（原標題：“2小時達”！中國航天又創(chuàng)一項世界紀錄）
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11月12日12時10分，天舟五號貨運飛船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。此次任務(wù)首次實現(xiàn)了兩小時自主快速交會對接，航天科技集團五院表示，這打破了此前國際空間站創(chuàng)造的3小時3分鐘的交會對接最短用時紀錄，創(chuàng)下新的世界紀錄。
天舟五號的交會對接過程，由航天科技集團五院502所研制的飛船制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)控制完成。與天舟貨運飛船此前的6.5小時快速交會對接相比，天舟五號主要從兩方面進行了調(diào)整。一是優(yōu)化了交會對接的控制制導(dǎo)策略，遠距離導(dǎo)引過程由多圈次壓縮為不到一圈，將多次軌道機動壓縮為了兩次綜合軌道機動，該部分用時由原本的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飛船狀態(tài)的停泊點，類似動車組減少經(jīng)停車站數(shù)量，加快了接近速度，將階段時長由2個多小時縮短為約40分鐘。
“嚴格來說，2小時交會對接并不是我們?yōu)樘熘畚逄栐黾拥男鹿δ埽暗奶熘巯盗胸涍\飛船也有該功能。只是因為該模式對飛船飛行狀態(tài)要求較高，所以未曾在軌實施�！�502所交會對接首席專家解永春說，本次交會對接任務(wù)的圓滿成功，標志著我國實現(xiàn)了交會對接方面的新突破，對我國空間站的長期在軌運營有著非�，F(xiàn)實的意義。它可以極大提高我國的太空緊急救援能力，將大大縮短運輸時間，使運輸特殊鮮活試驗品成為可能。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間。
當(dāng)然，2小時交會對接只是飛船交會對接的選項之一。飛船GNC系統(tǒng)可以根據(jù)火箭入軌的情況，自主選擇不同時長的交會對接模式，其中2小時快速交會對接是目前最快速的模式，此外還可以選擇3小時、5小時和6.5小時方案等。
解永春表示，天舟五號2小時快速交會對接的成功實施，標志著我國的自主定軌技術(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，也標志著交會對接模式更加多樣化、功能更加豐富，適應(yīng)能力更強，即我國的空間交會對接技術(shù)更趨成熟。未來，我國的空間交會對接技術(shù)還將持續(xù)進化，使這項技術(shù)更安全、更智能、更經(jīng)濟高效。
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北京時間11月12日10時03分，搭載天舟五號貨運飛船的長征七號遙六運載火箭，在我國文昌航天發(fā)射場準時點火發(fā)射，約10分鐘后，天舟五號貨運飛船與火箭成功分離并進入預(yù)定軌道，飛船太陽能帆板順利展開工作，發(fā)射取得圓滿成功。
天舟飛船五次“送快遞”，均由長征七號火箭護航
這是天舟系列貨運飛船五年以來的第五次成功發(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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我國自主研制的第一艘貨運飛船天舟一號于2017年4月成功發(fā)射。經(jīng)過兩天時間，天舟一號與天宮二號空間實驗室實現(xiàn)交會對接，形成組合體，隨后完成兩個月在軌飛行。此次任務(wù)，通過天舟一號與天宮二號的一系列測試，驗證了貨物運輸?shù)牡孛婧笄诒Ｕ舷到y(tǒng)和長期獨立飛行等功能。
2021年5月以來，天舟二號等四艘貨運飛船陸續(xù)發(fā)射，為空間站送去推進劑、實驗設(shè)備與航天員的補給等物資。
天舟二號與天和核心艙組合體（圖片來源：中國載人航天工程辦公室）
五艘貨運飛船都在海南文昌發(fā)射場實施發(fā)射。本次天舟五號發(fā)射任務(wù)也是是文昌發(fā)射場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)射場以百分之百的成功率完成了空間站天和核心艙、問天實驗艙、夢天實驗艙三個大型艙段和五艘貨運飛船的重大航天發(fā)射任務(wù)，為我國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，負責(zé)運載天舟系列貨運飛船的均為長征七號火箭。這個“專屬座駕”都有哪些特別之處？
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資料顯示，長征七號運載火箭采用液氧煤油作為推進劑，是我國新一代高可靠、高安全的中型液體運載火箭。火箭總長53.1米，起飛質(zhì)量約597噸，捆綁了四個助推器，為兩級半構(gòu)型。長征七號火箭的芯一級直徑為3.35米，近地軌道運載能力約13.5噸，太陽同步軌道運載能力約5.5噸。
長征七號運載火箭的研制時間為2002年至2014年，在2016年正式首飛。2016年6月，火箭在文昌發(fā)射場將由遠征1A上面級、多用途飛船縮比返回艙等6類7項載荷成功送進預(yù)定軌道。此后，它執(zhí)行了五艘天舟貨運飛船的發(fā)射任務(wù)，成功率100%，被譽為我國載人航天的“貨運專車”。未來，長征七號運載火箭還將承擔(dān)中國航天更多類型的發(fā)射任務(wù)。
最大上行運力6.9噸，天舟飛船運輸能力過硬
天舟系列貨運飛船是由我國自主設(shè)計、研發(fā)的貨運飛船，主要用于對中國空間站在軌運行期間，提供補給支持。
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天舟系列貨運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，推進艙除了提供動力和電力，還可以貯存為空間站運送的推進劑并實現(xiàn)在軌補加�！疤熘邸钡倪\行軌道不高于450公里，物資上行運載能力約6.9噸，在軌飛行時間最長可持續(xù)約1年。天舟飛船具有運輸能力強、飛行時間長、發(fā)射頻度高等突出優(yōu)勢，既是中國空間站專屬貨物和補給運輸平臺，也可以拓展成為面向社會開放共享的空間科學(xué)技術(shù)和應(yīng)用項目實驗平臺。
五艘天舟飛船分屬兩個批次，其中，天舟一號、二號為第一批次產(chǎn)品；天舟三號、四號和五號則是第二批次。和“前輩”相比，后三艘天舟飛船進行了一系列優(yōu)化：首先是刪減了微波雷達，而且將分體式激光雷達更新為一體式激光雷達；其次，采用一體化設(shè)計方案進行推進系統(tǒng)和推進劑補加，而且8個推進劑貯箱數(shù)量和4個推進劑裝載量，可以根據(jù)實際任務(wù)的需要實施動態(tài)調(diào)整；最后，還將導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)進行了多項優(yōu)化，提高了復(fù)雜環(huán)境下的計算能力和控制能力。
天舟飛船主要有四個功能，一是為空間站補加推進劑；二是運送空間站所需的維修和更換設(shè)備；三是運送航天員在空間站上工作、生活期間所需的各種物資；四是向空間站運送必要的空間科學(xué)實驗設(shè)備和用品。
推進劑、冰墩墩、節(jié)日禮包，“天舟”都送過這些東西
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”的單次運貨重量都在6噸以上（天舟五號為6.7噸），但包裹數(shù)量并不相同。天舟一號的主要任務(wù)是驗證將推進劑補加到天宮二號空間實驗室等任務(wù)，只攜帶了約100個包裹。進入空間站時代后，天舟飛船的運送任務(wù)也復(fù)雜了不少。天舟二號為天和核心艙帶去約2噸推進劑，包裹數(shù)量也控制在160個左右，主要為在軌駐留三個月的神舟十二號航天員乘組帶去工作、生活的物資和相關(guān)的實驗設(shè)備。神舟十三號、十四號和十五號航天員乘組的駐留時間都是半年，因此后續(xù)三艘貨運飛船所裝載的包裹也增加到200多個。此外，得益于空間站的功能優(yōu)化與推進效率提升，天舟四號所攜帶的推進劑也減少到750公斤左右，天舟五號則帶了1.4噸補加推進劑。
而從物品清單來看，推進劑燃料、空間科學(xué)技術(shù)試驗設(shè)備與應(yīng)用載荷、空間站的維修與平臺設(shè)備，以及未來一段時間航天員在軌生活、工作所需的物品等都是必帶的常規(guī)物資。據(jù)航天科技集團五院貨運飛船系統(tǒng)總體副主任設(shè)計師張振華介紹，天舟五號裝載了八個貯箱，里面搭載了“澳門學(xué)生科普衛(wèi)星一號”等三項實驗、五臺載荷設(shè)備去開展空間實驗，并增加了兩個細胞實驗單元的冷藏貨包，而天舟三號、天舟四號只裝載了四個貯箱。此外，天舟五號還搭載了我國首臺空間應(yīng)用燃料電池升空，將驗證燃料電池在微重力等空間環(huán)境下的運行特性規(guī)律。
神舟十三號航天員進入天舟三號內(nèi)部清點物資（圖片來源：中國載人航天工程辦公室）
另一方面，不同的“太空快遞小哥”也會攜帶一些特別的貨物。例如，天舟二號和天舟三號飛船一共帶了三套我國自主研制的“飛天”艙外航天服，每套造價高達3000萬元人民幣。此外，天舟三號還為神舟十三號航天員乘組帶去了裝著冰墩墩的盲盒。天舟四號裝上了支持開展空間科學(xué)醫(yī)學(xué)實驗上行的低溫鎖柜，俗稱“冰箱”。同時，它也為空間站送去了此前面向社會、高校征集的實驗項目設(shè)施與材料，并“快遞”了為航天員準備的節(jié)日食品、獎勵食品和“盲盒”食品等。天舟五號則帶上了給神舟十五號航天員乘組的春節(jié)大禮包，以及兩個乘組在空間站進行交接的禮物。具體是什么？還有待航天員們在空間站上“拆快遞”揭曉。
為天舟飛船上的貨物打包也是一門學(xué)問。例如，天舟四號增加了貨包色彩標識，航天員查找貨物更加直觀、容易。針對貨物艙中的貨格與蓋板，天舟四號也設(shè)計了更便捷的尼龍搭扣連接方式，在軌可隨時開合。此外，科研人員還對貨包內(nèi)的緩沖泡沫進行分塊小型化優(yōu)化設(shè)計，減小空間占用，更便于收納存儲。
相比“同行”，天舟飛船都有這些優(yōu)勢
與其他貨運飛船相比，“天舟”有什么優(yōu)勢？取得了哪些突破？南都大數(shù)據(jù)研究院進行了梳理與分析。
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資料顯示，20多年來主要由5個系列的貨運飛船為國際空間站“送貨”。其中，上行運載能力與“天舟”相當(dāng)?shù)腁TV貨運飛船和HTV宇宙飛船已經(jīng)退役。目前主要負責(zé)運送物資的是由美國SPACE X公司研制的貨運龍飛船和俄羅斯的進步號飛船，其最大上行運載能力都與天舟飛船存在一定差距。據(jù)NASA統(tǒng)計，貨運龍飛船每年要送貨4-5次，才能支持6名在軌航天員的工作、生活。相對地，天舟飛船憑借著領(lǐng)先的上行運載能力，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。
在交會對接上，運營超過40年，經(jīng)過多次技術(shù)改良、升級的進步號飛船不斷提速。十多年前，從哈薩克斯坦拜科努爾航天基地“發(fā)貨”后，進步號飛船一般需時兩天左右，才能對接上“買家”國際空間站。2012年8月，俄羅斯優(yōu)化了交會對接方案，飛船只需約6個小時就可將物資“送達”。到了2018年，用時進一步減少到3.5小時左右。據(jù)俄羅斯聯(lián)邦航天局介紹，科學(xué)家們正在研究僅2小時就能完成自動交會對接的新方案。另一方面，天舟貨運飛船的交會對接用時也在持續(xù)減少。根據(jù)空間站最新的調(diào)相機動數(shù)據(jù)、運載火箭推力與飛船入軌準度等計算，天舟五號只需約3小時，就可與空間站完成自動快速交會對接，較天舟四號時的6.5小時壓縮超一半，創(chuàng)下新紀錄。據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，早在北京時間2022年11月9日，已完成既定任務(wù)的天舟四號貨運飛船，順利撤離空間站組合體，轉(zhuǎn)入獨立飛行階段，也為天舟五號的到來提供條件。
天舟四號貨運飛船順利撤離空間站組合體（圖片來源：中國載人航天工程辦公室）
值得注意的是，貨運龍飛船是現(xiàn)在唯一可回收再利用的貨運飛船，而且還具備3—3.5噸的下行運載能力，這也是天舟飛船未來優(yōu)化、改進的方向。
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)來源：國家航天局、中國航天科技集團、中國載人航天工程辦公室、NASA、歐洲航天局、俄羅斯聯(lián)邦航天局、俄羅斯國家航天集團、新華社等媒體報道
圖片來源：中國航天科技集團、中國載人航天工程辦公室、新華社等
統(tǒng)計截止時間：2022年11月12日
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