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◎科技日报记者 付毅飞
据中国载人航天工程办公室消息，北京时间2022年11月12日10时03分，搭载天舟五号货运飞船的长征七号遥六运载火箭，在我国文昌航天发射场准时点火发射。12时10分，天舟五号采取自主快速交会对接模式，成功对接于空间站天和核心舱后向端口，中国航天员首次在空间站迎接货运飞船来访。
图片来源：中国载人航天
图片来源：中国载人航天此次任务中，首次实现了两小时自主快速交会对接，创造了世界纪录。这一技术突破对于提升我国空间交会对接水平，提升空间站任务应急物资补给能力具有重要意义。
从6.5小时到2小时
“快”，是天舟系列货运飞船的显著特点，也是核心难点。中国航天科技集团五院的飞船制导导航与控制（GNC）系统研制团队为此开展了多年艰苦攻关。
2017年9月12日，我国利用天舟一号成功开展与天宫二号空间实验室的6.5小时快速交会对接在轨试验，成为世界上第3个掌握近地快速交会对接的国家。2021年以来，天舟二号、天舟三号、天舟四号在与天和核心舱交会对接时，均采用自主快速交会对接方案，实现了技术的持续进步。
与6.5小时快速交会对接相比，天舟五号主要从两方面进行了方案的调整。一是优化了交会对接的控制制导策略，将远距离导引过程由多圈次压缩为不到一圈，将多次变轨压缩为了两次综合机动，该部分用时由原来的约4个多小时减少到约1个小时。二是在近距离自主控制段，减少了多个用以确认飞船状态的停泊点，类似动车组减少经停车站数量一样，加快了接近速度，该阶段时长由2个多小时缩短为约40分钟。
图片来源：中国航天科技集团五院502所交会对接首席专家解永春表示：“2小时交会对接并不是我们为天舟五号增加的新功能，之前的天舟也有该功能，只是因为该模式对飞船飞行状态要求较高，所以之前未曾进行在轨实施。”
也就是说，2小时交会对接只是飞船交会对接GNC系统的一个选项，飞船的GNC系统可以根据火箭入轨的情况，自主选择不同时长的交会对接模式，其中2小时快速交会对接是目前最快速的模式，此外还可以选择3小时、5小时和6.5小时方案等。
2小时快速交会对接技术的突破，对于中国空间站的长期在轨运营具有重大现实意义。这不仅意味着运输时间大大缩短，使运输特殊鲜活试验品成为可能，而且能够极大增强太空紧急救援能力。
天舟五号将带来这些惊喜
天舟五号任务是天舟货运飞船与长征七号运载火箭组成的空间站货物运输系统的第4次应用性飞行。
资料图：天舟五号研制。图片来源：中国航天科技集团五院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、全开放3个货物舱模块，与通用推进舱模块组合形成全密封货运飞船、半密封货运飞船和全开放货运飞船3种型谱。其中，天舟五号为全密封货运飞船，是世界现役货物运输能力最大、在轨支持能力最全面的货运飞船。
天舟五号上装载了航天员系统、空间站系统、空间应用领域的货物共计约5吨，携带补加推进剂约1.4吨，将为神舟十五号乘组3人6个月在轨驻留、空间站组装建造和空间应用领域提供物资保障。同时，天舟五号还充分利用货运飞船上行运力资源，搭载多项试验载荷，支持开展空间科学与技术试验，具备承担空间站姿态轨道控制、并网供电以及空间站遥测、数据传输支持等能力，能够实现更高的综合效益。
2022年11月3日，梦天实验舱顺利完成转位，中国空间站“T”字构型组装完成。此次天舟五号的对接目标，是达到80吨量级的空间站组合体。任务的成功，充分证明了货运飞船对接机构对大吨位目标的适应性。
此次任务是在中国空间站有人驻留的情况下进行的首次货运飞船交会对接。为了进一步提高近距离交会对接过程的可靠性，天舟五号还具备故障情况下手控遥操作交会对接的能力。当交会对接完成，航天员可以很快进入飞船，“签收”来自地面的“包裹”。
天舟五号上，搭载了五院529厂自主研发的燃料电池发电系统载荷，计划开展我国首次燃料电池空间在轨试验。科研人员希望通过该实验验证燃料电池在微重力等空间环境下的运行特性规律，掌握微重力等条件对燃料电池运行条件下的参数特性影响规律，为后续宇航燃料电池应用设计提供理论指导和数据支撑，推动宇航燃料电池工程应用发展，为我国载人探月任务推进提供有力支持。
此外，天舟五号还搭载了五院航天东方红卫星有限公司抓总研制的“澳门学生科普卫星一号”。不久后，这颗卫星将从天舟五号上放飞，再次为我们带来“太空科普大片”。
天舟货运，使命必达
有了货运飞船，人类太空长期驻留才成为可能。根据中国载人航天“三步走”发展战略，为了满足空间站任务需要，我国于2011年启动天舟货运飞船研制工作，历经数年艰苦攻关终获成功。
资料图：天舟五号研制。图片来源：中国航天科技集团五院于2017年4月成功发射的天舟一号货运飞船，全长10.6米，最大直径3.35米，最大装载状态下重量达13.5吨，一次能送6吨多货物上天，其体积、重量均创下当时我国航天器之最。
从天舟二号起，货运飞船要面向空间站建造与在轨运营任务需要，为这座“太空家园”运输和存贮货物，运输和补加推进剂，并将废弃物收集、存放，带回大气层销毁。
2021年5月29日、2021年9月20日、2022年5月10日，天舟二号、天舟三号、天舟四号先后成功发射，与天和核心舱顺利对接后，在轨进行了一系列拓展应用试验。2022年3月31日、2022年7月27日，天舟二号、天舟三号在完成在轨使命、交出圆满答卷后，先后受控离轨再入大气层。2022年11月9日，天舟四号顺利撤离空间站组合体，转入独立飞行阶段，后续将择机受控再入大气层。
为了满足密集发射的需要，天舟货运飞船实行组批生产的方式，同一批次的外形、功能相似或相近。据天舟货运飞船总设计师白明生介绍，天舟三号、四号、五号一批生产出来；天舟六号到十一号是另外一批。从天舟六号开始，会进行系统升级，如对货物舱进行比较大的改进，大幅度增强密封舱的货物运输能力等，这样给航天员提供的物资可以支撑更长的时间。
来源：科技日报、中国航天科技集团五院（查睿萌 张国航 时小丹 潘威振 庞丹 薛英民 刘宗玉）
编辑：王宇
审核：张爽
