它都能為精確定位服務。
浮動斷接器技術
浮動斷接器技術保證貨運飛船的油槍和被加油的空間實驗室油箱孔精準對接,同時也為了避免由于可能的插合精度差異而帶來的損害,就需要進行柔性對接,以保證在8倍于子彈的速度下實現太空加油時,即便油槍偏一點,插合有點誤差,也不會相互發生損傷,同時又不發生泄漏。
制導、導航與控制
姿態與軌道控制采用以陀螺、星敏、紅外地敏多種測量方式融合方案完成飛行姿態測量確定,采用純噴氣控制實現姿態和軌道控制。針對貨運飛船大慣量積、變質心的特點,設計36臺發動機,提出了基于指令分配的分組姿軌發動機使用策略,設計了基于前饋補償的交會對接平移靠攏段高精度位置、姿態控制器,解決了非合作目標安全交會、多航天器近距離編隊飛行中的近距離準靜態懸停技術難題。
熱控
針對貨運飛船熱源分布不均、各飛行階段變化大、外熱流變化范圍大的難點,提出了基于強制通風與二次輻射的密封艙熱控方法,取代一般密封艙采用的流體回路熱控方法,建立了輕量化貨運飛船熱管理系統(圖7),大幅減輕了散熱系統重量。密封艙內設計通風系統實現熱量統一收集傳遞,后球底作為散熱面實現熱量可控排散,密封艙/非密封艙一體化耦合設計。通過二次輻射調節傳熱路徑和熱阻,提高了密封艙散熱面溫度水平,設計3臺風扇組合強制通風,增強了散熱面的溫度均勻性,解決了密封艙艙壁作為散熱面容易結露的技術難題,在國內外載人航天器上尚屬首例。
環境控制
載人環境控制與空間站一體化設計,簡化了自身系統配置。密封艙內配置壓力控制和溫濕度、氧和二氧化碳濃度測量設備,具備艙內照明、顯示報警等功能,支持航天員進艙操作。
電源
采用太陽電池翼-鋰離子電池組的光伏電源系統提供100 V電源,配置60 Ah鋰離子電池組和左右兩翼總面積約30 m2三結砷化鎵太陽電池翼[15]。采用22串ICP30單體高壓鋰離子蓄電池組設計方案(圖8),航天領域首次實現了100 V高壓鋰離子蓄電池組在軌應用。其中,ICP30單體與空間站通用,提前驗證了空間站電源關鍵技術。整船采用100 V分散配電體制(圖9),100 V高壓傳輸直接給電子單機供電,單機內部配置國產DC/DC厚膜器件,減少配電體系中兩級DC/DC變換損耗以及供電鏈路串聯環節,提高了供電效率和可靠性。
測控通信
測控通信以天基為主,關鍵時段配以陸海基測控支持,實現了交會對接和推進劑補加等關鍵事件全程跟蹤測控,同時減少了對陸基測控站和海基測量船的依賴。針對航天器內部網段設計和IP over CCSDS的協議轉換技術,提出一種適用于近地軌道航天器的天地網絡一體化方案,設計以太網交換機實現了IP協議與CCSDS AOS空間數據鏈路協議的相互轉換,構建了天地一體化互聯網絡。可提供不少于12路百兆以太網接口,接口速率100 Mbps,支持標準以太網協議。
以太網技術
天舟一號貨運飛船首次應用以太網技術,為未來空間站組網通信提供技術驗證。天舟一號搭載了一款特殊的“神器”——高速通信處理器。這個由中國航天科技集團八院研制的處理器是貨運飛船以太網通信的重要組成部分,它就像一座大型機場,可以指引各種大小型飛機起飛降落,接收來自各地的乘客,也可以將乘客送往各地,是一個“核心交通樞紐”。高速通信處理器在貨運飛船的天地測控通信中發揮著巨大的作用,為空間站千兆通信網的建立奠定了扎實的基礎。
國內外貨運飛船綜合比較
1978年1月20日蘇聯發射了第一艘進步號貨運飛船,2008年3月9日歐洲發射第一艘自動轉移飛行器(ATV),2009年9月11日日本H2轉移飛行器(HTV)成功首飛[22]。借助美國航空航天局商業軌道運輸計劃(COTS)和商業乘員發展計劃(CCDev),SpaceX公司和軌道科學公司先后發射了龍飛船和天鵝座貨運飛船。航天飛機已經退役。ATV在完成5次貨運任務后,也退出現役。國際空間站貨物運輸將主要依靠進步號、HTV、龍飛船[23]和天鵝座貨運飛船。其中,ATV單次運輸重量最大,達到7.67 t。我國天舟貨運飛船開展了全要素輕量化設計,雖然單次運輸量6.5 t不及ATV,但上行貨重比達到0.48(上行貨重比=上行能力\發射質量),貨物上行效率為國際現役貨運飛船最高。天舟貨運飛船具備空間站貨物上行、廢棄物下行、組合體支持和拓展試驗的綜合任務能力。由于龍飛船載貨版和載人版一體化設計,具備貨物返回和重復使用能力。天舟貨運飛船目前尚不具備貨物返回和重復使用能力,我國空間站工程進入長期運營和空間應用階段后,高效低成本貨物補給要求將愈發強烈,同時在軌生產的需要送回地面的高價值空間貨物量會迅速增加,天舟貨運飛船發展貨物返回和重復使用能力是未來必然趨勢。
參考資料
文化特色
2017年4月,為慶祝天舟一號貨運飛船發射取得圓滿成功,中國郵政集團公司濟南市分公司在第一時間推出紀念郵戳一枚,供社會用郵和收藏。“天舟一號貨運飛船發射取得圓滿成功”紀念郵戳呈橢圓形,圖案為天舟一號貨運飛船發射升空的瞬間倩影,標題為“天舟一號中國貨運飛船發射取得圓滿成功”,并注有飛船發射升空的時間和地點。
飛行日志
發射入軌
2017年4月20日19時41分,搭載著天舟一號貨運飛船的長征七號遙二運載火箭,在我國文昌航天發射場點火發射,約596秒后,飛船與火箭成功分離,進入預定軌道,發射取得圓滿成功。
第一次自動交會對接
2017年4月22日12時23分,天舟一號貨運飛船與天宮二號順利完成自動交會對接。這是天宮二號自2016年9月15日發射入軌以來,首次與貨運飛船進行的交會對接。隨后,天舟一號與天宮二號進入組合體飛行階段。
第一次推進劑補加試驗
2017年4月27日,天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室成功完成首次推進劑在軌補加試驗。突破和掌握推進劑在軌補加技術,填補了我國航天領域的空白,實現了空間推進領域的一次重大技術跨越。
科學實驗
2017年4月29日,艙內電子學箱在軌完成了第一次加電自檢,順利接收到了飛控中心上注的控制指令1條,控制磁強計、全向電子能譜儀、新型電位主動控制儀均完成了第一次在軌加電自檢,艙內電子學箱加電13分39秒。
2017年5月31日~6月2日,艙內電子學箱每天在軌加斷電1次,累計接收飛控中心上注的控制指令20條,控制紫外輻射監視單元、可見光監視單元和羽流效應單元完成了第一次在軌加電自檢及各載荷完成初步在軌試驗,艙內電子學箱累計加電27小時0分31秒。截至6月15日,艙內電子學箱在軌工作正常,其在軌累計下傳數據1.19GBytes,其中工程參數216MBytes,科學數據0.98GBytes。
第二次在軌補加試驗
2017年6月15日1,天舟一號貨運飛船與天宮二號順利完成第二次推進劑在軌補加試驗,進一步驗證了這一關鍵技術的可靠性。這次補加試驗旨在鞏固首次補加試驗取得的技術成果,主要完成了浮動斷接器插合、管道檢漏、燃料貯箱補加、氧化劑貯箱補加、浮動斷接器分離和狀態恢復等工作,整個過程歷時約2天。
繞飛和第二次交會對接
2017年6月19日,天舟一號完成與天宮二號的繞飛和第二次交會對接試驗。這次試驗的順利完成,鞏固了航天器多方位空間交會技術,對于后續空間站工程建設具有重要意義。
獨立飛行階段
2017年6月21日,地面發送指令,天舟一號貨運飛船與天宮二號分離;按程序,天舟一號逐步退至前向120米并保持位置,待地面確認狀態正常后,發令控制天舟一號正常撤離,天舟一號建立三軸穩定對地飛行姿態,在高度約390公里的近圓軌道上開始獨立運行。:天舟一號計劃在軌飛行至少5個多月的時間,其中包括2個月的組合體飛行和不少于3個月的自主飛行,這是目前中國執行載人航天任務時間跨度最大的一次。
釋放立方星
2017年8月1日,天舟一號貨運飛船成功在軌釋放一顆立方星,隨即地面成功捕獲立方星。本次試驗是我國首次通過飛船系統采用在軌儲存方式釋放立方星,完成了非火工品裝置的分離解鎖技術、部署發射器與立方星間接口匹配技術以及部署發射器制造的材料和工藝保證技術驗證,為后續我國空間站開展微納衛星部署發射及在軌服務奠定了技術基礎。
自主快速交會對接(第三次交會對接)
017年9月12日23時58分,天舟一號貨運飛船順利完成了與天宮二號空間實驗室的自主快速交會對接試驗,為我國空間站工程后續研制建設奠定更加堅實的技術基礎。
第三次在軌補加試驗
2017年9月16日20時17分,天舟一號貨運飛船與天宮二號順利完成第三次、也是離軌前最后一次推進劑在軌補加試驗,進一步鞏固了相關技術成果。
受控離軌再入
2017年9月22日,天舟一號在完成空間實驗室階段任務及后續拓展試驗后受控離軌再入大氣層。受控隕落于南太平洋區域。
現實意義
天舟一號是中國擁有的體積最大、自重最重、載重能力最多的航天器,推送其升空的長征七號遙二運載火箭,也是中國擁有自主知識產權最大推力的運載火箭。天舟一號飛行任務取得圓滿成功標志著我國載人航天工程第二步勝利完成,也正式宣告中國航天邁進“空間站時代”,對于實現不懈追求的航天夢具有十分深遠的意義。中國已進入空間站建設階段,將迎來批量化研制、密集發射的任務高峰。“天舟一號任務具有承前啟后的意義,對空間站的運行建造有著十分重要的意義,它的成功顯著加快了工程推進步伐。”中國載人航天界權威人士所評價,天舟一號是中國載人航天工程向浩瀚宇宙進發的沖鋒號。天舟一號開創了載人航天任務天基測控體制為主的飛行控制先河。在過往的載人航天任務中,對航天器的跟蹤、測控以及在軌異常的及時監測處置,主要依賴陸基測控站和海基測量船。
流行語
2017年12月,天舟一號貨運飛船入選“2017年度中國媒體十大流行語”。入選理由:天舟一號貨運飛船是中國首個貨運飛船,于2017年4月20日19時41分35秒在文昌航天發射中心由長征七號遙二運載火箭成功發射升空,并于4月27日成功完成與天宮二號的首次推進劑在軌補加試驗,這標志天舟一號飛行任務取得圓滿成功。天舟一號貨運飛船由中國空間技術研究院(中國航天科技集團五院)研制,具有與天宮二號空間實驗室交會對接、實施推進劑在軌補加、開展空間科學實驗和技術試驗等功能。天舟一號任務也是我國空間實驗室任務的收官之戰。
參考資料 >
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總重量13.5噸!天舟貨運飛船到底長啥樣?帶你近距離探訪.騰訊網.2024-02-20
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天舟一號 | “快遞小哥”貨運三部曲.澎湃新聞.2024-02-21
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舟行萬里 | 天舟一號發射六周年.中國載人航天工程網.2024-02-21
空間中心研制的“天舟一號”貨運飛船艙內電子學箱在軌工作正常.中國科學院.2024-02-21
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天舟一號撤離天宮二號進入獨立運行階段.中國青年報.2024-02-21
中國2016年將發射天舟一號貨運飛船為天宮二號補給.中國新聞網.2021-05-31