快遞員、加油車、垃圾桶：天舟一號的三重角色

隨著天宮二號空間實驗室的發射成功，曾經被國際空間站計劃拒之門外的中國即將邁入自己的空間站時代。按照規劃，中國將在2020年至2022年間建成由三個艙段組成的空間站。屆時，這座太空大房子將可以容納3名航天員在太空中長期工作、生活。

空間站中生活的宇航員們，需要獲得食物、水、空氣等維持生存的必要補給，空間站的正常運行也需要不斷補充燃料。同時，宇航員在空間站生活中產生的廢物，不能直接拋棄在太空中，需要運出空間站銷毀。在我國以往的載人航天飛行中，宇航員在太空停留的時間不長，這些工作都可以由搭載宇航員的神舟飛船自身完成。但當宇航員們成為了空間站中的長期居民時，神舟飛船一次300千克的貨物運輸能力已經不能滿足需求，需要專門的貨運飛船來承擔快遞員、加油車和垃圾桶的角色了。在我國的空間站工程中，這個任務被交給了天舟一號貨運飛船。

（建成后的中國空間站，貨運飛船是其重要組成部分）

與神舟飛船軌道艙、返回艙、推進艙的三艙結構不同，天舟一號只有兩個艙段。位于飛船前部、個頭較大的是貨物艙。飛船需要向空間站運送的貨物就裝在其中。位于飛船尾部的是推進艙，它的作用是在飛船飛行過程中提供改變軌道的推力。同時，推進艙上安裝的太陽能電池板也是飛船電能的來源。

（在廠房中起吊的天舟一號。可以看到尾部推進艙上折疊的太陽能電池板）

在本次飛行中，天舟一號將與天宮二號對接，在兩個月的時間里完成3次“太空加油”試驗。空間站所處的近地軌道上，仍然存在著稀薄的大氣。在大氣阻力的作用下，空間站的軌道高度會不斷降低。如果任務期間遇到太陽風暴引起軌道大氣密度增加，軌道高度就會下降的更快。放任這個過程繼續將會讓空間站墜落到大氣層之內。1979年，由于美國航天部門對太陽黑子數的預報出了偏差，美國的第一艘空間站“天空實驗室”沒有得到足夠的軌道維持，在不受控制的情況下提前墜入地球。因此，空間站必須定期打開助推器，提高自己的軌道高度。天舟一號的太空加油，可以及時補充空間站在這個過程中的燃料消耗。同時，天舟一號的推進艙自己也具有對組合體進行軌道維持的作用。在給汽車加油時，司機必須自己打開油箱蓋、插入油槍。而天舟一號的加油則是全自動的。在對接完成后，天舟一號通過與天宮二號的對接接口，直接將燃料輸送進去。

（天宮二號和天舟一號的對接體）

未來，當空間站有航天員駐扎時，在天舟一號對接之后，航天員會進入貨物艙之內，搬出貨物艙中運上來的補給。之后，貨運飛船會停泊在空間站上，宇航員可以定期將空間站中產生的垃圾廢物搬運到貨物艙中，將天舟一號用作空間站的太空垃圾桶。當下一艘貨運飛船即將發射時，貨運飛船將會與空間站分離，在大氣層中燃燒殆盡，銷毀搭載的空間站垃圾。也就是說，天舟一號并不會像神舟飛船一樣，能夠將一個返回艙送回地面。

除了運送航天員需要的給養，天舟一號還設計了運送太陽能帆板、實驗平臺等空間站設備的功能。這些設備在運到空間站后將直接安裝在空間站上，無需進入空間站內部的加壓環境中。因此，天舟一號的貨物艙在未來可以按需要改裝成全密封、半密封或全開放三種貨物構型。密封部分充氣加壓，運來運輸一般給養，開放部分則直接與太空相通，用來運輸安裝在外部的設備。在有需要時，天舟一號甚至可以直接把貨物艙換成空間站的小型實驗艙，運輸到空間站去。

如果一次發射過程中，天舟一號沒有“裝滿”，還有剩余的運輸能力，航天部門將會在天舟一號上安排一些空間科學實驗。在天舟一號的本次發射中，就安排了與空間技術、空間生物等有關的幾個實驗。

天舟一號的起飛重量有13噸，比天宮二號更重，是我們國家迄今為止發射的最重的航天器。因為以往的運載火箭已經不能發射重量這么大的載荷，航天部門為天舟一號量身打造了新一代中型運載火箭長征七號。去年長征七號第一次發射成時我們曾經對它坐過專門解讀，感興趣的讀者可以參考《新長征，新征途：長征七號火箭，你了解多少？》一文（https://zhidao.baidu.com/daily/view?id=16037&preview=1）。

發表于 2017-04-20 00:00
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