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6吨“快递”上天宫,只待神舟“签收人”
天舟四号与天和核心舱顺利对接,下月发射神舟十四号载人飞船
  5月10日凌晨1时56分,天舟四号货运飞船在位于海南文昌的中国文昌航天发射场由长征七号遥五运载火箭成功发射。8时54分,天舟四号顺利完成与空间站天和核心舱后向对接。这是2022年中国空间站建造任务的首次发射,标志着中国空间站正式开启全面建造。
  看点1 天舟四号肩负什么重要使命?
  天舟四号任务是中国空间站开启建造阶段的揭幕之战,也是全面完成中国空间站建设、实现载人航天工程“三步走”战略目标的关键之战,将为稳步推进我国空间站工程任务、打造国家太空实验室奠定坚实基础。
  航天科技集团五院天舟货运飞船系统主任设计师杨胜介绍,作为空间站的地面后勤补给航天器,天舟货运飞船采用型谱化方案,设计了满足不同货物运输需求的全密封、半密封半开放、全开放3种货物舱模块,与通用推进舱模块组合形成全密封货运飞船、半密封半开放货运飞船和全开放货运飞船3种型谱。
  “天舟四号货运飞船为全密封货运飞船,是现役货物运输能力最大、在轨支持能力最全面的货运飞船。”杨胜说,它承担着为神舟十四号乘组提供物资保障、空间站在轨运营支持和开展空间科学实验的使命,停靠空间站期间将实施货物补给、推进剂补加。 
  看点2 为空间站带去哪些“大礼包”?
  作为中国空间站建造阶段发出的第一件“太空快递”,天舟四号为满载状态,物品种类丰富多样。
  航天科技集团五院货运飞船系统总设计师白明生介绍,天舟四号装载了共计200余件(套)货物,其中包括货包货物和直接安装货物,将为神舟十四号航天员6个月在轨驻留、空间站组装建造、开展材料科学实验等空间应用领域提供物资保障。
  “其中一件货物是力矩陀螺,重达170公斤,是目前已运输的物资里最重的。”白明生说,除此之外,天舟四号还搭载了3个实验项目,均来自征集活动。
  而在货物装载方面,科研人员对天舟四号也进行了持续优化和改进。“天舟四号携带了补加推进剂约750公斤,与天舟三号时相比差不多,但上行物资总重约6000公斤,比天舟三号多了300公斤,货物的运输能力有了进一步的提高。”白明生介绍,“这次没有再带舱外航天服,上边已经有3套了。”
  与天舟三号相比,天舟四号的货物取用将更加方便。比如,天舟四号增加了货包色彩标识,航天员查找货物将更加直观。货物舱中的货格与盖板,天舟四号增加了更加便捷的尼龙搭扣连接方式,在轨可随时开合。此外,科研人员还对货包内的缓冲泡沫进行分块小型化优化设计,减小空间占用,更便于收纳存储。 
  看点3 如何精准实现“太空之吻”? 
  要在茫茫太空中将“时鲜货”送达,天舟四号需“万里穿针”,与空间站精准、安全、可靠对接,实现“太空之吻”,这对货运飞船的对接机构是一场考验。
  承担对接机构分系统研制的航天科技集团八院相关设计师介绍,我国空间站的建造犹如“搭积木”,而连接起各个舱段的“关节”正是对接机构。在对接机构设计之初,设计师就充分考虑到了未来空间站建造需要适应8到180吨各种吨位、各种方式的对接。
  对接过程中产生的巨大对接能量,给对接机构的缓冲耗能能力提出了更高要求。为了让两个重量级的航天器在对接时可以“轻盈优雅”,设计师们通过大量的技术攻关和方案论证,系统性地提出了可控阻尼的控制思路,通过缓冲等措施,既不影响捕获性能,又可以抵消撞击的能量,突破了这项关键技术。
  10日凌晨,天舟四号顺利升空入轨后,飞船采用快速自主交会对接模式,经过远距离自主导引、近距离自主导引,与空间站组合体的相对距离从5公里逐渐缩小至400米、200米、19米……在19米处,天舟四号短暂停泊并进行最后的状态稳定,以便精准实施交会对接。“天舟四号转最后靠拢。”随着地面指挥人员口令发出,天舟四号逐渐接近天和核心舱后向端口。对接的瞬间,核心舱外摄像机传回的画面几乎没有晃动,对接机构迅速锁紧,交会对接顺利完成。
  “看起来对接过程是瞬间完成的,就像两块乐高积木‘咔哒’组合到一起,实际上整个过程包含了接触、捕获、锁紧、密封等一系列动作。”航天科技集团八院控制所载人航天型号技术负责人王有波说,从对接准备指令发出到对接锁紧完成,近20分钟时间里,十余个动作一气呵成,确保空间站形成稳定密封的组合体。
  看点4 长征七号运载火箭有何变化?
  长征七号运载火箭与天舟货运飞船已是一对“老友”。航天科技集团一院长征七号运载火箭总体主任设计师邵业涛介绍,本次是长征七号运载火箭与天舟货运飞船第四次携手奔赴太空,“太空快递小哥”与它的乘客已十分默契,火箭总体技术状态也趋于稳定。
  为满足未来空间站的运营需求,由航天科技集团一院抓总研制的长征七号遥五运载火箭对发射前的流程进行了优化,将测试、发射周期减少4天,由原来的31天缩减到27天,这也是长征七号运载火箭首次在一个月内完成测试、发射。本次任务中,火箭共有发射前流程优化和可靠性提升等17项技术状态变化。
  看点5 何时完成空间站在轨建造?
  根据任务安排,发射天舟四号货运飞船后,月将发射神舟十四号载人飞船,月发射空间站问天实验舱,10月发射空间站梦天实验舱,空间站的三个舱段将形成“T”字基本构型,完成中国空间站的在轨建造。之后还将实施天舟五号货运飞船和神舟十五号载人飞船发射任务。
  据介绍,神舟十四号和神舟十五号两个乘组均由三名航天员组成,都将在轨飞行6个月,并将首次实现在轨乘组轮换,实现不间断有人驻留。两个乘组6名航天员将共同在轨驻留5到10天。
  “今年完成空间站在轨建造以后,工程将转入为期10年以上的应用与发展阶段。初步计划是每年发射两艘载人飞船和两艘货运飞船。航天员要长期在轨驻留,开展空间科学实验和技术试验,并对空间站进行照料和维护。”中国载人航天工程办公室主任郝淳说。
  此外,为进一步提升工程的综合能力和技术水平,我国还将研制新一代载人运载火箭和新一代载人飞船。其中,新一代载人运载火箭和新一代载人飞船的返回舱都可以实现重复使用;新一代载人飞船综合能力也将得到大幅提升,可以搭载7名航天员。另外,还将开展更大规模的空间研究实验和新技术试验。