轉(zhuǎn)自：巔峰高地 ? ?作者：巔峰執(zhí)筆
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????????繼長征5B遙二運(yùn)載火箭發(fā)射天宮空間站天和核心艙之后，海南文昌發(fā)射場(chǎng)的另一枚火箭長征七號(hào)遙三日前也已經(jīng)完成垂直總裝，并將于近期擇機(jī)實(shí)施垂直轉(zhuǎn)運(yùn)與發(fā)射任務(wù)，此次任務(wù)載荷是天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船。
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長征七號(hào)遙三運(yùn)載火箭垂直總裝
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????????按照任務(wù)計(jì)劃，天宮空間站在軌建造劃分為“關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段”與“在軌建造階段”，兩大階段各安排6次發(fā)射，關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段首發(fā)任務(wù)長征5B遙一已于去年成功實(shí)施，近日成功入軌的天和核心艙是該階段第二次發(fā)射，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船則是關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證階段的第三次發(fā)射任務(wù)。
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天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船
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????????天宮空間站在軌組裝將歷經(jīng)多種構(gòu)型，今年將首先完成一字形構(gòu)型，明年還有L形、T形兩種構(gòu)型，所謂一字形主要是指天舟二號(hào)與神舟十二號(hào)分別對(duì)接天和核心艙的前向與后向?qū)涌凇?/p>
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今年建成一字形構(gòu)型
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????????不過，今年年內(nèi)我們看到的最大構(gòu)型其實(shí)并不是一字形，而是不規(guī)則的小T形構(gòu)型，天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船將在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
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今年將看到的天宮空間站最大構(gòu)型
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????????天和核心艙是近十余年來人類發(fā)射的最大單體航天器，同時(shí)也是我國迄今為止發(fā)射的最大單體航天器，然而在此之前擁有此殊榮的則是天舟貨運(yùn)飛船。
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????????四年前，在載人航天工程二步走計(jì)劃天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室任務(wù)中我們成功實(shí)施了天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船任務(wù)，該飛船連續(xù)實(shí)施三次在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加試驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行了快速交會(huì)對(duì)接、航天器繞飛、天基測(cè)控等一系列關(guān)鍵技術(shù)演示驗(yàn)證。
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????????????????????????????????????????????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室對(duì)接
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????????備戰(zhàn)空間站任務(wù)的天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船已于3月20日進(jìn)駐海南文昌發(fā)射場(chǎng)，歷經(jīng)40多天總裝測(cè)試工作后于4月28日按照既定時(shí)間節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入加注區(qū)開展燃料加注工作。
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????????空間站系統(tǒng)楊宏總師披露，天宮空間站各次任務(wù)耦合度極高，以天和核心艙為例，在發(fā)射入軌后的48小時(shí)內(nèi)要評(píng)估其在軌狀態(tài)，進(jìn)而為天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船發(fā)出任務(wù)指令，后者將根據(jù)該指令轉(zhuǎn)入發(fā)射倒計(jì)時(shí)準(zhǔn)備階段。隨后待天舟二號(hào)與天和核心艙對(duì)接后評(píng)估對(duì)接狀態(tài)，再給神舟十二號(hào)載人飛船發(fā)出任務(wù)指令，以此類推往后的每一次發(fā)射都將按照這一流程實(shí)施。
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神舟載人飛船
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????????天舟二號(hào)在天和核心艙發(fā)射前一天就已經(jīng)轉(zhuǎn)入燃料加注階段工作，為轉(zhuǎn)入發(fā)射倒計(jì)時(shí)階段做好了必要準(zhǔn)備。當(dāng)前天和核心艙發(fā)射入軌早已超出48小時(shí)，可以確信天舟二號(hào)也已經(jīng)轉(zhuǎn)入發(fā)射倒計(jì)時(shí)階段。
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????????在每一批次天舟/神舟任務(wù)中，天舟貨運(yùn)飛船總是在神舟載人飛船之前發(fā)射，這是兵馬未動(dòng)糧草先行，確保空間站有足夠的各項(xiàng)物資儲(chǔ)備以便服務(wù)航天員的長期在軌駐留任務(wù)。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????天舟貨運(yùn)飛船貨物艙
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????????天舟二號(hào)作為空間站首發(fā)貨運(yùn)飛船其肩負(fù)的任務(wù)自然是與眾不同：
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????????1.首先它將與天和核心艙后端通道對(duì)接，并等待神舟十二號(hào)的到來，后者將與天和核心艙前端節(jié)點(diǎn)艙前向?qū)涌趯?duì)接，首批3名航天員進(jìn)駐天宮空間站的駐留時(shí)間是3個(gè)月；
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????????2.待神舟十二號(hào)撤離后天舟二號(hào)將繞飛至節(jié)點(diǎn)艙前向?qū)涌趯?duì)接，目的是驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)艙的推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加能力；
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???????????????????????????????????????????????????????????????天舟二號(hào)繞飛核心艙對(duì)接前向?qū)涌?/p>
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????????3.天和核心艙機(jī)械臂捕獲天舟二號(hào)進(jìn)行輔助轉(zhuǎn)位對(duì)接試驗(yàn)。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????天舟二號(hào)貨運(yùn)飛船轉(zhuǎn)位對(duì)接試驗(yàn)
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????????天舟二號(hào)轉(zhuǎn)位對(duì)接試驗(yàn)是一箭雙雕之舉，首先可以復(fù)現(xiàn)明年問天與夢(mèng)天兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙的轉(zhuǎn)位對(duì)接任務(wù)，再就是復(fù)現(xiàn)空間站主機(jī)械臂捕獲懸停飛行器進(jìn)而輔助對(duì)接的任務(wù)。根據(jù)任務(wù)演示視頻提示，天舟二號(hào)與機(jī)械臂對(duì)接的適配器安裝在貨艙前錐段。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????????實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位對(duì)接
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????????天宮空間站是建設(shè)科技強(qiáng)國、航天強(qiáng)國的重要引領(lǐng)性工程，最終它將成為一座國家級(jí)太空實(shí)驗(yàn)室，其建設(shè)目標(biāo)處處瞄準(zhǔn)的是“世界領(lǐng)先、國際先進(jìn)”，比如已經(jīng)發(fā)射入軌的天和核心艙，應(yīng)用了霍爾電推、三結(jié)柔性砷化鎵電池翼、七自由度空間機(jī)械臂、激光交會(huì)對(duì)接雷達(dá)、新一代測(cè)控系統(tǒng)等一系列先進(jìn)技術(shù)裝備，是當(dāng)前人類載人航天技術(shù)的集大成者。
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????????不僅天和核心艙瞄準(zhǔn)世界領(lǐng)先，服務(wù)空間貨物運(yùn)輸?shù)奶熘圬涍\(yùn)飛船從立項(xiàng)伊始瞄準(zhǔn)的目標(biāo)同樣也是“世界領(lǐng)先”。
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???????????????????????????????????????????????????????????????????????????天舟貨運(yùn)飛船
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????????天舟貨運(yùn)飛船的技術(shù)領(lǐng)先主要體現(xiàn)在六大方面：
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一、世界現(xiàn)役貨運(yùn)飛船最強(qiáng)運(yùn)力
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????????天舟貨運(yùn)飛船采用貨物艙與推進(jìn)艙兩艙結(jié)構(gòu)方案，貨物艙為密封艙，最大直徑3.35米，該艙段分為前錐段、全密封柱段、后錐段三部分，貨物貯存在全密封柱段內(nèi)，推進(jìn)艙直徑約2.5米。
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????????????????????????????????????????????????????????????????天舟飛船貨物艙結(jié)構(gòu)
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????????飛船軸向總長約10.6米，上行貨運(yùn)能力為6.5噸。
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????????世界現(xiàn)役其他各型貨運(yùn)飛船上行貨運(yùn)指標(biāo)：進(jìn)步MS（2.25噸）、HTV（6噸）、天鵝座（3.5噸）、貨運(yùn)龍（3.31噸）。
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????????由此可見天舟貨運(yùn)飛船上行運(yùn)力居于世界現(xiàn)役各型貨運(yùn)飛船之首。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????天鵝座貨運(yùn)飛船
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二、世界現(xiàn)役貨運(yùn)飛船上行貨重比之首
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????????天舟貨運(yùn)飛船進(jìn)行了全要素輕量化設(shè)計(jì)，飛船總重13.5噸，結(jié)合6.5噸上行貨運(yùn)能力的貨重比為0.48。
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????????????????????????????????????????????????????????????????天舟飛船貨架結(jié)構(gòu)
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????????世界現(xiàn)役其他各型貨運(yùn)飛船上行貨重比：進(jìn)步MS（0.33）、HTV（0.36）、天鵝座（0.46）、貨運(yùn)龍（0.32）。
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????????貨重比是衡量貨運(yùn)飛船運(yùn)載效率的核心指標(biāo)，即上行運(yùn)力與飛船總重量的比值，比值越大運(yùn)載效率越高。
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三、首創(chuàng)“推進(jìn)-補(bǔ)加一體化設(shè)計(jì)”
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????????在天舟貨運(yùn)飛船問世前，放眼全球只有進(jìn)步號(hào)與歐空局ATV貨運(yùn)飛船具備推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加功能，后兩款飛船用于推進(jìn)劑補(bǔ)加的模塊與飛船自用推進(jìn)模塊是相互隔離的獨(dú)立設(shè)計(jì)，任務(wù)適應(yīng)性差。
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???????????????????????????????????????????????????????????????????????推進(jìn)/補(bǔ)加一體化推進(jìn)艙
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????????天舟貨運(yùn)飛船全新研制400L金屬膜片貯箱，它們既有推進(jìn)貯箱，也有補(bǔ)加貯箱，二者可以混合搭載，能夠視需求靈活增減推進(jìn)貯箱與補(bǔ)加貯箱，具有優(yōu)異的任務(wù)適應(yīng)性。推進(jìn)劑總攜帶量3.1噸，用于補(bǔ)加的推進(jìn)劑2.1噸。
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四、首創(chuàng)全自主快速對(duì)接
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????????快速交會(huì)對(duì)接是載人航天領(lǐng)域的必備提升技能，例如載人飛船快速救援、空間站應(yīng)急維修需要貨運(yùn)飛船快速發(fā)射等任務(wù)需求。
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????????????????????????????????????????????????????????????天舟一號(hào)自主快速交會(huì)對(duì)接示意圖
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????????進(jìn)步貨運(yùn)飛船、聯(lián)盟系列載人飛船曾多次驗(yàn)證快速交會(huì)對(duì)接任務(wù)，但這些任務(wù)中的關(guān)鍵事件仍然需要地面干預(yù)。
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????????天舟貨運(yùn)飛船則在天舟一號(hào)任務(wù)中首次應(yīng)用全自主交會(huì)對(duì)接技術(shù)，基于絕對(duì)定位數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)快速交會(huì)對(duì)接過程中的自主制導(dǎo)與導(dǎo)航，整個(gè)過程無需地面干預(yù)。
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五、姿軌控動(dòng)力系統(tǒng)的完善與強(qiáng)化
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????????????天舟貨運(yùn)飛船采用純噴氣式姿軌控方案，配置36臺(tái)姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)，其中4臺(tái)為490N軌控發(fā)動(dòng)機(jī)，32臺(tái)姿控發(fā)動(dòng)機(jī)推力分別為150N、120N、25N。
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????????????????????????????????????????????????????????????天舟尾部是4臺(tái)490N軌控發(fā)動(dòng)機(jī)
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????????天舟二號(hào)在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)一步強(qiáng)化姿軌控動(dòng)力系統(tǒng)配置，具備空間站全方位對(duì)接能力，不論是后向，還是前向，亦或者徑向都可對(duì)接，且具備空間站包括一字形、L形、T形在內(nèi)所有構(gòu)型對(duì)接任務(wù)適應(yīng)力。不僅具備自主對(duì)接能力，還可以與空間站機(jī)械臂合作執(zhí)行準(zhǔn)靜態(tài)懸停捕獲與輔助對(duì)接任務(wù)。
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????????與空間站對(duì)接后天舟貨運(yùn)飛船還可勝任空間站整站軌道抬升任務(wù)。
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六、飛船系列化發(fā)展，型譜完善
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????????天舟貨運(yùn)飛船分為全密封、半開放、全開放三種構(gòu)型：全密封主要執(zhí)行加壓貨運(yùn)以及燃料在軌補(bǔ)加任務(wù)；半開放構(gòu)型則可以兼顧加壓貨運(yùn)與小型艙外載荷運(yùn)輸，艙外載荷由空間站機(jī)械臂取出；全開放構(gòu)型則取消加壓貨運(yùn)能力，進(jìn)而運(yùn)輸較大規(guī)模的艙外載荷，也是由空間站機(jī)械臂取出。
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????????????????????????????????????????????????????????全密封、半開放、全開放三種構(gòu)型
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????????必要時(shí)還可以發(fā)射5噸級(jí)小型艙段，此為第四種構(gòu)型。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????天舟半開放構(gòu)型
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????????得益于天舟貨運(yùn)飛船強(qiáng)大的上行運(yùn)輸能力，其在空間站運(yùn)營階段發(fā)射頻次相較于國際空間站顯著降低，每8個(gè)月發(fā)射一次，同時(shí)天舟貨運(yùn)飛船未來還可以承擔(dān)載人月球任務(wù)中環(huán)月軌道空間站的補(bǔ)給任務(wù)。
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????????不過還應(yīng)當(dāng)看到，雖然該型飛船在諸多技術(shù)指標(biāo)上居于世界領(lǐng)先水平，但這并不意味著我們可以就此止步。
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????????比如我們還存在上行貨運(yùn)能力過剩的問題，小規(guī)模上行貨運(yùn)效費(fèi)比低，再比如天宮空間站的下行貨運(yùn)能力也比較薄弱。
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????????????????????????????????????????????????????????????????天宮空間站還需拓展下行貨運(yùn)業(yè)務(wù)
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????????為此載人航天辦公室已于今年年初發(fā)布“關(guān)于征集‘面向空間站運(yùn)營的低成本貨物運(yùn)輸’方案設(shè)想的公告”，公告中明確提出上行貨運(yùn)1至4噸的運(yùn)力需求，這一指標(biāo)顯然低于天舟貨運(yùn)飛船，目的很明確，就是增強(qiáng)天地貨運(yùn)任務(wù)的靈活性與低成本，還提出300公斤級(jí)下行貨運(yùn)能力。
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公告背景介紹
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????????3?00公斤級(jí)下行貨運(yùn)指標(biāo)顯著低于SpaceX公司貨運(yùn)龍飛船的2.5噸，這是為什么呢？
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????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????貨運(yùn)龍飛船
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????????首先300公斤級(jí)下行貨運(yùn)指標(biāo)條件下，火箭上行發(fā)射與飛船下行返回綜合成本將更低，其次大運(yùn)力的下行貨運(yùn)飛船我們?cè)缫延兄槐刂貜?fù)建設(shè)。
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????????去年成功首飛的新一代載人飛船試驗(yàn)船原本就是以貨運(yùn)飛船名目發(fā)起的項(xiàng)目，該型飛船返回艙可以基于氣囊緩沖方案實(shí)現(xiàn)無損著陸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與貨運(yùn)龍飛船一樣的重復(fù)使用能力，且我們的飛船更大，在執(zhí)行貨運(yùn)任務(wù)時(shí)，不論是上行運(yùn)輸，還是下行返回能力都遠(yuǎn)在貨運(yùn)龍之上。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????新載人飛船亦可變身貨運(yùn)飛船
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今時(shí)今日的我國航天歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)積累已經(jīng)有了琳瑯滿目的貨架技術(shù)，只要提出需求就可以在較短的時(shí)間內(nèi)研制出來，如同殲-20的研制使我們進(jìn)入航空戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)制造的自由王國一樣，航天自由王國的時(shí)代也即將來臨。
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