科技日报记者 付毅飞

【资料图】

11月12日，由中国航天科技集团五院（以下简称五院）抓总研制的天舟五号货运飞船在海南文昌航天发射场由长征七号遥六运载火箭托举升空，顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。这是我国空间站“T”字基本结构在轨组装完成后的首次发射。

此次发射任务从点火发射到完成交会对接，全程仅用2个小时，一举改写了2020年10月14日俄罗斯联盟号MS-17与国际空间站的3小时3分交会对接纪录。快速交会对接技术成功在轨实施，标志着我国航天交会对接技术取得了新突破。

交会对接从6.5小时到2小时

“快”，是天舟货运飞船的显著特点，也是核心技术难点。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，成为世界上第三个掌握近地快速交会对接技术的国家。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。

与6.5小时交会对接相比，此次之所以能实现2小时交会对接，研制团队主要从两方面对天舟五号进行了调整。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，将多次变轨压缩为两次综合机动，因此该部分用时由原来的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，与动车组减少经停车站数量类似，加快了接近速度，因此该阶段时长由2个多小时缩短为约40分钟。

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，之前的天舟货运飞船也有该功能，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速度最快的模式，此外还可以选择3小时、5小时和6.5小时等方案。

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。这不仅意味着向空间站运输货物的时间大大缩短，使运输特殊鲜活试验品成为可能，还能够极大增强太空紧急救援能力。

“神经中枢”实现信息分类传递

为了顺利完成此次任务，一次性与空间站天和核心舱完成对接，天舟五号必须与地面建立联系，搭建各种指令及通信信号通道，在地面测控站准确引导下，与空间站天和核心舱“会面” 。因此，五院为天舟五号研制了天线网络，通过提供专门的测控与通信信号传输通道，为天舟五号与地面建立起高速、畅通的指挥和信息反馈通道，确保任务顺利完成。

天线网络是属于测控与通信分系统中连接应答机和天线的关键产品，虽然是飞船上一个小型信号转发器，但也是实现信息传输的“神经中枢”。当天舟五号接收到地面的通信信号或测控指令信号时，天线网络会智能地将其进行分类、分通道传输到应答机；反之，它也会把来自应答机不同通道的各类信号汇总后送往对地天线，通过天线发出后送达地面。

在此次任务中，天舟五号将以天基测控为主实施在轨飞行控制，天线网络作为“神经中枢”，将主要完成飞船测控指令信号的上传和下达，天舟五号货运飞船执行对接等在轨任务，需要确保各项操作指令实时准确，“神经中枢”的高可靠性将成为该任务的重要保障之一。

天舟五号将带来这些好物

作为空间站的地面后勤补给航天器，天舟货运飞船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。

此次天舟五号上装载了航天员系统、空间站系统以及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。

天舟五号的对接目标，是达到80吨量级的空间站组合体。此次任务的成功，充分证明了货运飞船对接机构对大吨位目标的适应性。同时，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。交会对接完成后，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。此外，天舟五号上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。

2017年4月，我国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，一次能运送6吨多的货物上天，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、存放等。

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。

为了满足密集的发射需要，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、天舟四号、天舟五号一批生产出来；天舟六号到天舟十一号是另外一批。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将可以支撑更长的时间。

（素材来源：中国航天科技集团五院）