北國4月桃花爛漫、春光旖旎的時節(jié)，南海之濱的文昌航天發(fā)射中心在海風(fēng)輕拂之下已透著幾分燥熱。在這里，中國航天精兵又一次吹響了“集結(jié)號”，而這次他們肩上的重?fù)?dān)是實施天舟一號貨運(yùn)飛船任務(wù)，決勝中國載人航天工程空間實驗室任務(wù)的收官之戰(zhàn)。
中國太空貨運(yùn)船國際領(lǐng)先
中國載人航天工程空間實驗室一共有4次飛行任務(wù)，已圓滿實施了3次。2016年6月25日，長征七號運(yùn)載火箭首飛，這是中國載人航天工程空間實驗室飛行任務(wù)的開局之戰(zhàn)。兩個多月后，9月15日，天宮二號空間實驗室順利升空。10月17日，神舟十一號載人飛船發(fā)射升空，精確入軌并于2天內(nèi)完成與天宮二號自動交會對接，形成的組合體在軌飛行30天。11月18日，神舟十一號返回艙實施返回。根據(jù)中國載人航天工程辦公室披露的信息，第四次飛行也就是天舟一號貨運(yùn)飛船發(fā)射任務(wù)將于近期開展。
作為中國首個貨運(yùn)飛船，天舟一號由中國空間技術(shù)研究院研制，主要承擔(dān)向空間實驗室運(yùn)輸貨物和推進(jìn)劑太空在軌補(bǔ)加的工作。就其承擔(dān)的貨運(yùn)任務(wù)來看，天舟一號的運(yùn)載能力堪稱強(qiáng)大。這一點表現(xiàn)在其大容積上。它采用兩艙構(gòu)型，由貨物艙和推進(jìn)艙組成。其總長為10.6米，最大直徑3.35米，起飛質(zhì)量重約13噸，太陽帆板展開后最大寬度14.9米。其體積比天宮二號和神舟飛船都要大，實際上，它是目前我國體積最大、重量最大的航天器。此外，其強(qiáng)大運(yùn)載能力還表現(xiàn)在載貨比指標(biāo)上。據(jù)天舟一號貨運(yùn)飛船總設(shè)計師白明生介紹，天舟運(yùn)載能力是根據(jù)空間站的規(guī)模來設(shè)計的，天舟一號的載貨比(即貨物重量占整個飛船的總重量的比例，是考核貨運(yùn)飛船的主要指標(biāo)，載貨比數(shù)值越高，說明運(yùn)載效率越高)較高，將來還可以進(jìn)一步優(yōu)化到0.48，該數(shù)值將超越歐洲、日本等國家的現(xiàn)役貨運(yùn)飛船，處于國際領(lǐng)先水平。
天舟一號不僅自身具備獨(dú)立飛行3個月的能力，而且還有對天宮二號空間實驗室實施推進(jìn)劑在軌加注的重要使命。據(jù)白明生介紹，天舟一號攜帶約2噸重推進(jìn)劑包括氧化劑和燃燒劑，不僅量足夠，而且還有備份。
運(yùn)載火箭安全性能高位再攀升
即將承擔(dān)天舟一號貨運(yùn)飛船發(fā)射任務(wù)的是長征七號運(yùn)載火箭，它們一起組成了空間實驗室的貨物運(yùn)輸系統(tǒng)。
長征七號是新一代中型運(yùn)載火箭。可為我國載人航天工程發(fā)射貨運(yùn)飛船，也可用于發(fā)射人造衛(wèi)星等其他載荷。箭體總長53.1米，芯級直徑3.35米，捆綁4個直徑2.25米的助推器，采用液氧煤油發(fā)動機(jī)等新技術(shù)，近地軌道運(yùn)載能力13.5噸。航天科技集團(tuán)一院長征七號運(yùn)載火箭總指揮王小軍介紹說，正是運(yùn)載能力強(qiáng)、可靠性高，它才能承擔(dān)發(fā)射天舟一號貨運(yùn)飛船的任務(wù)。此外，長征七號的安全性也有進(jìn)一步提升，具體來說，現(xiàn)役其他運(yùn)載火箭可靠性達(dá)到97%，長征七號進(jìn)一步提升到98%。雖然其首飛表現(xiàn)完美，但是為適應(yīng)即將到來的發(fā)射任務(wù)，長征七號遙二火箭在首飛試驗結(jié)果分析基礎(chǔ)上，按照發(fā)射天舟一號貨運(yùn)飛船的狀態(tài)變化要求，進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)一步提高了相關(guān)產(chǎn)品的可靠性，以滿足發(fā)射的任務(wù)要求。
長征七號遙二火箭按流程完成了出廠前的所有研制工作，從天津港啟程后，經(jīng)海路運(yùn)輸安全運(yùn)抵文昌航天發(fā)射場，并隨后開展發(fā)射場區(qū)總裝和測試工作。目前，發(fā)射場設(shè)施設(shè)備狀態(tài)良好，各項準(zhǔn)備工作有序進(jìn)行。對長征七號與天舟一號即將開啟的太空旅程，航天科技集團(tuán)長征七號運(yùn)載火箭副總設(shè)計師程堂明表示十分期待，因為長征七號的當(dāng)初立項就是為發(fā)射貨運(yùn)飛船，可以說為貨運(yùn)飛船而生的，而這將是其履行使命的第一次應(yīng)用發(fā)射，意義重大。現(xiàn)在只待迎來激動人心的發(fā)射時刻。
“太空加油”將書寫中國航天傳奇
按計劃，天舟一號發(fā)射入軌后，將與在軌運(yùn)行的天宮二號先后進(jìn)行3次交會對接、3次推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加以及空間應(yīng)用和航天技術(shù)等多領(lǐng)域的實驗項目。
第一次與天宮二號交會對接預(yù)計于發(fā)射入軌兩天后進(jìn)行，二者組合體隨后在軌飛行兩個月。期間，計劃完成3次推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加試驗，同時測試貨運(yùn)飛船對組合體的控制能力。
推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)俗稱“太空加油”技術(shù)，是天舟一號核心目標(biāo)任務(wù)之一，是空間站建設(shè)的標(biāo)配。由于空間站在太空軌道運(yùn)行會受到殘存大氣阻力的影響而逐漸降低軌道高度，為了保持原有高度，就必須消耗燃料推動其上升，這就需要貨運(yùn)飛船為空間站進(jìn)行燃料補(bǔ)充。天舟一號將通過一些特有的接口將燃料加注到天宮二號中，創(chuàng)造中國航天新篇章。
上述任務(wù)完成后，天舟一號將與天宮二號分離，之后從另一側(cè)與天宮二號進(jìn)行二次對接。白明生指出，第二次對接的主要任務(wù)是進(jìn)行繞飛實驗，檢驗天舟一號前向?qū)幽芰ΑＫ忉屨f，天宮二號空間實驗室和未來的空間站有前向后向兩個對接口，這就要求貨運(yùn)飛船具備后向?qū)雍颓跋驅(qū)幽芰Α脮r，天舟一號與天宮二號分離后，再繞飛天宮二號進(jìn)行前向?qū)印?/p>
完成繞飛試驗以后，天舟一號將與天宮二號再次分離，各自獨(dú)立飛行3個月。這期間，天舟一號的主要任務(wù)是完成搭載的空間科學(xué)試驗。之后，按照計劃，天舟一號第三次實現(xiàn)與天宮二號交會對接。值得一提的是這次交會將用約6個小時完成，將是一次名副其實的自主快速交會對接。
除了空中加油和交會對接實驗之外，天舟一號還開展多項科學(xué)實驗研究及技術(shù)驗證試驗。其中，“非牛頓引力實驗檢驗的關(guān)鍵技術(shù)驗證”將在軌測試高精度靜電懸浮加速度計的工作性能，獲得的試驗結(jié)果將為我國“衛(wèi)星重力測量”“空間引力波探測”等空間計劃提供重要支撐。此外，“微重力對細(xì)胞增殖和分化影響研究”項目有望應(yīng)用于心臟和肝臟疾病的治療、器官移植、生殖健康以及預(yù)防和治療骨質(zhì)變化疾病等方面。全部完成上述任務(wù)后，天舟一號將受控離軌，隕落至預(yù)定安全海域。
我們相信，天舟一號與長征七號構(gòu)成的中國載人空間站貨運(yùn)系統(tǒng)將是引以為傲的夢幻組合，它們攜手將實現(xiàn)中國空間站新的關(guān)鍵技術(shù)突破，取得中國載人航天工程新的重大勝利。(張保淑)