（原標(biāo)題：“2小時(shí)達(dá)”！中國(guó)航天又創(chuàng)一項(xiàng)世界紀(jì)錄）
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11月12日12時(shí)10分，天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船采取自主快速交會(huì)對(duì)接模式，成功對(duì)接于空間站天和核心艙后向端口。此次任務(wù)首次實(shí)現(xiàn)了兩小時(shí)自主快速交會(huì)對(duì)接，航天科技集團(tuán)五院表示，這打破了此前國(guó)際空間站創(chuàng)造的3小時(shí)3分鐘的交會(huì)對(duì)接最短用時(shí)紀(jì)錄，創(chuàng)下新的世界紀(jì)錄。
天舟五號(hào)的交會(huì)對(duì)接過(guò)程，由航天科技集團(tuán)五院502所研制的飛船制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)控制完成。與天舟貨運(yùn)飛船此前的6.5小時(shí)快速交會(huì)對(duì)接相比，天舟五號(hào)主要從兩方面進(jìn)行了調(diào)整。一是優(yōu)化了交會(huì)對(duì)接的控制制導(dǎo)策略，遠(yuǎn)距離導(dǎo)引過(guò)程由多圈次壓縮為不到一圈，將多次軌道機(jī)動(dòng)壓縮為了兩次綜合軌道機(jī)動(dòng)，該部分用時(shí)由原本的4個(gè)多小時(shí)減少到約1個(gè)小時(shí)；二是在近距離自主控制段減少了多個(gè)用以確認(rèn)飛船狀態(tài)的停泊點(diǎn)，類(lèi)似動(dòng)車(chē)組減少經(jīng)停車(chē)站數(shù)量，加快了接近速度，將階段時(shí)長(zhǎng)由2個(gè)多小時(shí)縮短為約40分鐘。
“嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，2小時(shí)交會(huì)對(duì)接并不是我們?yōu)樘熘畚逄?hào)增加的新功能，之前的天舟系列貨運(yùn)飛船也有該功能。只是因?yàn)樵撃Ｊ綄?duì)飛船飛行狀態(tài)要求較高，所以未曾在軌實(shí)施。”502所交會(huì)對(duì)接首席專(zhuān)家解永春說(shuō)，本次交會(huì)對(duì)接任務(wù)的圓滿成功，標(biāo)志著我國(guó)實(shí)現(xiàn)了交會(huì)對(duì)接方面的新突破，對(duì)我國(guó)空間站的長(zhǎng)期在軌運(yùn)營(yíng)有著非�，F(xiàn)實(shí)的意義。它可以極大提高我國(guó)的太空緊急救援能力，將大大縮短運(yùn)輸時(shí)間，使運(yùn)輸特殊鮮活試驗(yàn)品成為可能。如果將該技術(shù)應(yīng)用于神舟載人飛船，將大大減少航天員赴空間站的飛行時(shí)間。
當(dāng)然，2小時(shí)交會(huì)對(duì)接只是飛船交會(huì)對(duì)接的選項(xiàng)之一。飛船GNC系統(tǒng)可以根據(jù)火箭入軌的情況，自主選擇不同時(shí)長(zhǎng)的交會(huì)對(duì)接模式，其中2小時(shí)快速交會(huì)對(duì)接是目前最快速的模式，此外還可以選擇3小時(shí)、5小時(shí)和6.5小時(shí)方案等。
解永春表示，天舟五號(hào)2小時(shí)快速交會(huì)對(duì)接的成功實(shí)施，標(biāo)志著我國(guó)的自主定軌技術(shù)精度更高，姿態(tài)軌道控制精度更高，綜合制導(dǎo)技術(shù)水平更高，飛控流程更加優(yōu)化，也標(biāo)志著交會(huì)對(duì)接模式更加多樣化、功能更加豐富，適應(yīng)能力更強(qiáng)，即我國(guó)的空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)更趨成熟。未來(lái)，我國(guó)的空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)還將持續(xù)進(jìn)化，使這項(xiàng)技術(shù)更安全、更智能、更經(jīng)濟(jì)高效。
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北京時(shí)間11月12日10時(shí)03分，搭載天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船的長(zhǎng)征七號(hào)遙六運(yùn)載火箭，在我國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)準(zhǔn)時(shí)點(diǎn)火發(fā)射，約10分鐘后，天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船與火箭成功分離并進(jìn)入預(yù)定軌道，飛船太陽(yáng)能帆板順利展開(kāi)工作，發(fā)射取得圓滿成功。
天舟飛船五次“送快遞”，均由長(zhǎng)征七號(hào)火箭護(hù)航
這是天舟系列貨運(yùn)飛船五年以來(lái)的第五次成功發(fā)射。南都大數(shù)據(jù)研究院梳理了這些發(fā)射任務(wù)的相關(guān)情況。
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我國(guó)自主研制的第一艘貨運(yùn)飛船天舟一號(hào)于2017年4月成功發(fā)射。經(jīng)過(guò)兩天時(shí)間，天舟一號(hào)與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接，形成組合體，隨后完成兩個(gè)月在軌飛行。此次任務(wù)，通過(guò)天舟一號(hào)與天宮二號(hào)的一系列測(cè)試，驗(yàn)證了貨物運(yùn)輸?shù)牡孛婧笄诒Ｕ舷到y(tǒng)和長(zhǎng)期獨(dú)立飛行等功能。
2021年5月以來(lái)，天舟二號(hào)等四艘貨運(yùn)飛船陸續(xù)發(fā)射，為空間站送去推進(jìn)劑、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與航天員的補(bǔ)給等物資。
天舟二號(hào)與天和核心艙組合體（圖片來(lái)源：中國(guó)載人航天工程辦公室）
五艘貨運(yùn)飛船都在海南文昌發(fā)射場(chǎng)實(shí)施發(fā)射。本次天舟五號(hào)發(fā)射任務(wù)也是是文昌發(fā)射場(chǎng)2022年度收官之戰(zhàn)。據(jù)南都大數(shù)據(jù)研究院觀察，文昌航天發(fā)射場(chǎng)以百分之百的成功率完成了空間站天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙三個(gè)大型艙段和五艘貨運(yùn)飛船的重大航天發(fā)射任務(wù)，為我國(guó)空間站的建造與載人航天工程發(fā)展立下赫赫戰(zhàn)功。
值得關(guān)注的是，負(fù)責(zé)運(yùn)載天舟系列貨運(yùn)飛船的均為長(zhǎng)征七號(hào)火箭。這個(gè)“專(zhuān)屬座駕”都有哪些特別之處？
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資料顯示，長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭采用液氧煤油作為推進(jìn)劑，是我國(guó)新一代高可靠、高安全的中型液體運(yùn)載火箭�；鸺傞L(zhǎng)53.1米，起飛質(zhì)量約597噸，捆綁了四個(gè)助推器，為兩級(jí)半構(gòu)型。長(zhǎng)征七號(hào)火箭的芯一級(jí)直徑為3.35米，近地軌道運(yùn)載能力約13.5噸，太陽(yáng)同步軌道運(yùn)載能力約5.5噸。
長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭的研制時(shí)間為2002年至2014年，在2016年正式首飛。2016年6月，火箭在文昌發(fā)射場(chǎng)將由遠(yuǎn)征1A上面級(jí)、多用途飛船縮比返回艙等6類(lèi)7項(xiàng)載荷成功送進(jìn)預(yù)定軌道。此后，它執(zhí)行了五艘天舟貨運(yùn)飛船的發(fā)射任務(wù)，成功率100%，被譽(yù)為我國(guó)載人航天的“貨運(yùn)專(zhuān)車(chē)”。未來(lái)，長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭還將承擔(dān)中國(guó)航天更多類(lèi)型的發(fā)射任務(wù)。
最大上行運(yùn)力6.9噸，天舟飛船運(yùn)輸能力過(guò)硬
天舟系列貨運(yùn)飛船是由我國(guó)自主設(shè)計(jì)、研發(fā)的貨運(yùn)飛船，主要用于對(duì)中國(guó)空間站在軌運(yùn)行期間，提供補(bǔ)給支持。
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天舟系列貨運(yùn)飛船由貨物艙和資源艙組成，其中加壓的貨物艙主要用于裝載工作和生活物資，推進(jìn)艙除了提供動(dòng)力和電力，還可以貯存為空間站運(yùn)送的推進(jìn)劑并實(shí)現(xiàn)在軌補(bǔ)加。“天舟”的運(yùn)行軌道不高于450公里，物資上行運(yùn)載能力約6.9噸，在軌飛行時(shí)間最長(zhǎng)可持續(xù)約1年。天舟飛船具有運(yùn)輸能力強(qiáng)、飛行時(shí)間長(zhǎng)、發(fā)射頻度高等突出優(yōu)勢(shì)，既是中國(guó)空間站專(zhuān)屬貨物和補(bǔ)給運(yùn)輸平臺(tái)，也可以拓展成為面向社會(huì)開(kāi)放共享的空間科學(xué)技術(shù)和應(yīng)用項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
五艘天舟飛船分屬兩個(gè)批次，其中，天舟一號(hào)、二號(hào)為第一批次產(chǎn)品；天舟三號(hào)、四號(hào)和五號(hào)則是第二批次。和“前輩”相比，后三艘天舟飛船進(jìn)行了一系列優(yōu)化：首先是刪減了微波雷達(dá)，而且將分體式激光雷達(dá)更新為一體式激光雷達(dá)；其次，采用一體化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行推進(jìn)系統(tǒng)和推進(jìn)劑補(bǔ)加，而且8個(gè)推進(jìn)劑貯箱數(shù)量和4個(gè)推進(jìn)劑裝載量，可以根據(jù)實(shí)際任務(wù)的需要實(shí)施動(dòng)態(tài)調(diào)整；最后，還將導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行了多項(xiàng)優(yōu)化，提高了復(fù)雜環(huán)境下的計(jì)算能力和控制能力。
天舟飛船主要有四個(gè)功能，一是為空間站補(bǔ)加推進(jìn)劑；二是運(yùn)送空間站所需的維修和更換設(shè)備；三是運(yùn)送航天員在空間站上工作、生活期間所需的各種物資；四是向空間站運(yùn)送必要的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和用品。
推進(jìn)劑、冰墩墩、節(jié)日禮包，“天舟”都送過(guò)這些東西
另一方面，南都大數(shù)據(jù)研究院還梳理了五艘天舟飛船的“貨物清單”。
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五位“太空快遞小哥”的單次運(yùn)貨重量都在6噸以上（天舟五號(hào)為6.7噸），但包裹數(shù)量并不相同。天舟一號(hào)的主要任務(wù)是驗(yàn)證將推進(jìn)劑補(bǔ)加到天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室等任務(wù)，只攜帶了約100個(gè)包裹。進(jìn)入空間站時(shí)代后，天舟飛船的運(yùn)送任務(wù)也復(fù)雜了不少。天舟二號(hào)為天和核心艙帶去約2噸推進(jìn)劑，包裹數(shù)量也控制在160個(gè)左右，主要為在軌駐留三個(gè)月的神舟十二號(hào)航天員乘組帶去工作、生活的物資和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。神舟十三號(hào)、十四號(hào)和十五號(hào)航天員乘組的駐留時(shí)間都是半年，因此后續(xù)三艘貨運(yùn)飛船所裝載的包裹也增加到200多個(gè)。此外，得益于空間站的功能優(yōu)化與推進(jìn)效率提升，天舟四號(hào)所攜帶的推進(jìn)劑也減少到750公斤左右，天舟五號(hào)則帶了1.4噸補(bǔ)加推進(jìn)劑。
而從物品清單來(lái)看，推進(jìn)劑燃料、空間科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)設(shè)備與應(yīng)用載荷、空間站的維修與平臺(tái)設(shè)備，以及未來(lái)一段時(shí)間航天員在軌生活、工作所需的物品等都是必帶的常規(guī)物資。據(jù)航天科技集團(tuán)五院貨運(yùn)飛船系統(tǒng)總體副主任設(shè)計(jì)師張振華介紹，天舟五號(hào)裝載了八個(gè)貯箱，里面搭載了“澳門(mén)學(xué)生科普衛(wèi)星一號(hào)”等三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)、五臺(tái)載荷設(shè)備去開(kāi)展空間實(shí)驗(yàn)，并增加了兩個(gè)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)單元的冷藏貨包，而天舟三號(hào)、天舟四號(hào)只裝載了四個(gè)貯箱。此外，天舟五號(hào)還搭載了我國(guó)首臺(tái)空間應(yīng)用燃料電池升空，將驗(yàn)證燃料電池在微重力等空間環(huán)境下的運(yùn)行特性規(guī)律。
神舟十三號(hào)航天員進(jìn)入天舟三號(hào)內(nèi)部清點(diǎn)物資（圖片來(lái)源：中國(guó)載人航天工程辦公室）
另一方面，不同的“太空快遞小哥”也會(huì)攜帶一些特別的貨物。例如，天舟二號(hào)和天舟三號(hào)飛船一共帶了三套我國(guó)自主研制的“飛天”艙外航天服，每套造價(jià)高達(dá)3000萬(wàn)元人民幣。此外，天舟三號(hào)還為神舟十三號(hào)航天員乘組帶去了裝著冰墩墩的盲盒。天舟四號(hào)裝上了支持開(kāi)展空間科學(xué)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)上行的低溫鎖柜，俗稱(chēng)“冰箱”。同時(shí)，它也為空間站送去了此前面向社會(huì)、高校征集的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)施與材料，并“快遞”了為航天員準(zhǔn)備的節(jié)日食品、獎(jiǎng)勵(lì)食品和“盲盒”食品等。天舟五號(hào)則帶上了給神舟十五號(hào)航天員乘組的春節(jié)大禮包，以及兩個(gè)乘組在空間站進(jìn)行交接的禮物。具體是什么？還有待航天員們?cè)诳臻g站上“拆快遞”揭曉。
為天舟飛船上的貨物打包也是一門(mén)學(xué)問(wèn)。例如，天舟四號(hào)增加了貨包色彩標(biāo)識(shí)，航天員查找貨物更加直觀、容易。針對(duì)貨物艙中的貨格與蓋板，天舟四號(hào)也設(shè)計(jì)了更便捷的尼龍搭扣連接方式，在軌可隨時(shí)開(kāi)合。此外，科研人員還對(duì)貨包內(nèi)的緩沖泡沫進(jìn)行分塊小型化優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小空間占用，更便于收納存儲(chǔ)。
相比“同行”，天舟飛船都有這些優(yōu)勢(shì)
與其他貨運(yùn)飛船相比，“天舟”有什么優(yōu)勢(shì)？取得了哪些突破？南都大數(shù)據(jù)研究院進(jìn)行了梳理與分析。
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資料顯示，20多年來(lái)主要由5個(gè)系列的貨運(yùn)飛船為國(guó)際空間站“送貨”。其中，上行運(yùn)載能力與“天舟”相當(dāng)?shù)腁TV貨運(yùn)飛船和HTV宇宙飛船已經(jīng)退役。目前主要負(fù)責(zé)運(yùn)送物資的是由美國(guó)SPACE X公司研制的貨運(yùn)龍飛船和俄羅斯的進(jìn)步號(hào)飛船，其最大上行運(yùn)載能力都與天舟飛船存在一定差距。據(jù)NASA統(tǒng)計(jì)，貨運(yùn)龍飛船每年要送貨4-5次，才能支持6名在軌航天員的工作、生活。相對(duì)地，天舟飛船憑借著領(lǐng)先的上行運(yùn)載能力，每年只需發(fā)射2次，就能滿足3名航天員在軌駐留半年的物資需要，成本大大降低。
在交會(huì)對(duì)接上，運(yùn)營(yíng)超過(guò)40年，經(jīng)過(guò)多次技術(shù)改良、升級(jí)的進(jìn)步號(hào)飛船不斷提速。十多年前，從哈薩克斯坦拜科努爾航天基地“發(fā)貨”后，進(jìn)步號(hào)飛船一般需時(shí)兩天左右，才能對(duì)接上“買(mǎi)家”國(guó)際空間站。2012年8月，俄羅斯優(yōu)化了交會(huì)對(duì)接方案，飛船只需約6個(gè)小時(shí)就可將物資“送達(dá)”。到了2018年，用時(shí)進(jìn)一步減少到3.5小時(shí)左右。據(jù)俄羅斯聯(lián)邦航天局介紹，科學(xué)家們正在研究?jī)H2小時(shí)就能完成自動(dòng)交會(huì)對(duì)接的新方案。另一方面，天舟貨運(yùn)飛船的交會(huì)對(duì)接用時(shí)也在持續(xù)減少。根據(jù)空間站最新的調(diào)相機(jī)動(dòng)數(shù)據(jù)、運(yùn)載火箭推力與飛船入軌準(zhǔn)度等計(jì)算，天舟五號(hào)只需約3小時(shí)，就可與空間站完成自動(dòng)快速交會(huì)對(duì)接，較天舟四號(hào)時(shí)的6.5小時(shí)壓縮超一半，創(chuàng)下新紀(jì)錄。據(jù)中國(guó)載人航天工程辦公室消息，早在北京時(shí)間2022年11月9日，已完成既定任務(wù)的天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船，順利撤離空間站組合體，轉(zhuǎn)入獨(dú)立飛行階段，也為天舟五號(hào)的到來(lái)提供條件。
天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船順利撤離空間站組合體（圖片來(lái)源：中國(guó)載人航天工程辦公室）
值得注意的是，貨運(yùn)龍飛船是現(xiàn)在唯一可回收再利用的貨運(yùn)飛船，而且還具備3—3.5噸的下行運(yùn)載能力，這也是天舟飛船未來(lái)優(yōu)化、改進(jìn)的方向。
出品：南都大數(shù)據(jù)研究院
數(shù)據(jù)采集分析：陳澤然
制圖：何欣
數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)家航天局、中國(guó)航天科技集團(tuán)、中國(guó)載人航天工程辦公室、NASA、歐洲航天局、俄羅斯聯(lián)邦航天局、俄羅斯國(guó)家航天集團(tuán)、新華社等媒體報(bào)道
圖片來(lái)源：中國(guó)航天科技集團(tuán)、中國(guó)載人航天工程辦公室、新華社等
統(tǒng)計(jì)截止時(shí)間：2022年11月12日
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