航天科普｜从一到七“天舟”已过万重山

　　1月18日，农历腊月初八，天舟七号货运飞船满载着“好货”顺利抵达中国空间站，神舟十七号航天员乘组将接收货运飞船上行的龙年春节礼物。这次任务是2024年我国4次载人航天工程任务的首发任务，也是世界范围载人航天领域2024年首次任务。

　　从2017年天舟一号升空，到2024年1月天舟七号发射，7艘由中国航天科技集团有限公司五院抓总研制的天舟货运飞船从我国文昌航天发射场出发，支撑着中国人在太空搭建一个可以长期有人驻留的“太空之家”。

　　从载人飞船到中国空间站，中国航天员已经出征太空12次。2月10日，神舟十七号航天员乘组即将在太空迎来龙年新春。航天科技集团五院研制人员张振华介绍，天舟七号货运飞船特意携带了送给航天员的神秘“春节大礼包”。

　　本次天舟七号货运飞船首次采用3小时快速交会对接方案。一直以来，天舟货运飞船体现着我国空间交会对接技术新的发展成果，对接时间从最初的2-3天逐步压缩为8小时、6.5小时，天舟五号货运飞船还曾创造了2小时快速对接的世界纪录。

　　张振华介绍，采用3小时对接方案后，货船飞行更为自主灵活，对地面系统、火箭系统的依赖将更小。火箭正常发射入轨后，货船即可进入到交会对接工作流程。

　　天舟七号货运飞船携带了航天员日常生活物资，以及近百公斤重的新鲜果蔬，将同时保障在轨的神舟十七号和后续神舟十八号两个航天员乘组的食用需求。为了让果蔬保存更加完好，便于运输和存放，这次采用了新的包装形式，通过补给存放平台减少货包挤压可能造成的损伤。

　　天舟七号货运飞船还将为空间应用领域送去细胞实验单元等科学试（实）验类货物，在空间站开展科学试（实）验。

　　作为空间站的“得力干将”，这次天舟七号货运飞船也为空间站系统运送维修类工具设施及补给类消耗品等货物。

　　天舟七号货运飞船总共携带了263件货物，由于有些货物不用打包便可通过螺钉等机械接口安装在船体上，因此只有185个货包快开阀。

　　航天科技集团五院研制人员张翔举例说，一些外形尺寸比较大、不需要外包装载荷变形图、刚性比较好的货物就适合直接安装，比如存放低温货物的冰箱可以直接安装在货物舱内。还有一些很特殊的物品，比如航天服，要通过专用支架固定在船体上。

　　“货物上天舟，有非常严格的质量控制要求，要确保不影响航天员在轨健康状况及空间站的安全可靠运营运动设计。”张振华介绍。

　　天舟货物系统的货物提供方包括工程总体、航天员系统、空间应用系统爆炸波、货运飞船系统和空间站系统几个部分，货物提供方要先向工程总体提出申请，工程总体根据货物上行标准进行审批，进一步判断货物是否适合作为上行货物，形成上行货物清单。设计师们再根据货物清单进行初步的布局配平设计，满足货物取放顺序需求，制定出详细具体的装载方案。

　　按照设计师的规划，在单舱总装期间，他们会完成货包、氙气瓶、气瓶组件等200多件常规货物的安装；在整船封舱前，进行新鲜果蔬等50件短保质期货物的安装；在临射前，冷藏货包、细胞单元等低温货物也会在塔架被装好“候船”。

　　和天舟六号货运飞船一样，天舟七号货运飞船的载货比为0.53，是世界上最能装的货运飞船，货舱最大，运货最多，送货最快。

　　送物资到空间站收银台、将空间站的废弃物带走、为空间站补加推进剂，天舟货运飞船的通用功能都已经耳熟能详，但正如航天科技集团五院研制人员杨胜的观点，天舟的“优秀”不止如此。

　　天舟货运飞船自身也是很重要的实（试）验平台，不用转移到空间站，在货船就可以做实（试）验。张振华介绍，和空间站相比较，天舟货运飞船更适合开展一些应用性试验十字槽半沉头木螺钉，可以进一步发挥平台价值，提升飞行效益。

　　除了在舱内装载货物，天舟货运飞船也合理利用其拓展能力，在舱外携带载荷上天。此次天舟七号货运飞船搭载了多项载荷，将用于开展科学实（试）验和技术验证。天舟货运飞船实际具备强大的载荷支持能力，在货船的前锥、柱段和后锥不同位置都具备载荷安装能力，并且有多路供电信息接口。

　　按实际情况来说，天舟货运飞船每次都可以携带多颗立方星上天，并直接在天舟货运飞船完成释放，天舟五号货运飞船携带的“澳门学生科普卫星一号”立方星为粤港澳大湾区、海峡两岸及全球各地业余无线电爱好者提供了航天科学实践平台，天舟六号货运飞船搭载的大连1号—连理卫星用于验证一系列创新技术。

　　此前，中国载人航天工程办公室已经发出两轮公告，向全社会征集通过天舟系列货运飞船搭载科学技术试（实）验和应用项目，未来天舟货运飞船携带的载荷数量会越来越多，种类也将越来越丰富。

　　此外，天舟货运飞船也承担着支撑空间站运营的重要责任，通过货船的发动机保持空间站组合体的姿态和进行轨道控制，整个空间站可以直接调用货船的发动机进行变轨、规避等。

　　“天舟货运飞船是空间站工程数字化的排头兵。”张振华介绍，通过数字总装、数字测试、数字质量、数字化飞控几个方面的工作，天舟货运飞船正在打造成为一艘更智能的“数字天舟”。

　　“天舟货运飞船从单机设备到最后的整船系统，没有一张二维图纸，都是三维模型，提高了设计效率、总装效率，保证了产品质量。”航天科技集团五院研制人员韩彬介绍，天舟货运飞船是国内最早开展数字总装的载人航天器，从2012年开始，天舟货运飞船就采用了全三维数字化设计，在设计平台上实现快速设计、快速仿真、快速迭代，并将由此形成的三维设计的标准、规范，沿袭到整个空间站工程。

　　通过数字化作业，天舟货运飞船的研制效率大幅提高，过去3年研制一艘货船，如今一年可以有4艘货船在分别执行飞控、总装、测试、待命发射任务。货船质量确认效率也大幅提高，研制人员使用数字技术实现了远程测试、自动判读、自动确认。

　　航天科技集团五院研制人员王昊感受到数字化带来的便利圆柱螺旋压缩弹簧，测试岗位的人员借助自动化测试数据分析软件得到“解放”。

　　天舟七号至十一号货运飞船都是基于天舟六号货运飞船状态组批生产，为便于状态控制和管理，同一批次的货船硬件状态会尽量保持一致，但是每一发货船都会有一些软件优化。杨胜介绍，在任务常态化之下，所有改进都会朝着作业更高效、协同更紧密的方向进行。

　　速度更快、载重更大、效能更高......作为货运飞船领域多项纪录的创造者和保持者从动件运动规律，未来哪个方向还可以实现新突破？