據中國載人航天工程辦公室消息，北京時間2022年11月12日10時03分，搭載天舟五號貨運飛船的長征七號遙六運載火箭，在我國文昌航天發射場準時點火發射。12時10分，天舟五號采取自主快速交會對接模式，成功對接于空間站天和核心艙后向端口，中國航天員首次在空間站迎接貨運飛船來訪。
此次發射任務從點火發射到完成交會對接，全程僅用2個小時，一舉改寫了2020年10月14日俄羅斯聯盟號MS-17與國際空間站的3小時3分交會對接紀錄。快速交會對接技術成功在軌實施，標志著我國航天交會對接技術取得了新突破。
交會對接從6.5小時到2小時
“快”，是天舟貨運飛船的顯著特點，也是核心技術難點。五院的飛船制導導航與控制（GNC）系統研制團隊為此開展了多年艱苦攻關。
2017年9月12日，我國利用天舟一號成功開展與天宮二號空間實驗室的6.5小時快速交會對接在軌試驗，成為世界上第三個掌握近地快速交會對接技術的國家。2021年以來，天舟二號、天舟三號、天舟四號在與天和核心艙交會對接時，均采用自主快速交會對接方案。
與6.5小時交會對接相比，此次之所以能實現2小時交會對接，研制團隊主要從兩方面對天舟五號進行了調整。一是優化了交會對接的控制制導策略，將遠距離導引過程由多圈次壓縮為不到一圈，將多次變軌壓縮為兩次綜合機動，因此該部分用時由原來的4個多小時減少到約1個小時。二是在近距離自主控制段，減少了多個用以確認飛船狀態的停泊點，與動車組減少經停車站數量類似，加快了接近速度，因此該階段時長由2個多小時縮短為約40分鐘。
五院502所交會對接首席專家解永春表示：“2小時交會對接并不是我們為天舟五號增加的新功能，之前的天舟貨運飛船也有該功能，只是因為該模式對飛船飛行狀態要求較高，所以之前未曾進行在軌實施。”
也就是說，2小時交會對接只是飛船交會對接GNC系統的一個選項，飛船的GNC系統可以根據火箭入軌的情況，自主選擇不同時長的交會對接模式，其中2小時快速交會對接是目前速度最快的模式，此外還可以選擇3小時、5小時和6.5小時等方案。
2小時快速交會對接技術的突破，對于中國空間站的長期在軌運營具有重大現實意義。這不僅意味著向空間站運輸貨物的時間大大縮短，使運輸特殊鮮活試驗品成為可能，還能夠極大增強太空緊急救援能力。
“神經中樞”實現信息分類傳遞
為了順利完成此次任務，一次性與空間站天和核心艙完成對接，天舟五號必須與地面建立聯系，搭建各種指令及通信信號通道，在地面測控站準確引導下，與空間站天和核心艙“會面” 。因此，五院為天舟五號研制了天線網絡，通過提供專門的測控與通信信號傳輸通道，為天舟五號與地面建立起高速、暢通的指揮和信息反饋通道，確保任務順利完成。
天線網絡是屬于測控與通信分系統中連接應答機和天線的關鍵產品，雖然是飛船上一個小型信號轉發器，但也是實現信息傳輸的“神經中樞”。當天舟五號接收到地面的通信信號或測控指令信號時，天線網絡會智能地將其進行分類、分通道傳輸到應答機；反之，它也會把來自應答機不同通道的各類信號匯總后送往對地天線，通過天線發出后送達地面。
在此次任務中，天舟五號將以天基測控為主實施在軌飛行控制，天線網絡作為“神經中樞”，將主要完成飛船測控指令信號的上傳和下達，天舟五號貨運飛船執行對接等在軌任務，需要確保各項操作指令實時準確，“神經中樞”的高可靠性將成為該任務的重要保障之一。
天舟五號將帶來這些好物
作為空間站的地面后勤補給航天器，天舟貨運飛船與通用推進艙模塊組合形成全密封貨運飛船、半密封貨運飛船和全開放貨運飛船3種型譜。其中，天舟五號為全密封貨運飛船，是世界現役貨物運輸能力最大、在軌支持能力最全面的貨運飛船。
此次天舟五號上裝載了航天員系統、空間站系統以及空間應用領域的貨物共計約5噸，攜帶補加推進劑約1.4噸，將為神舟十五號乘組3人6個月在軌駐留、空間站組裝建造和空間應用領域提供物資保障。同時，天舟五號還充分利用貨運飛船上行運力資源，搭載多項試驗載荷，支持開展空間科學與技術試驗，具備承擔空間站姿態軌道控制、并網供電，以及空間站遙測、數據傳輸支持等能力。
天舟五號的對接目標，是達到80噸量級的空間站組合體。此次任務的成功，充分證明了貨運飛船對接機構對大噸位目標的適應性。同時，此次任務是在中國空間站有人駐留的情況下進行的首次貨運飛船交會對接。為了進一步提高近距離交會對接過程的可靠性，天舟五號還具備故障情況下手控遙操作交會對接的能力。交會對接完成后，航天員可以很快進入飛船，“簽收”來自地面的“包裹”。
天舟五號上，搭載了五院529廠自主研發的燃料電池發電系統載荷，計劃開展我國首次燃料電池空間在軌試驗。此外，天舟五號上還搭載了五院航天東方紅衛星有限公司抓總研制的“澳門學生科普衛星一號”。不久后，這顆衛星將從天舟五號上放飛，再次為我們帶來“太空科普大片”。
天舟貨運，使命必達
有了貨運飛船，人類太空長期駐留才成為可能。根據中國載人航天“三步走”發展戰略，為了滿足空間站任務需要，我國于2011年啟動天舟貨運飛船研制工作，歷經數年艱苦攻關終獲成功。
2017年4月，我國成功發射的天舟一號貨運飛船，全長10.6米，最大直徑3.35米，最大裝載狀態下重量達13.5噸，一次能運送6噸多的貨物上天，其體積、重量均創下當時我國航天器之最。
從天舟二號起，貨運飛船要面向空間站建造與在軌運營任務需要，為這座“太空家園”運輸和存貯貨物，運輸和補加推進劑，并將廢棄物收集、存放等。
2021年5月29日、2021年9月20日、2022年5月10日，天舟二號、天舟三號、天舟四號先后成功發射，與天和核心艙順利對接后，在軌進行了一系列拓展應用試驗。2022年3月31日、2022年7月27日，天舟二號、天舟三號在完成在軌使命、交出圓滿答卷后，先后受控離軌再入大氣層。2022年11月9日，天舟四號順利撤離空間站組合體，轉入獨立飛行階段，后續將擇機受控再入大氣層。
為了滿足密集的發射需要，天舟貨運飛船實行組批生產的方式，同一批次的外形、功能相似或相近。據天舟貨運飛船總設計師白明生介紹，天舟三號、天舟四號、天舟五號一批生產出來；天舟六號到天舟十一號是另外一批。從天舟六號開始，會進行系統升級，如對貨物艙進行比較大的改進，大幅度增強密封艙的貨物運輸能力等，這樣給航天員提供的物資將可以支撐更長的時間。
（素材來源：中國航天科技集團五院）
（責任編輯：梁艷）
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