天舟开启中国航天空间站时代

刑天

2017年2月中旬，“天舟一号”货运飞船从天津港启运后，顺利抵达海南文昌发射中心。2017年4月20日19时41分35.361秒，“天舟一号”在万众瞩目中顺科发射。

属于中B1人的货运飞船

“天舟一号”是我国自主研制的首款货运飞船。该飞船采用两舱构型，由货物舱和推进舱组成。“天舟一号”总长10.6米，舱体最大直径3.35米，太阳帆板展开后最大宽度14.9米。按照其设计指标，“天舟一号”货运飞船的起飞重量约13吨，拥有6吨以上的上行物资运输能力，同时具备独立飞行3个月的能力。从功能方面来讲，“天舟一号”货运飞船具有与“天宫二号”空间实验室进行交会对接、开展空间科学实验和技术试验等能力。而更大的一个亮点则是“天舟一号”具有实施推进剂在轨补加的能力。“天舟一号”的在轨推进剂补加能力约为2吨，这使得“天宫”系列空间站乃至中国未来的大型空间站的在轨运行时间能够得到极大的延长。

“天舟一号”货运飞船，是我国迄今为止研制的最重的航天器，是加油站，是快递员，更是中国航天迈出发展建设重要一步的象征。“天舟一号”飞船的顺利发射，发出了航天强国的时代声音。

回想前不久，2016年9月15日22时04分09秒，“天宫二号”空间实验室在酒泉卫星发射中心发射成功。同年10月19日3时31分，“神舟十一号”飞船与“天宫二号”自动交会对接成功。10月23日早晨7点31分，“天宫二号”的伴随卫星成功释放。“天宫二号”是中国自主研发的第二个空间实验室，也是中国第一个真正意义上的空间实验室，用于进一步验证空间交会对接技术及进行一系列空间试验。在开展了地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学、释放伴飞小卫星等领域的应用和试验。而“天舟一号”货运飞船的发展，使得“天宫”系列空间实验室终于有了完整的技术组合，成为了一款成熟的空间站。

航天科技是科技进步和创新的重要领域，航天科技成就是国家科技水平和科技能力的重要标志。航天科技取得的创新成果极大鼓舞了中国人民的创新信念和信心，为全社会创新创造提供了强大激励。

而“天舟”货运飞船的发展本身则多了民众参与这一层意义。“天舟”这个名字的诞生凝结了广大公众的集体智慧。时光回溯到2011年4月25日，中国载人航天工程办公室正式向公众开放未来中国货运飞船的征名活动。截止到5月20日，该办公室共收到5万余个名字。当年7月8日，中国首位进入太空的航天员杨利伟与中国科学院院士、北京航空航天大学宇航学院名誉院长、空间技术专家戚发轫座谈中国中央电视台时，揭晓了入选前十的入围名称，它们分别为：“天梭”、“鲲鹏”、“天舟”、“神龙”、“龙舟”、“神骥”、“天马”、“云梯”、“神驹”、“行者”。2013年10月31日，中国首款货运飞船正式定名为“天舟”。“天舟”，这个由“天宫号”空间站和“神舟号”载人飞船各取一字组成的名字，获得了“TZ”代号，成为了中国航天器大系统中的年轻一员。

货运飞船发射后会与空间实验室或空间站进行自动交会对接，为空间实验室和空间站补充推进剂、空气、水、食物以及用于维修空间站的更换设备，可以大幅延长空间实验室和空间站的运行寿命。另外，货运飞船也充当了空间站“垃圾桶”的角色。航天员取出货运飞船升空携带的物品后，可将站内的废弃物品搬运到货运飞船上，關闭气闸后，货运飞船脱离空间站，返回地球时废弃物连同货运飞船在大气层中烧毁。

“天舟一号”货运飞船成功发射并已与“天宫二号”空间站顺利自动对接之际，期待中国的科研院所、高校中的研究人员和分布在企业、社会各界的自由工程师能够为建设航天强国和世界科技强国建功立业，创造更大的成就。同时也期待人类的太空探索事业能够获得更多民众的参与和支持。

国际货运飞船

作为一款发展最早、技术上最为成熟、改进型号最多、亲眼见证了“礼炮”6号、“礼炮”7号、“和平”号和国际空间站等大型航天器的成长历程的飞船，苏联/俄罗斯的“进步”号货运飞船是值得我们送上祝福的。“进步”-M飞船的货舱容积为7.6立方米（基本款进步号为6.6立方米），拥有2.6吨的上行货运能力（基本款为2.5吨）。通过不断改进其在轨飞行能由原来的自主飞行3天的能力跃升为自主飞行30天。“进步”号货运飞船，展示了苏联太空探索技术的另外一面。在这里，对太空的向往不再是像N-1火箭那样的近乎疯狂，也不像“能源”火箭和“暴风雪”航天飞机那样给人留下无限的唏嘘与感慨。不再难以复制，也不再无法预知，“进步”号货运飞船以她的157次发射和出色的任务表现把踏实肯干、低调靠谱的精神展示得淋漓尽致。

货运版“龙”飞船是SpaceX公司接下NASA向国际空间站运送货物大单的主要载具。其高7.2米（早期为6.1米），直径3.7米，飞船增压舱部分的外墙有1 5。的倾斜角。飞船的增压舱体积1 1立方米，非增压舱14立方米，货舱容积共25立方米。能够运载3.31吨载荷到国际空间站，还能够从国际空间站带回3吨货物。

和传统的货运飞船一样，“龙”飞船也依靠遍布周身的不同朝向的喷口在太空中进行姿轨控。龙飞船一共用了18台姿态控制推进器。这是冗余设计思想的又一个体现（猎鹰9号火箭的一级9台发动机也是冗余设计）。18台推进器中，任意2台出现故障，都不会明显影响龙飞船的姿轨控能力，飞船可继续安全地执行任务。

欧洲的一款叫做自动运载器的飞船是曾经在役的货运飞船中个头儿最大的。这个大圆桶长度9.794米，最大直径4.481米，俨然就是一辆双层巴士的大小。该飞船空重10.47吨，一次可将7.5吨重的物资运送到国际空间站。从外面看，展开了太阳能帆板的飞船，其“臂展”达到了22.281米，总面积达33.6平方米，可以为飞船提供4.8千瓦的电力。

一款货运飞船能够提升空间站宇航员的生活品质？答案是肯定的。欧洲自动运载器按设计，有4个用途：向空间站运送补给物资：提升国际空间站的轨道：充当空间站的附加活动室：返回时作为垃圾箱使用。这4项用途可以说每一项都与宇航员的生活品质息息相关。

HTV是日本独立研制的无人货运飞船，其主要任务是向国际空间站运送补给。在日本得知美国的航天飞机即将退役，而日本在国际空间站上的希望号舱段的实验计划与日俱增的情况下，日本对拥有自己的货运飞船的渴望便愈发强烈。

2009年，HTV飞船的飞行试验取得成功。该飞船基本上呈圆柱体外形，直径4.4米，高约9.8米，空重10.5吨。HTV的上行载荷能力为6吨，约为俄罗斯进步号货运飞船的2倍，比欧洲自动运载器（ATV）的7.5吨的运载能力和中国“天舟一号”6.5吨左右的运载能力略低。

迈向空间站时代

当货运飞船技术成熟之后，我国将在201 8年发射空间站的核心舱段。在进行空间站在轨建造技术的验证通过之后，陆续会有其他舱段与核心舱进行对接。在不久的将来，人们将会认识到大量具有新用途的中国制造的航天器。除了曾经多次成功往返天地之间，赢得了“中国第一个载人飞船系列”的“神舟”载人飞船外，未来的中国空间站的每个舱段和货运飞船也都有自己的名字和代号。其中，载人空间站命名为“天宫”，代号“TG”；货运飞船命名为“天舟”，代号“TZ”。这两种航天器已经在近期的发射与实验中为人们所熟知。而将在2020年至2022年之间完成建设的中国空间站则有着一系列新的名称。空间站核心舱被命名为“天和”，代号“TH”；空间站实验舱Ⅰ被命名为“问天”，代号“WT”；空间站实验舱Ⅱ被命名为“巡天”，代号“XT”。建好的空间站将具备对接载人飞船和无人货运飞船的能力，并且在航天员驻守在空间站的时候，载人飞船能够与空间站一起长期运行在轨道上。建成的空间站整体呈“中”字，配备大型太阳能电池帆板，按照核心舱与实验舱的重量通常在20吨以上来推算，建成后的中国空间站的重量应当不小于90吨。

另外，结合国际空间站的使用寿命和通常建成的空间站拥有10年左右的在轨运营时间来看，在2022年之后的几年时间里，以中国的“天和”舱为核心的空间站或许会是那时候唯一一座在太空中正常运转的可供宇航员长期在轨工作和生活的大型空间站。

向宇宙深处挺进

正在如火如荼地进行中的中国载人空间站计划会让中国航天在未来20年内在近地轨道上大有作为。而向更深远的地方看去，中国探月工程也会给我们带来更多的喜悦。中国探月工程目标明确，其进展也非常顺利。在2003年3月1日正式启动的中国探月工程（代号为“嫦娥工程”）有着一个历时长达20年的长远计划。在这20年的时间里，中国航天人首先会发射绕月卫星，继而是发射无人探测装置，实现月面软着陆探测，然后运输机器人上月球建立观测点，最后实现采取月球上的样本安全返回地球，这也就是人们经常听到的“绕”、“落”、“回”3个阶段。在2007年，“嫦娥”1号对月球表面环境、地貌、地形、地质构成等进行了探测。随后，“嫦娥”2号的环月观测任务和“嫦娥”3号及其后续的“软着陆”与月面巡视探测任务也已顺利完成。

未来，我们期待新的“嫦娥”探测器会将月球上的土壤与岩石样本采回地球。按照现在的样子，最近2年以内，中国就会实现月壤的采样返回项目，实现中国探月工程的完美收官。不过，实际上三步走的探月工程对于月球这颗目前距离地球最近的自然天体的探测来说，总是有些让人意犹未尽的感觉。在拥有了更大推力的重型运载火箭之后，中国将不仅仅能够把无人探测器送上月球，而是能够把航天员甚至是大型基地建设设备运往月球并实现软着陆。

由此看来，“绕”、“落”、“回”3步走的探月工程只是更大的月球相关项目中的第一个环节，我们不妨将视野放宽，大胆设想一个更为长远的月球计划：将“绕”、“落”、“回”3步走归入一类，称作“探”；将载人登月，由中国航天员在月球表面进行现场探索的计划称作“登”；把在月球上建立长期有人照料的基地的计划称作“驻”。那么，中国在走完“绕”、“落”、“回”这一系列步子相对较小的3步之后，紧接着就可以迈开大步向“登”和“驻”前进。在美国“重返月球”计划的前景尚不明朗以及其他各国的载人登月项目还未能拥有正式启动条件的情况下，一旦中国的登月计划实现，那么中国航天员就有可能成为1972年12月11日人类最近一次登月之后最先返回月球的人。

再进一步考虑，如果计划顺利的话，中国或许还能够成为世界上第一个在月球建立永久基地的国家。另外，当一枚火箭拥有了向月球运输大型设备的能力的同时，也就意味着它具备了向火星发射探测器的潜力。在空间站中积累的太空长期工作生活的经验和在载人登月中掌握的超大型运载火箭的能力使得发射火星探测器乃至载人探测火星有了一定的可行性。而这一切计划开始出现的场景，或许用不着大家等到2030年。

毫无疑问，中国航天取得了能够引全世界为之瞩目的成就，也拥有凝聚民族意志、激励民族探索精神的重大意义。在探索人类未知和前沿科学的同时，航天的商业化也逐渐开始被人们广泛关注。全球航天产业的经济总量已经超过了3300亿美元，其中，商业航天占比达76%。通信、导航和遥感成为商业航天中的3个重要组成部分。对于已经进入航天技术发展第一梯队的中国航天而言，技术上的蓬勃发展与商业中的巨大成功的结合有着更为深远的意义。美国曾经有一段时间因为限制商业航天的发展而让欧空局的“阿丽亚娜”系列火箭取得了令人羡慕的商业成功。如今，美国已经通过了相关法律，在卫星通信、遥感和航天发射领域对私营企业开放。该政策使得SioaceX、轨道科学、蓝色起源等公司逐渐崛起。美国开放的0.25米分辨率的遥感图像对卫星遥感数据的商业化起到了非常大的推动作用，带动了相关产业的兴起和发展。技术转移和政府采购的政策使得美国私人航天的发展有着良好的势头。

未来，中国航天的商业化将会采用怎样的方式来进行，这有赖于政策制定和市場推动等多方面因素的影响。在《“十三五”规划纲要》中提出的中国科技发展战略里，“强化宇宙演化、物质结构、生命起源、脑与认知等基础前沿科学研究。积极提出并牵头组织国际大科学计划和大科学工程，建设若干国际创新合作平台”被明确提出。而宇宙演化、生命起源等前沿科学的研究都是和航天密不可分的。

带着对未来的憧憬和对未知的好奇心，我们期盼中国航天给大家带来更多的惊喜。同时我们也相信中国航天有着承载重大科研使命，促进人类探索的能力。

责任编辑：邢强