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天舟一號
   

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)研製的一款貨運飛船,也是中國首個貨運飛船。天舟一號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。天舟一號任務則作為我國空間實驗室任務的收ぶ戰。[1]

天舟一號為全密封貨運飛船,採用兩艙構型,由貨物艙和推進艙組成。全長10.6米,最大直徑3.35米,起飛質量約13噸,太陽帆板展開後最大寬度14.9米,物資運輸能力約6.5噸,推進劑補加能力約為2噸,具備獨立飛行3個月的能力。

天舟一號貨運飛船於2017年4月20日19時41分在海南文昌航天發射場由長征七號遙二運載火箭發射升空,天舟一號發射獲得圓滿成功。[2]

中文名:天舟一號貨運飛船

外文名Tianzhou-1 Cargo Spaceship

縮   寫:TZ-1

研製單位:中國空間技術研究院

目前狀態:已再入燒毀

在軌時間;約154天22小時

發射火箭:長征七號遙二

發射地點:文昌航天發射中心201工位

發射時間:2017年4月20日19時41分35秒

再入時間:2017年9月22日18時左右

研製背景

神舟十號任務完成後,中國載人航天工程全面進入空間實驗室研製階段。而在空間實驗室階段,將突破並驗證推進劑補加技術、再生式環控生保技術等關鍵技術,為空間站建造奠定基礎。

2016年9月15日,天宮二號空間實驗室發射成功 ,將用於進一步驗證空間交會對接技術及一系列空間試驗,這標誌着我國全面進入空間實驗室任務實施階段。

為了對未來空間站中航天員長期駐留和空間科學實驗進行支持,需要通過貨運飛船進行貨物補給。

如果說載人飛船是天地往返的載人工具,那麼貨運飛船就是天地間運貨的工具。中國的天舟一號貨運飛船基於神舟號飛船天宮一號的技術研發,只運貨不運人,貨物運載量將是俄羅斯進步號M型無人貨運飛船的2.6倍,在功能、性能上都處於國際先進水平。[3]

研製歷程

2011年,貨運飛船項目正式立項,由中國航天科技集團公司五院載人航天總體部負責抓總研製。

2013年,貨運飛船被正式命名為「天舟」。

2014年5月,貨運飛船測控與通信分系統在北京開展了貨運飛船寬波束中繼終端對接試驗。

2014年8月7日至8日,貨運飛船完成了測控與通信分系統中繼天線在整船上的展開轉動和無線試驗。

2015年3月,貨運飛船對接機構正樣產品開始部組件裝配。

2015年6月初,對接機構完成總裝。

2015年7月底,貨運飛船對接機構正樣產品完成所有驗收測試試驗項目,在北京順利交付總體驗收。

2015年12月25日,空間應用系統天舟一號任務總體通過了院級初樣研製總結暨轉正樣評審。

2016年3月14日,有效載荷正樣備份件按要求完成研製,並通過相關環境試驗及空間應用系統的驗收。

2016年3月15日~30日,空間應用系統組織開展有效載荷正樣備份件系統聯試,經歷15天,完成了各有效載荷入網測試、綜合測試、故障測試和模飛測試,初步覆蓋了發射場測試和在軌飛行等階段工況,各有效載荷工作正常,科學數據、圖像數據、視頻數據採集、處理、下行均正常。

2016年4月6日, 有效載荷正樣備份件通過了貨運飛船系統組織的載荷接口認證測試,並於4月8日前將正樣備份件產品交付貨運飛船系統。

2016年4月起,天舟一號貨運飛船開始進行總裝測試。

2017年1月12日,我國自主研製的首艘貨運飛船天舟一號通過出廠評審。

任務簡介

天宮二號空間實驗室預定於2017年上半年由新一代的長征七號運載火箭從新修建的海南省文昌衛星發射中心發射升空,發射成功後,神舟十一號載人飛船將攜帶三名航天員,擇機從酒泉衛星發射中心長征二號F改進型運載火箭發射升空。升空兩天內與天宮二號交會對接。其後將從文昌衛星發射中心使用長征七號運載火箭發射中國新研製的首發貨運飛船。與天宮二號自動交會對接成功後,為空間實驗室補加推進劑。首發貨運飛船是否在神舟十一號的三名航天員在軌期間發射尚不明確。[4]

征名過程

作為中國載人空間站名稱及標識徵集活動的一部分,中國貨運飛船名稱徵集活動於2011年4月25日啟動,至2011年6月21日零時截止,組委會共收到公眾提名9640份,共有377778人次參加了投票。經由載人航天領域專家、航天員、著名作家、知名媒體人士等組成的評審委員會初選,30個名稱入圍初選結果。經過網絡投票和活動評審委員會專家評選,最終評選出十個獲獎名稱。

2011年7月8日上午,活動組委會公布了最終確定入選前十名的公眾提名,分別是:天梭、鯤鵬、天舟、神龍、龍舟、神驥、天馬、雲梯、神駒、行者。

2013年10月31日,據中國載人航天工程網曝光,中國未來貨運飛船正式命名為天舟,代號「TZ」。[5]

主要作用

天舟貨運飛船將作為我國空間站的五個模塊之一,與核心艙、實驗艙I、實驗艙II、載人飛船(即神舟飛船)一起,在核心艙統一調度下協同工作,完成空間站承擔的各項任務:

一是補給空間站的推進劑消耗,空氣泄漏,運送空間站維修和更換設備,延長空間站的在軌飛行壽命;

二是運送航天員工作和生活用品,保障空間站航天員在軌中長期駐留和工作;

三是運送空間科學實驗設備和用品,支持和保障空間站具備開展較大規模空間科學實驗與應用的條件。[6]

飛船設計

天舟號貨運飛船的構造基於天宮一號目標飛行器。天舟號貨運飛船長約9米,最大直徑約3.35米,發射質量低於13噸。貨運飛船旨在補給天宮二號空間實驗室的推進劑、空氣、航天員的飲料、食物以及用於維修空間站的更換設備,以延長空間實驗室和空間站的運行壽命。

貨運飛船發射後會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。飲水、食物、以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後,可將站內的廢棄物品搬運到貨運飛船上,關閉氣閘後,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。這種做法與俄、歐、日、美無人貨運飛船的運行做法相同。

天舟號貨運飛船由大直徑的貨物艙和小直徑的推進艙組成。貨物艙用於裝載貨物,而推進艙為整個飛船提供動力與電力。推進艙兩側各有一翼太陽能帆板三板。[7]

結構特點

天舟一號貨運飛船由3.35米直徑的貨物艙和2.8米直徑的推進艙組成。

貨物艙用於裝載貨物,而推進艙為整個飛船提供動力與電力。推進艙兩側各有一翼太陽能帆板(共三板),後部安裝了4台變軌用主發動機。此外飛船還安裝了24台姿控發動機

天舟一號貨運飛船全長10.6米,最大直徑3.35米,質量13噸、最大上行貨物運載量約6.5噸。無論是直徑、質量還是運載能力,天舟一號都將達到世界先進水平。[8]

運載能力

天舟一號墼朔紗的近地軌道上行運載能力約為6.5噸左右,高於俄羅斯聯邦航天局研製的進步號M型(2.5噸)以及日本宇宙航空研究開發機構的H-II運載飛船(6.0噸),低於歐洲空間局的自動運載飛船(7.6噸)。

下行運載能力約為6.0噸左右。載荷比即運載貨物的質量與貨運飛船厶灞舊淼鬧柿恐比,天舟一號貨運飛船的載荷比高達48%,高於日歐的貨運飛船。[9]

設計團隊

總設計師:白明生

副總設計師:張強(負責控制系統設計)

測控總體主任設計師:姜萍

電總體主任設計師:於磊

飛行計劃

按計劃,天舟一號在發射入軌後,將進入高度約380公里的運行軌道。入軌兩天後,即在4月22日中午12點左右,將與天宮二號完成首次交會對接。 之後,天舟一號與天宮二號組成的組合體將進行2個月的在軌飛行,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。這一階段任務完成之後,天舟一號飛船撤離天宮二號,從另一側與天宮二號進行二次對接。

完成繞飛試驗以後,「天舟一號」就與天宮二號再次分離,兩個飛行器將獨立飛行3個月,這期間,「天舟一號」主要完成搭載的空間科學試驗。而在這三個月的末期,「天舟一號」還要與天宮二號進行最後一次對接,驗證自主快速交會對接技術,要求兩個航天器在6個小時左右實現對接。

期間,天舟一號工作時間將達到5個月左右。在完成既定任務後,天舟一號將受控離軌,隕落至南太平洋

現實意義

天舟一號飛行任務,是載人航天工程空間實驗室飛行任務的收官之戰,對於空間站工程後續任務順利實施具有極為重要的意義。天舟一號任務的圓滿成功,突破和檢驗了空間站貨物運輸、推進劑在軌補加等關鍵技術。標誌着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」。

天舟一號任務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,為我國空間站組裝建造和長期運營掃清了能源供給上的障礙,使我國成為世界上第三個獨立掌握這一關鍵技術的國家。

天舟一號填補了我國空間貨物運輸系統空白。我國載人航天工程實施25年來,先後建立了載人天地往返、交會對接、空間實驗室等核心系統。天舟一號任務的完成將使中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。空間貨物運輸系統,是空間站建造的關鍵要素和重要基礎之一。

天舟一號填補了我國載人航天器型譜化設計空白。天舟系列貨運飛船作為空間貨物運輸的航天器,按照模塊化思路搭建平台型譜,不同的貨物艙模塊與推進艙模塊組合,構成「全密封」「半開放」和「全開放」貨運飛船,有利於今後的貨運飛船區別不同類型的貨物運輸需求進行針對性生產。

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。[10]

相關視頻

1、直播:天舟一號飛船發射現場

2、記錄片——《天舟一號火箭發射》——全景VR視頻

參考來源