據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，北京時間2022年11月12日10時03分，搭載天舟五號貨運(yùn)飛船的長征七號遙六運(yùn)載火箭，在我國文昌航天發(fā)射場準(zhǔn)時點(diǎn)火發(fā)射。12時10分，天舟五號采取自主快速交會對接模式，成功對接于空間站天和核心艙后向端口，中國航天員首次在空間站迎接貨運(yùn)飛船來訪。
此次發(fā)射任務(wù)從點(diǎn)火發(fā)射到完成交會對接，全程僅用2個小時，一舉改寫了2020年10月14日俄羅斯聯(lián)盟號MS-17與國際空間站的3小時3分交會對接紀(jì)錄?？焖俳粫蛹夹g(shù)成功在軌實(shí)施，標(biāo)志著我國航天交會對接技術(shù)取得了新突破。
交會對接從6.5小時到2小時
“快”，是天舟貨運(yùn)飛船的顯著特點(diǎn)，也是核心技術(shù)難點(diǎn)。五院的飛船制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)研制團(tuán)隊(duì)為此開展了多年艱苦攻關(guān)。
2017年9月12日，我國利用天舟一號成功開展與天宮二號空間實(shí)驗(yàn)室的6.5小時快速交會對接在軌試驗(yàn)，成為世界上第三個掌握近地快速交會對接技術(shù)的國家。2021年以來，天舟二號、天舟三號、天舟四號在與天和核心艙交會對接時，均采用自主快速交會對接方案。
與6.5小時交會對接相比，此次之所以能實(shí)現(xiàn)2小時交會對接，研制團(tuán)隊(duì)主要從兩方面對天舟五號進(jìn)行了調(diào)整。一是優(yōu)化了交會對接的控制制導(dǎo)策略，將遠(yuǎn)距離導(dǎo)引過程由多圈次壓縮為不到一圈，將多次變軌壓縮為兩次綜合機(jī)動，因此該部分用時由原來的4個多小時減少到約1個小時。二是在近距離自主控制段，減少了多個用以確認(rèn)飛船狀態(tài)的停泊點(diǎn)，與動車組減少經(jīng)停車站數(shù)量類似，加快了接近速度，因此該階段時長由2個多小時縮短為約40分鐘。
五院502所交會對接首席專家解永春表示：“2小時交會對接并不是我們?yōu)樘熘畚逄栐黾拥男鹿δ埽暗奶熘圬涍\(yùn)飛船也有該功能，只是因?yàn)樵撃Ｊ綄︼w船飛行狀態(tài)要求較高，所以之前未曾進(jìn)行在軌實(shí)施?！?/p>
也就是說，2小時交會對接只是飛船交會對接GNC系統(tǒng)的一個選項(xiàng)，飛船的GNC系統(tǒng)可以根據(jù)火箭入軌的情況，自主選擇不同時長的交會對接模式，其中2小時快速交會對接是目前速度最快的模式，此外還可以選擇3小時、5小時和6.5小時等方案。
2小時快速交會對接技術(shù)的突破，對于中國空間站的長期在軌運(yùn)營具有重大現(xiàn)實(shí)意義。這不僅意味著向空間站運(yùn)輸貨物的時間大大縮短，使運(yùn)輸特殊鮮活試驗(yàn)品成為可能，還能夠極大增強(qiáng)太空緊急救援能力。
“神經(jīng)中樞”實(shí)現(xiàn)信息分類傳遞
為了順利完成此次任務(wù)，一次性與空間站天和核心艙完成對接，天舟五號必須與地面建立聯(lián)系，搭建各種指令及通信信號通道，在地面測控站準(zhǔn)確引導(dǎo)下，與空間站天和核心艙“會面” 。因此，五院為天舟五號研制了天線網(wǎng)絡(luò)，通過提供專門的測控與通信信號傳輸通道，為天舟五號與地面建立起高速、暢通的指揮和信息反饋通道，確保任務(wù)順利完成。
天線網(wǎng)絡(luò)是屬于測控與通信分系統(tǒng)中連接應(yīng)答機(jī)和天線的關(guān)鍵產(chǎn)品，雖然是飛船上一個小型信號轉(zhuǎn)發(fā)器，但也是實(shí)現(xiàn)信息傳輸?shù)摹吧窠?jīng)中樞”。當(dāng)天舟五號接收到地面的通信信號或測控指令信號時，天線網(wǎng)絡(luò)會智能地將其進(jìn)行分類、分通道傳輸?shù)綉?yīng)答機(jī)；反之，它也會把來自應(yīng)答機(jī)不同通道的各類信號匯總后送往對地天線，通過天線發(fā)出后送達(dá)地面。
在此次任務(wù)中，天舟五號將以天基測控為主實(shí)施在軌飛行控制，天線網(wǎng)絡(luò)作為“神經(jīng)中樞”，將主要完成飛船測控指令信號的上傳和下達(dá)，天舟五號貨運(yùn)飛船執(zhí)行對接等在軌任務(wù)，需要確保各項(xiàng)操作指令實(shí)時準(zhǔn)確，“神經(jīng)中樞”的高可靠性將成為該任務(wù)的重要保障之一。
天舟五號將帶來這些好物
作為空間站的地面后勤補(bǔ)給航天器，天舟貨運(yùn)飛船與通用推進(jìn)艙模塊組合形成全密封貨運(yùn)飛船、半密封貨運(yùn)飛船和全開放貨運(yùn)飛船3種型譜。其中，天舟五號為全密封貨運(yùn)飛船，是世界現(xiàn)役貨物運(yùn)輸能力最大、在軌支持能力最全面的貨運(yùn)飛船。
此次天舟五號上裝載了航天員系統(tǒng)、空間站系統(tǒng)以及空間應(yīng)用領(lǐng)域的貨物共計(jì)約5噸，攜帶補(bǔ)加推進(jìn)劑約1.4噸，將為神舟十五號乘組3人6個月在軌駐留、空間站組裝建造和空間應(yīng)用領(lǐng)域提供物資保障。同時，天舟五號還充分利用貨運(yùn)飛船上行運(yùn)力資源，搭載多項(xiàng)試驗(yàn)載荷，支持開展空間科學(xué)與技術(shù)試驗(yàn)，具備承擔(dān)空間站姿態(tài)軌道控制、并網(wǎng)供電，以及空間站遙測、數(shù)據(jù)傳輸支持等能力。
天舟五號的對接目標(biāo)，是達(dá)到80噸量級的空間站組合體。此次任務(wù)的成功，充分證明了貨運(yùn)飛船對接機(jī)構(gòu)對大噸位目標(biāo)的適應(yīng)性。同時，此次任務(wù)是在中國空間站有人駐留的情況下進(jìn)行的首次貨運(yùn)飛船交會對接。為了進(jìn)一步提高近距離交會對接過程的可靠性，天舟五號還具備故障情況下手控遙操作交會對接的能力。交會對接完成后，航天員可以很快進(jìn)入飛船，“簽收”來自地面的“包裹”。
天舟五號上，搭載了五院529廠自主研發(fā)的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)載荷，計(jì)劃開展我國首次燃料電池空間在軌試驗(yàn)。此外，天舟五號上還搭載了五院航天東方紅衛(wèi)星有限公司抓總研制的“澳門學(xué)生科普衛(wèi)星一號”。不久后，這顆衛(wèi)星將從天舟五號上放飛，再次為我們帶來“太空科普大片”。
天舟貨運(yùn)，使命必達(dá)
有了貨運(yùn)飛船，人類太空長期駐留才成為可能。根據(jù)中國載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，為了滿足空間站任務(wù)需要，我國于2011年啟動天舟貨運(yùn)飛船研制工作，歷經(jīng)數(shù)年艱苦攻關(guān)終獲成功。
2017年4月，我國成功發(fā)射的天舟一號貨運(yùn)飛船，全長10.6米，最大直徑3.35米，最大裝載狀態(tài)下重量達(dá)13.5噸，一次能運(yùn)送6噸多的貨物上天，其體積、重量均創(chuàng)下當(dāng)時我國航天器之最。
從天舟二號起，貨運(yùn)飛船要面向空間站建造與在軌運(yùn)營任務(wù)需要，為這座“太空家園”運(yùn)輸和存貯貨物，運(yùn)輸和補(bǔ)加推進(jìn)劑，并將廢棄物收集、存放等。
2021年5月29日、2021年9月20日、2022年5月10日，天舟二號、天舟三號、天舟四號先后成功發(fā)射，與天和核心艙順利對接后，在軌進(jìn)行了一系列拓展應(yīng)用試驗(yàn)。2022年3月31日、2022年7月27日，天舟二號、天舟三號在完成在軌使命、交出圓滿答卷后，先后受控離軌再入大氣層。2022年11月9日，天舟四號順利撤離空間站組合體，轉(zhuǎn)入獨(dú)立飛行階段，后續(xù)將擇機(jī)受控再入大氣層。
為了滿足密集的發(fā)射需要，天舟貨運(yùn)飛船實(shí)行組批生產(chǎn)的方式，同一批次的外形、功能相似或相近。據(jù)天舟貨運(yùn)飛船總設(shè)計(jì)師白明生介紹，天舟三號、天舟四號、天舟五號一批生產(chǎn)出來；天舟六號到天舟十一號是另外一批。從天舟六號開始，會進(jìn)行系統(tǒng)升級，如對貨物艙進(jìn)行比較大的改進(jìn)，大幅度增強(qiáng)密封艙的貨物運(yùn)輸能力等，這樣給航天員提供的物資將可以支撐更長的時間。
（素材來源：中國航天科技集團(tuán)五院）
（責(zé)任編輯：梁艷）
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