天舟三號對接 “貨運專列”入太空

9月20日，長征七號遙四運載火箭在海南文昌航天發射場託舉天舟三號貨運飛船駛入太空，將其送入預定軌道。隨後，天舟三號貨運飛船採用自主快速交會對接模式，成功對接於空間站天和核心艙後向端口。

不久之後，神舟十三號載人飛船將載着新一批航天員入住天宮。作為中國向空間站核心艙送出的第二件太空“包裹”，天舟三號滿載航天員太空生活所需，將靜靜等待下一批“太空住客”的光臨。

兩艘貨運飛船同時在天運行

作為神舟十二號和神舟十三號載人飛船之間的發射任務，天舟三號是中國空間站關鍵技術驗證和建造階段貨物運輸系統的第二次應用性飛行，也是空間站建造階段承上啓下的關鍵之戰。

為了讓天舟三號與空間站順利對接，在神舟十二號任務期間功勳卓著的天舟二號貨運飛船特地“讓了位置”——完成繞飛並與空間站的前向端口交會對接。

天舟二號為何要挪位？航天科技集團五院天舟二號貨運系統總體主任設計師楊勝説，除了為天舟三號騰出後向接口外，天舟二號到前方還可以為神舟十三號的徑向對接創造條件。後續天舟二號還將配合機械臂的轉位試驗，為實驗艙轉位進行先期技術驗證；同時還將配合航天員進行手動遙操作試驗，對貨運飛船自身的備份控制系統進行控制能力驗證。

“整個貨運飛船的所有技術，基本上在天舟二號任務中能夠得到全方位的驗證，包括空間站組裝建造的一些關鍵技術驗證。”楊勝説。

在太空中，同時對接在天和核心艙的兩端的兩艘貨運飛船，形成了“一”字形構型。專家表示，兩艘貨運飛船同時在天運行，這在中國載人航天史上是第一次。

當神舟十三號航天員抵達空間站並“簽收”貨物後，兩艘天舟貨運飛船才會分離。楊勝説，當天舟二號完成所有任務之後，會擇機脱離空間站核心艙。離軌前，天舟二號還會將廢棄物“打包”帶走，在落回地球的過程中在大氣層中燃燒銷燬。

貨物裝載優化改進

與天舟二號相比，天舟三號的外形、功能相近相似，與天舟二號一樣採取同時在地面進行控制或者自主控制。不過，天舟三號多了一項本領——增加北斗導航系統，提升了飛行控制的精度和安全係數。

在太空中工作和生活，航天員在空間站的吃、穿、用乃至呼吸所需的物資以及空間站維持正確軌道所需的燃料都要靠貨運飛船運送。在貨物裝載方面，天舟三號貨運飛船充分繼承了天舟二號貨運飛船的經驗，並進行了持續優化和改進。

其一是裝載的貨物更充足、密度更大。天舟二號需要保證3名航天員在軌飛行3個月的物資需求，天舟三號則要保證3人在軌駐留6個月的飲食，裝載的貨包數量更多。為此，天舟三號取消了4個推進劑儲箱，擴容了貨艙空間。

其二是包裹的包裝更“多彩”、更科學。天舟二號裝載的包裹統一為米白色包裝，航天員可以通過掃描二維碼獲得貨物的位置信息和產品信息。為了各類物資更好識別、更易尋找，天舟三號對不同物資採用了不同顏色的包裹，再配上標識和二維碼，方便航天員取用。

當然，天舟三號中也有航天員熟悉的“老朋友”，如氣瓶、水囊以及航天員出艙活動的戰袍——艙外航天服等。

“貨運專車”防熱防雨防風

按照空間站在軌建造任務規劃，到2022年底，中國將連續實施11次發射任務，其中4次貨運飛船發射都是由長征七號運載火箭“承運”。長七火箭因此也被稱為天舟飛船的“御用”火箭。為了保障“太空快遞”在運輸過程中的安全，研製人員將長七打造成為防熱、防雨、防風的載人航天“貨運專車”。

火箭飛行過程中，芯級發動機會噴出巨大的火焰。此時，助推器後過渡段要承受噴焰回捲的強熱流，其熱防護設計如果不夠就會造成結構燒蝕，而過度設計又會影響火箭的運載能力。

為此，火箭設計師創新防熱材料應用和安裝方式，將一條特製防熱毛氈“披”在火箭助推器上。“防熱服”不僅重量輕，防熱效率也更高。它採用耐高温的材料製成，安裝時從靠近火箭芯級的一側開始“披”上，在遠離芯級的外側開口，就像“開衫”一樣包裹着助推器，使後過渡段免受大火“烤”驗。

天舟三號貨運飛船發射當天，海南文昌航天發射場藍天白雲、天氣晴好。事實上，即便遇到中雨天氣，長七火箭也“不怵”，這是因為新一代運載火箭做足了防水設計。

火箭發射要防的不只是雨水。很多看過火箭發射的人都見過加註後的火箭受低温推進劑的影響，箭體表面温度降低，冷凝水像下雨一樣順着箭體流下來，這也是火箭要防的水。為此，火箭設計人員從“產品源頭”解決防水問題。

據航天科技集團所屬中國運載火箭技術研究院設計人員介紹，新一代運載火箭設計之初，防水功能儘量通過結構設計實現，例如在部段對接處加裝密封條、在細小孔徑和縫隙塗硅橡膠、在分離面設計密封塊等，起吊附件、箭體蓋板等配置了密封墊；在排氣孔處，設置了內置導流罩，實現排氣防水雙功能並舉；針對低温液體貯箱加註後無法避免的冷凝水聚集問題，採取封堵與疏導相結合的思路，在貯箱前短殼與絕熱層平齊的位置開設排水孔……

目前中國國內主要的4個發射場中，除文昌發射場外，其他的發射場都在內陸，風速隨距地面高度的變化不大。但在文昌發射場，距地面五六十米高的位置，風速要遠高於地面風速。

“為了提升抗風能力，我們給長七火箭裝上了‘防風減載裝置’。即使遇到8級大風的天氣，長七火箭依舊可以轉場，它的抗風能力超過現役火箭。”中國運載火箭技術研究院長七火箭總設計師程堂明説，“防風減載裝置”採用可伸展的桁架結構，一端固定在活動發射平台的臍帶塔上，展開以後另一端與火箭二級發動機機架接頭對接，這樣在垂直轉場過程中將火箭與臍帶塔連接起來，能夠顯著降低火箭受到的風載。