（原標(biāo)題：“2小時達(dá)”！中國航天又創(chuàng)一項(xiàng)世界紀(jì)錄）
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11月12日12時10分，天舟五號貨運(yùn)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(shí)現(xiàn)了兩小時自主快速交會對接，航天科技集團(tuán)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(jì)錄，創(chuàng)下新的世界紀(jì)錄。
天舟五號的交會對接過程，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小時快速交會對接相比，天舟五號主要從兩方面進(jìn)行了調(diào)整。一是優(yōu)化了交會對接的控制制導(dǎo)策略，遠(yuǎn)距離導(dǎo)引過程由多圈次壓縮為不到一圈，將多次軌道機(jī)動壓縮為了兩次綜合軌道機(jī)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(rèn)飛船狀態(tài)的停泊點(diǎn)，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(yán)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�，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︼w船飛行狀態(tài)要求較高，所以未曾在軌實(shí)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(biāo)志著我國實(shí)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(yùn)營有著非�，F(xiàn)實(shí)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(yùn)輸時間，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間。
當(dāng)然，2小時交會對接只是飛船交會對接的選項(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(shí)施，標(biāo)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(biāo)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(qiáng)，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(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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北京時間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，約10分鐘后，天舟五號貨運(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(hù)航
這是天舟系列貨運(yùn)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(yùn)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(shí)驗(yàn)室實(shí)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(yàn)證了貨物運(yùn)輸?shù)牡孛婧笄诒Ｕ舷到y(tǒng)和長期獨(dú)立飛行等功能。
2021年5月以來，天舟二號等四艘貨運(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(yùn)飛船都在海南文昌發(fā)射場實(shí)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(shí)驗(yàn)艙、夢天實(shí)驗(yàn)艙三個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(yùn)載火箭采用液氧煤油作為推進(jìn)劑，是我國新一代高可靠、高安全的中型液體運(yùn)載火箭�；鸺傞L53.1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(yùn)載能力約13.5噸，太陽同步軌道運(yùn)載能力約5.5噸。
長征七號運(yùn)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(yuǎn)征1A上面級、多用途飛船縮比返回艙等6類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)為我國載人航天的“貨運(yùn)專車”。未來，長征七號運(yùn)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(yùn)力6.9噸，天舟飛船運(yùn)輸能力過硬
天舟系列貨運(yùn)飛船是由我國自主設(shè)計(jì)、研發(fā)的貨運(yùn)飛船，主要用于對中國空間站在軌運(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�！疤熘邸钡倪\(yùn)行軌道不高于450公里，物資上行運(yùn)載能力約6.9噸，在軌飛行時間最長可持續(xù)約1年。天舟飛船具有運(yùn)輸能力強(qiáng)、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(bǔ)給運(yùn)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(xiàng)目實(shí)驗(yàn)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(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個推進(jìn)劑貯箱數(shù)量和4個推進(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(yàn)證將推進(jìn)劑補(bǔ)加到天宮二號空間實(shí)驗(yàn)室等任務(wù)，只攜帶了約100個包裹。進(jìn)入空間站時代后，天舟飛船的運(yùn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(yùn)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(jìn)效率提升，天舟四號所攜帶的推進(jìn)劑也減少到750公斤左右，天舟五號則帶了1.4噸補(bǔ)加推進(jìn)劑。
而從物品清單來看，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(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(xiàng)實(shí)驗(yàn)、五臺載荷設(shè)備去開展空間實(shí)驗(yàn)，并增加了兩個細(xì)胞實(shí)驗(yàn)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(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。
神舟十三號航天員進(jìn)入天舟三號內(nèi)部清點(diǎn)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(dá)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(shí)驗(yàn)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(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(jìn)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(biāo)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(jì)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(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。
相比“同行”，天舟飛船都有這些優(yōu)勢
與其他貨運(yùn)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(jìn)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(yùn)飛船為國際空間站“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SPACE X公司研制的貨運(yùn)龍飛船和俄羅斯的進(jìn)步號飛船，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。
在交會對接上，運(yùn)營超過40年，經(jīng)過多次技術(shù)改良、升級的進(jìn)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(jìn)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(dá)”。到了2018年，用時進(jìn)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(yùn)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(jī)動數(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(jì)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(yùn)飛船，順利撤離空間站組合體，轉(zhuǎn)入獨(dú)立飛行階段，也為天舟五號的到來提供條件。
天舟四號貨運(yùn)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(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)來源：國家航天局、中國航天科技集團(tuán)、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(tuán)、新華社等媒體報(bào)道
圖片來源：中國航天科技集團(tuán)、中國載人航天工程辦公室、新華社等
統(tǒng)計(jì)截止時間：2022年11月12日
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