爆料：天舟一號貨運飛船

　　對接機構「新」在哪

　　2011年11月3日，我國自主研製的載人航天關鍵技術——對接機構首次亮相，幷首次開展了空間交會對接，引發大量國內外媒體的關注和曝光，從那天起，中國成爲繼俄羅斯後，世界上第二個可以獨立研製對接機構産品的國家。當時，大家這樣親切地稱兩個航天器的空間交會對接爲「太空之吻」：如同在大海裏，兩根針之間的碰撞與連接。那一天的贊譽與喜悅仿佛還歷歷在目，2017年4月20日，我國第一艘貨運飛船天舟一號與天宮二號空間實驗室的交會對接再次引發大家的關注與熱議，作爲建設空間站的必備關鍵技術，6年間，我國的對接機構，還是原來的那個「它」嗎?

　　「如果把神舟八號載人飛船對接機構稱爲第一代對接機構，那麽天舟一號貨運飛船對接機構可稱爲第二代改進型産品，這次是第二代的首飛，神舟八號、九號、十號以及去年發射的神舟十一號均爲第一代對接機構。」中國航天科技集團公司上海航天技術研究院靳宗向專家介紹道。

　　第一「新」：實現大噸位偏心對接

　　說起大噸位偏心對接，就不得不從神舟系列載人飛船與天宮系列目標飛行器的空間交會對接說起。神舟和天宮都是8噸級的航天器，它們之間要實現「太空之吻」必須沿著質心軸綫運動，捕獲、校正後，必須處于無偏心的位置，才能順利「吻」上。

　　8噸級龐然大物間的交會對接，在我們看來已經重量級選手間的高難度動作了，但是對空間站來說還是「輕量級」的，第二代對接機構必須適應未來空間站建造階段8-180噸各種噸位、各種方式的對接，包括偏心對接，其間將會産生巨大的對接能量，對對接機構的緩衝耗能能力提出很高的要求，這也是空間建造階段必須突破的一項技術，好在上海航天的設計師們通過大量的技術攻關和方案論證，已經破解這一難題，爲了既不影響原捕獲性能，方便捕獲，又實現對接機構捕獲後的大噸位耗能需求，系統性提出了可控阻尼的控制思路，通過可控阻尼器單機産品、改進型傳動緩衝對接機構産品以及分系統級的整機、緩衝等全覆蓋的考核措施，滿足了本次及後續任務的需求。

　　第二「新」：實現在軌推進劑補加

　　對接機構幷不直接參與空間推進劑補加任務，但是它爲補加提供了平臺和初始條件。空間的推進劑補加主要是通過安裝在對接機構上的4路推進劑補加的液路浮動斷接器來實現的，這就相當于加油的管路和油槍都安裝在第二代對接機構産品上。油槍能不能準確無誤地拆入加油口，那就得看對接的初始精度了。天舟一號要順利地把推進劑供給天宮二號，兩個對接機構必須對接得嚴絲合縫，這對空間交會對接的精度提出非常高的要求，

　　第三「新」：實現國産100伏高壓供電

　　第一代對接機構采用的是低壓供電，其可靠性已經得到多次驗證，鑒于未來我國空間站將采用100伏的高壓供電制，爲提前驗證技術，這次天舟一號貨運飛船便采用了全新研製的國産100伏高壓器件，對接機構控制系統電路也進行了全新的設計。爲此，上海航天設計師們進行了專項的鑒定試驗和可靠性試驗，確保對接機構能够適應新的供電制。

　　第四「新」：一次任務實現三次交會對接

　　在一次試驗任務中實現三次交會對接，這在我國載人航天歷史上還是第一次。從2011年11月3日對接機構首次亮相後，神舟八號、神舟九號、神舟十號都與天宮一號實現了2次交會對接，神舟十一號與天宮二號實現1次交會對接幷首次實現30天中長期組合體運行。這次天舟一號與天宮二號將實現三次交會對接，對接機構組合體保持時間都將遠超過原來的SZ-11與TG-2的30天，其中第二次交會對接是在對接分離後，實行短時間調頭繞飛後再次對接，分離後將保持較長時間的獨立飛行後，而後進行第三次對接，這對對接機構的控制、空間環境長壽命、重複對接性能提出更高要求。

　　四海八荒第一「啤酒肚」，

　　天舟一號貨運飛船上天啦！

　　2017年4月20日，我國第一艘貨運飛船發射圓滿成功，與神舟系列飛船載著航天員在天地間往返不同，貨運飛船是天地間運貨的工具，爲我國未來空間站補充推進劑、空氣、食物以及用于維護空間站的更換設備，同時也被當做空間站的「垃圾桶」，可將空間站內的廢弃物運至貨運飛船，在貨運飛船脫離空間站後，連同廢弃物一起在大氣層中燒毀。

　　「啤酒肚」携帶大量推進劑

　　天舟一號貨運飛船重13噸，最大上行貨物運載量達6噸，主要由貨物艙、推進艙兩個艙段組成，其中推進艙由上海航天智造，爲飛行器提供動力、能源和通信功能，同時爲空間站提供推進劑補加服務。稱它爲四海八荒第一「啤酒肚」，天舟一號可能要叫屈，因爲天舟一號的推進艙與天宮二號的推進艙從外形、體積上講幷沒有太大區別，天舟一號也沒有肚子凸在外面，稱它爲第一「啤酒肚」，主要是因爲它可以携帶大量推進劑。大量是一個什麽概念呢?「我們設計的是一種標準型的推進艙，從2.4噸-3.5噸之間任意量的推進劑都可以裝載，最高是天宮一號携帶量的2.5倍。」中國航天科技集團公司上海航天技術研究院楊華星專家介紹道。這次，它橫跨天地間，主要目的是爲了給構型相似的天宮二號提供貨物補給，爲日後空間試驗中航天員長期駐留和空間科學實驗進行支持。

　　「啤酒肚」采用模塊化布局

　　這2.4-3.5噸推進劑幷不是裝在一個「啤酒肚」裏，這個「啤酒肚」其實是由8個「小肚子」構成的，專業術語叫貯箱，這8個貯箱如何布局成爲設計師們的難題。爲了實現最優布局，上海航天的設計師們設計了9種不同的艙內布局，幷對每一種構型進行力學分析，一方面要保證推進艙在空間環境下的剛度，另一方面要保證其基頻變化較小從而有效的與整船和火箭的震動基頻錯開。剛度很好理解，那爲什麽一定要錯開基頻呢?大家一定還記得我們初中物理學過的共振現象，尤其是一戰時士兵列隊齊步走的頻率與大橋固有頻率一致導致大橋解體的故事，如若基頻一致，那麽後果不堪設想。經過幾輪迭代，設計師們最終采用模塊化方案來布局艙內環境，確保推進艙在各種工况下所有方向的受力都是在可靠安全的。

　　一言不合，中國航天埋頭

　　十六年研製對接機構

　　還記得2016年9月天宮二號成功發射時，朋友圈被一篇文章刷屏《謝謝當年的不收之恩，把我們逼成了你們最害怕的樣子》，回憶20多年前，國際空間站還在籌備時，美國以防止航天技術擴散的理由拒絕中國加入，中國被逼無奈以一手之力獨立建設空間的逆襲故事。

　　與美國拒絕中國恰恰相反，作爲世界上唯一掌握空間站關鍵技術——對接機構的國家，俄羅斯是帶中國玩的。90年代初，我們的研製人員在參觀俄羅斯「能源」火箭公司對接機構研製車間時，那位車間主任自豪地說：世界上所有的對接機構都是他們這裏生産出來的。俄方還直截了當地告訴我們，對接機構的研製難度非常大，幷極力慫恿我們購買他們的産品。

　　載人航天工程决策層就交會對接技術到底是走引進成熟技術、購買現成産品的道路，還是走主要依靠自己的技術力量、走獨立自主研製的道路進行了充分調研。

　　當時通過摸底和尋價，得知俄羅斯方面的開價是，僅購買他們對接機構技術的設計專利費就要1億美元，然後引進成熟的技術和現成的産品再要花一大筆昂貴的價錢。另外，他們還要搭售許多無關緊要的東西給我們，俄羅斯方面開出的條件，讓航天人難以接受。而中國要建立自己的空間站，空間交會對接技術是我們必須突破和掌握的。幷且用于空間站交會對接的對接機構不僅是一套兩套，今後中國載人航天建立空間站，進行各個航天器之間的交會對接、完成天地往返運輸任務等較爲頻繁，對接機構的用量也較多，而關鍵部件和關鍵技術一旦掌握在別人手裏，失去了自主權，對于中國載人航天事業的進一步發展十分不利。于是，中國航天人下决心走自力更生、自主創新的路。而「接單」的正是我們上海航天人!幷且這一干，就是十六年!

　　對接機構是空間交會對接的關鍵技術，所謂空間交會對接，是指兩個航天器在空間微重力環境下進行軌道交會，完成碰撞、緩衝、導向和精確連接，在兩個航天器之間形成密封過渡通道和電、氣、液連接，待在軌任務結束後，將飛行器分離。這一過程就是由複雜的對接機構按照預定工作程序來完成。對接機構是集成了機、電、控制于一體的複雜系統，機構需要多次反復運動，協同工作，精度要求非常高，研製難度非常大。

　　1995年初，上海航天成立了對接機構研製隊伍，當時，這個團隊僅7人。設計師們一開始就對標國際先進，提出了跨越式發展的思路——研製能與國際空間站相匹配的异體同構周邊式對接機構。2011年11月，我國首次實現了無人空間交會對接，2012年6月，我國首次實現了載人空間交會對接，景海鵬、劉旺、劉洋三名宇航員象魚兒一樣通過我們研製的對接機構通道，從神九飛船穿越到天宮，也充分證明了我們當初决策的正確性。2013年王亞萍從神舟十號進入天宮一號直播太空授課，2016年景海鵬、陳冬從神舟十一號進入天宮二號幷實現30天中長期駐留，中國人自主研製的對接機構産品不得不讓同行俄羅斯竪起大拇指!

　　曾經，美國不帶我們玩;曾經，俄羅斯開出天價要帶我們玩，這都難不倒我們中國人。徐悲鴻說過：人不可有傲氣，但不可無傲骨。

　　一言不合，我們埋頭十六年研製出空間站關鍵技術對接機構，如今也以次次成功的完美表現應用了六個年頭，感謝二十多年前的自己，傲骨錚錚;感謝二十多年來的自己，爭氣提氣！

　　文 ｜ 胡芳芳