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擔(dān)是實施天舟一號貨運飛船任務(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飛船發(fā)射任務(wù)將于近期開展。
作為中國首個貨運飛船，天舟一號由中國空間技術(shù)研究院研制，主要承擔(dān)向空間實驗室運輸貨物和推進劑太空在軌補加的工作。就其承擔(dān)的貨運任務(wù)來看，天舟一號的運載能力堪稱強大。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，其強大運載能力還表現(xiàn)在載貨比指標上。據(jù)天舟一號貨運飛船總設(shè)計師白明生介紹，天舟運載能力是根據(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，是考核貨運飛船的主要指標，載貨比數(shù)值越高，說明運載效率越高)較高，將來還可以進一步優(yōu)化到0.48，該數(shù)值將超越歐洲、日本等國家的現(xiàn)役貨運飛船，處于國際領(lǐng)先水平。
天舟一號不僅自身具備獨立飛行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噸重推進劑包括氧化劑和燃燒劑，不僅量足夠，而且還有備份。
運載火箭安全性能高位再攀升
即將承擔(dān)天舟一號貨運飛船發(fā)射任務(wù)的是長征七號運載火箭，它們一起組成了空間實驗室的貨物運輸系統(tǒng)。
長征七號是新一代中型運載火箭。可為我國載人航天工程發(fā)射貨運飛船，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)動機等新技術(shù)，近地軌道運載能力13.5噸。航天科技集團一院長征七號運載火箭總指揮王小軍介紹說，正是運載能力強、可靠性高，它才能承擔(dān)發(fā)射天舟一號貨運飛船的任務(wù)。此外，長征七號的安全性也有進一步提升，具體來說，現(xiàn)役其他運載火箭可靠性達到97%，長征七號進一步提升到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)射天舟一號貨運飛船的狀態(tài)變化要求，進行了相應(yīng)優(yōu)化設(shè)計，進一步提高了相關(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)海路運輸安全運抵文昌航天發(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，各項準備工作有序進行。對長征七號與天舟一號即將開啟的太空旅程，航天科技集團長征七號運載火箭副總設(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)射貨運飛船，可以說為貨運飛船而生的，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，將與在軌運行的天宮二號先后進行3次交會對接、3次推進劑在軌補加以及空間應(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次推進劑在軌補加試驗，同時測試貨運飛船對組合體的控制能力。
推進劑在軌補加技術(shù)俗稱“太空加油”技術(shù)，是天舟一號核心目標任務(wù)之一，是空間站建設(shè)的標配。由于空間站在太空軌道運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，這就需要貨運飛船為空間站進行燃料補充。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)與天宮二號進行二次對接。白明生指出，第二次對接的主要任務(wù)是進行繞飛實驗，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)