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  • 天舟一号货运飞船

    天舟一号货运飞船是由中国空间技术研究院(中国航天科技集团五院)研制的一款货运飞船,也是中国首个货运飞船。天舟一号具有与天宫二号空间实验室交会对接、实施推进剂在轨补加、开展空间科学实验和技术试验等功能。天舟一号任务则作为我国空间实验室任务的收官之战。天舟一号为全密封货运飞船,采用两舱构型,由货物舱和推进舱组成。全长10.6米,最大直径3.35米,起飞质量约13吨,太阳帆板展开后最大宽度14.9米,物资运输能力约6.5吨,推进剂补加能力约为2吨,具备独立飞行3个月的能力。2017年4月20日19时41分,天舟一号货运飞船在海南文昌航天发射场由长征七号遥二运载火箭发射升空,天舟一号发射获得圆满成功。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 天舟一号货运飞船 英文名: Cargo ship
    发射火箭: 长征七号遥二运载火箭 研制阶段: 研制中
    制造方: 中国空间技术研究院 发射时间: 2017年4月20日19时41分
    发射场: 文昌卫星发射中心 缩写: TZ-1

    目录

    飞船简介/天舟一号货运飞船 编辑

    天舟一号货运飞船天舟一号货运飞船

    天舟一号是我国自主研制的首艘货运飞船,采用两舱构型,由货物舱和推进舱组成,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,起飞重量约13吨,物资上行能力约6吨,推进剂补加能力约为2吨,具备独立飞行3个月的能力,具有与天宫二号空间实验室交会对接、实施推进剂在轨补加、开展空间科学实验和技术试验等功能。

    研制背景/天舟一号货运飞船 编辑

    神舟十号任务完成后,中国载人航天工程全面进入空间实验室和空间站研制阶段。而在空间实验室阶段,将突破并验证推进剂补加技术、再生式环控生保技术等关键技术,为空间站建造奠定基础。

    2016年9月15日,天宫二号发射成功,将用于进一步验证空间交会对接技术及一系列空间试验,这标志着我国全面进入空间实验室和空间站任务实施阶段。

    为了对空间实验室中航天员长期驻留和空间科学实验进行支持,需要通过货运飞船进行货物补给。

    如果说载人飞船是天地往返的载人工具,那么货运飞船就是天地间运货的工具。周建平介绍,中国的天舟一号货运飞船基于神舟飞船和天宫一号的技术研发,只运货不运人,货物运载量将是俄罗斯"进步"号货运飞船的3倍,在功能、性能上都处于国际先进水平。

    研制进度/天舟一号货运飞船 编辑

    2011年,货运飞船项目正式立项,由中国航天科技集团公司五院载人航天总体部负责抓总研制。

    2013年,货运飞船被正式命名为“天舟”。

    2014年5月,货运飞船测控与通信分系统在北京开展了货运飞船宽波束中继终端对接试验。

    2014年8月7日至8日,货运飞船完成了测控与通信分系统中继天线在整船上的展开转动和无线试验。

    2015年3月,货运飞船对接机构正样产品开始部组件装配。

    2015年6月初,对接机构完成总装。

    2015年7月底,货运飞船对接机构正样产品完成所有验收测试试验项目,在北京顺利交付总体验收。 

    2015年12月25日,空间应用系统天舟一号任务总体通过了院级初样研制总结暨转正样评审。

    2016年3月14日,有效载荷正样备份件按要求完成研制,并通过相关环境试验及空间应用系统的验收。

    2016年3月15日~30日,空间应用系统组织开展有效载荷正样备份件系统联试,经历15天,完成了各有效载荷入网测试、综合测试、故障测试和模飞测试,初步覆盖了发射场测试和在轨飞行等阶段工况,各有效载荷工作正常,科学数据、图像数据、视频数据采集、处理、下行均正常。

    2016年4月6日,有效载荷正样备份件通过了货运飞船系统组织的载荷接口认证测试,并于4月8日前将正样备份件产品交付货运飞船系统。 

    2016年4月起,天舟一号货运飞船开始进行总装测试。

    2017年1月17日,我国自主研制的首个货运飞船天舟一号通过出厂评审,这意味着天舟一号已经“健康”出厂,中国向建成空间站又迈出一大步。

    天舟一号货运飞船按流程完成了出厂前所有研制工作,2017年2月5日从天津港启程,经过约一周的海陆运输,于13日安全运抵海南文昌航天发射场,开展发射场区总装和测试工作,计划于4月中下旬由长征七号遥二运载火箭发射升空。[1]

    天舟一号货运飞船与长征七号遥二运载火箭等飞行产品自2月中旬陆续进入发射场后,按照飞行任务测试发射流程,于2017年4月17日完成了总装测试等技术区各项工作。[2]

    2017年9月12日23时58分,天舟一号货运飞船顺利完成了与天宫二号空间实验室的自主快速交会对接试验。[3]

    2017年9月17日16时15分,在经过近5个月的飞行后,天舟一号货运飞船按计划与天宫二号空间实验室完成分离,继续开展离轨前的拓展应用和相关试验。按照预定计划,天舟一号与天宫二号组合体在轨飞行约2个月,天舟一号独立飞行约3个月。完成既定任务后,天舟一号将受控离轨,陨落至太平洋预定安全海域。[4]

    飞行日志/天舟一号货运飞船 编辑

    发射入轨

    2017年4月20日19时41分35.361秒发射入轨,搭载天舟一号货运飞船的长征七号遥二运载火箭在中国文昌航天发射场201工位发射升空。约603秒后,飞船与火箭成功分离,进入预定轨道,发射取得圆满成功。[5]

    轨道控制

    2017年4月21日上午,天舟一号货运飞船完成了两次的轨道控制,飞船的飞行状况良好,后续还要再进行两到三次的轨道控制,保证货运飞船控制到天宫二号的后下方,完成飞船的自动交会对接。

    2017年4月21日15时33分,在轨飞行天舟一号完成第三次轨道控制。

    2017年4月22日上午,天舟一号完成第五次轨道控制。

    第一次自动交会对接

    绕飞示意图绕飞示意图
    2017年4月22日10时02分,天舟一号转入自主控制状态,以自主导引控制方式向天宫二号空间实验室逐步靠近。

    2017年4月22日12时16分,首次交会对接,天舟一号与天宫二号对接环接触。在按程序顺利完成一系列技术动作后,对接机构锁紧,两个飞行器建立刚性连接,形成组合体。

    2017年4月22日12时23分,天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室顺利完成首次自动交会对接。[3]

    第一次推进剂补加试验
    2017年4月23日7时26分,天舟一号与天宫二号组合体开始进行推进剂补加试验,试验持续约5天时间。这是天宫二号与货运飞船进行的第一次推进剂补加,也是我国首次推进剂补加试验。 

    2017年4月27日19时07分,天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室成功完成首次推进剂在轨补加试验,标志天舟一号飞行任务取得圆满成功。

    科学实验

    2017年4月29日,舱内电子学箱在轨完成了第1次加电自检,顺利接收到了飞控中心上注的控制指令1条,控制磁强计、全向电子能谱仪、新型电位主动控制仪均完成了第1次在轨加电自检,舱内电子学箱加电13分39秒。 

    2017年5月23日,天舟一号搭载的细胞生物反应器完成科学实验。[6]

    2017年5月31日~6月2日,舱内电子学箱每天在轨加断电1次,累计接收飞控中心上注的控制指令20条,控制紫外辐射监视单元、可见光监视单元和羽流效应单元完成了第1次在轨加电自检及各载荷完成初步在轨试验,舱内电子学箱累计加电27小时0分31秒。

    截至2017年6月15日,舱内电子学箱在轨工作正常,其在轨累计下传数据1.19GBytes,其中工程参数216MBytes,科学数据0.98GBytes。

    绕飞和第二次交会对接

    2017年6月19日14时55分,天舟一号货运飞船完成与天宫二号空间实验室的绕飞和第二次交会对接试验,巩固了航天器多方位空间交会技术,对于后续空间站工程建设具有重要意义。

    独立运行

    2017年6月21日09时16分,地面发送指令,天舟一号货运飞船与天宫二号空间实验室分离;按程序,天舟一号逐步退至前向120米并保持位置,待地面确认状态正常后,发令控制天舟一号正常撤离,天舟一号建立三轴稳定对地飞行姿态,在高度约390公里的近圆轨道上开始独立运行。

    2017年6月21日09时47分,天舟一号完成与天宫二号的撤离,开始进入独立运行阶段。在此阶段,天舟一号继续开展空间应用和航天技术等领域的多项实(试)验,择机释放立方星,与天宫二号进行自主快速交会对接和第三次推进剂补加试验。[7]

    自主快速交会对接试验

    2017年9月12日23时58分,天舟一号货运飞船顺利完成了与天宫二号空间实验室的自主快速交会对接试验。这是我国载人航天工程空间实验室飞行任务圆满成功后组织实施的系列拓展试验项目之一,旨在验证货运飞船的快速交会对接能力,进一步发挥任务的综合效益,为我国空间站工程后续研制建设奠定更加坚实的技术基础。[8]

    技术性能/天舟一号货运飞船 编辑

    天舟货运飞船全长9米以上,最大直径3.35米,质量13吨、最大上行货物运载量达到6吨。无论是直径、质量还是运载能力,天舟一号都将达到世界先进水平。空间站在轨运行期间,由载人飞船提供乘员运输,由货运飞船提供补给支持。

    天舟一号货运飞船的低地轨道上行运载能力约为6.5吨左右,高于俄罗斯联邦航天局研制的进步号M型(2.5吨)以及日本宇宙航空研究开发机构的H-II运载飞船(6.0吨),低于欧洲空间局的自动运载飞船(7.6吨)。下行运载能力约为6.0吨左右。载荷比即运载货物的质量与货运飞船船体本身的质量之比,天舟一号货运飞船的载荷比高达46%,高于日欧的货运飞船。天舟号货运飞船船长约9米,最大直径约3.35米,发射质量低于13吨。

    天舟一号货运飞船旨在补给天宫二号空间实验室以及未来中国空间站的推进剂、空气、航天员的饮料、食物以及用于维修空间站的更换设备,以延长空间实验室和空间站的运行寿命。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。为空间实验室或空间站自动补加推进剂以及空气。饮水、食物、以其他器物设备则需驻空间实验室或空间站的航天员从货运飞船上搬运到站内。同时,货运飞船亦可充当空间站的“垃圾桶”,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,关闭气闸后,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。

    天舟一号货运飞船由大直径的货物舱和小直径的推进舱组成。货物舱用于装载货物,而推进舱为整个飞船提供动力与电力。推进舱两侧各有一翼太阳能帆板三板。

    基本参数/天舟一号货运飞船 编辑

    飞船参数

    全长/米10.6
    最大直径/米3.35
    太阳电池翼展开后最大宽度/米14.9
    起飞质量/吨12.91
    最大上行货物运载量/吨6.5
    最大推进剂补加量/吨2
    主发动机4台490牛轨控发动机
    氧化剂/推进剂绿色四氧化二氮/偏二甲肼
    真空推力/千牛1.96

    船箭分离轨道参数

    船箭分离时间2017-04-20 19:51:38.672
    轨道周期1小时30分钟21.63秒
    近地点高度200.033公里
    远地点高度383.375公里
    轨道倾角42.808°

    船箭分离点参数

    参数名称实测值理论值
    时间/秒603.312596.606
    经度/度123.810123.596
    纬度/度7.7968.016
    高度/千米200.427200.413
    速度/米每秒7837.5497838.12

    用途功能/天舟一号货运飞船 编辑

    天舟一号货运飞船天舟一号货运飞船
    除作为货运飞船外,天舟一号还将作为我国空间站的五个模块之一,与核心舱、实验舱I、实验舱II、载人飞船(即已经命名的“神舟”号飞船)一起,在核心舱 统一调度下协同工作,完成空间站承担的各项任务:

    1、补给空间站的推进剂消耗,空气泄漏,运送空间站维修和更换设备,延长空间站的在轨飞行寿命;

    2、运送航天员工作和生活用品,保障空间站航天员在轨中长期驻留和工作;

    3、运送空间科学实验设备和用品,支持和保障空间站具备开展较大规模空间科学实验与应用的条件。[9]

    装载能力/天舟一号货运飞船 编辑

    天舟一号携带6吨左右的货物和推进剂,大大小小有100多个货包。运送的货物既包括航天员在轨生活所需的食品、饮水、空气、航天服结构件、服装、医疗用品等消耗类物资,又包括各类纷繁复杂的科研设施设备、空间站维修备品备份等等。

    天舟一号货运飞船的近地轨道上行运载能力约为6.5吨左右,其中推进剂补加能力约为2吨。天舟一号运载能力高于俄罗斯联邦航天局研制的进步号M型(2.5吨)以及日本宇宙航空研究开发机构的H-II运载飞船(6.0吨),低于欧洲空间局的自动运载飞船(7.6吨)。下行运载能力约为6.0吨左右。载荷比即运载货物的质量与货运飞船船体本身的质量之比,天舟一号货运飞船的载荷比高达48%,高于日欧的货运飞船。[10]

    设计团队/天舟一号货运飞船 编辑

    ​总设计师白明生​
    ​副总设计师​张强(负责控制系统设计)
    ​测控总体主任设计师​姜萍
    ​电总体主任设计师​于磊

    发射意义/天舟一号货运飞船 编辑

    天舟一号货物飞船天舟一号货物飞船
    天舟一号飞行任务,是载人航天工程空间实验室飞行任务的收官之战,对于空间站工程后续任务顺利实施具有极为重要的意义。天舟一号任务的圆满成功,突破和检验了空间站货物运输、推进剂在轨补加等关键技术。标志着我国载人航天工程第二步胜利完成,也正式宣告中国航天迈进“空间站时代”。

    天舟一号任务突破和掌握推进剂在轨补加技术,填补了我国航天领域的空白,实现了空间推进领域的一次重大技术跨越,为我国空间站组装建造和长期运营扫清了能源供给上的障碍,使我国成为世界上第三个独立掌握这一关键技术的国家。

    天舟一号填补了我国空间货物运输系统空白。我国载人航天工程实施25年来,先后建立了载人天地往返、交会对接、空间实验室等核心系统。天舟一号任务的完成将使中国具备向在轨运行航天器补给物资、补加推进剂的能力。这一能力,是确保未来中国空间站在轨长期载人飞行的基本前提。空间货物运输系统,是空间站建造的关键要素和重要基础之一。

    天舟一号填补了我国载人航天器型谱化设计空白。天舟系列货运飞船作为空间货物运输的航天器,按照模块化思路搭建平台型谱,不同的货物舱模块与推进舱模块组合,构成“全密封”“半开放”和“全开放”货运飞船,有利于今后的货运飞船区别不同类型的货物运输需求进行针对性生产。

    天舟一号开创了载人航天任务天基测控体制为主的飞行控制先河。在过往的载人航天任务中,对航天器的跟踪、测控以及在轨异常的及时监测处置,主要依赖陆基测控站和海基测量船。[11]

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