11月12日，隨著海南文昌海岸上急速升騰起一股壯美的白煙，由航天科技集團(tuán)五院（以下簡(jiǎn)稱五院）抓總研制的天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船在長(zhǎng)征七號(hào)火箭的穩(wěn)穩(wěn)托舉下，滿載貨物飛天云霄，跨越星海奔赴天宮。隨后，僅用2個(gè)小時(shí)，天舟五號(hào)便實(shí)現(xiàn)了與空間站天和核心艙后向?qū)涌诘捻樌麑?duì)接。

▲ 長(zhǎng)七火箭發(fā)射（鄧雨楠 攝）

天舟五號(hào)是中國(guó)空間站在太空形成“T”字構(gòu)型后迎來(lái)的首位“訪客”，也是中國(guó)航天員首次在軌迎接貨運(yùn)飛船。值得關(guān)注的是，這次交會(huì)對(duì)接用時(shí)大幅縮短，創(chuàng)造了空間站階段的交會(huì)對(duì)接最快記錄，讓人類空間站交會(huì)對(duì)接用時(shí)進(jìn)入“2h”時(shí)代。

世界最快！堪稱“太空貨運(yùn)高鐵”

從按下發(fā)射按鈕到與空間站交會(huì)對(duì)接，天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船僅用2個(gè)小時(shí)，不僅一舉改寫了此前國(guó)際空間站由俄羅斯聯(lián)盟號(hào)飛船MS-17于2020年10月14日創(chuàng)造的3小時(shí)3分鐘的紀(jì)錄，而且縮短時(shí)長(zhǎng)達(dá)1/3。我國(guó)快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)成功在軌實(shí)施，標(biāo)志著中國(guó)航天交會(huì)對(duì)接技術(shù)取得新的技術(shù)突破。

“快”是天舟系列貨運(yùn)飛船的顯著特點(diǎn)，也是核心難點(diǎn)。為了攻克和掌握自主快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)，五院飛船制導(dǎo)導(dǎo)航與控制（GNC）系統(tǒng)研制人員向著技術(shù)高峰發(fā)起頑強(qiáng)沖鋒，進(jìn)行了持續(xù)多年的艱苦攻關(guān)。2017年9月12日，我國(guó)利用天舟一號(hào)成功開展與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室的6.5小時(shí)快速交會(huì)對(duì)接在軌試驗(yàn)，成為世界上第3個(gè)掌握近地快速交會(huì)對(duì)接的國(guó)家。2021年以來(lái)，天舟二號(hào)、天舟三號(hào)、天舟四號(hào)在與天和核心艙交會(huì)對(duì)接時(shí)，均采用自主快速交會(huì)對(duì)接方案，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步。

與天舟貨運(yùn)飛船此前的6.5小時(shí)快速交會(huì)對(duì)接相比，天舟五號(hào)主要從兩方面進(jìn)行了方案的調(diào)整。一是優(yōu)化了交會(huì)對(duì)接的控制制導(dǎo)策略，將遠(yuǎn)距離導(dǎo)引過(guò)程由多圈次壓縮為不到一圈，將多次變軌壓縮為了兩次綜合機(jī)動(dòng)，該部分用時(shí)由原來(lái)的約4個(gè)小時(shí)減少到約1個(gè)小時(shí)。二是在近距離自主控制段，減少了多個(gè)用以確認(rèn)飛船狀態(tài)的停泊點(diǎn)，類似動(dòng)車組減少經(jīng)停車站數(shù)量一樣，加快了接近速度，該階段時(shí)長(zhǎng)由2個(gè)多小時(shí)縮短為約40分鐘。

2小時(shí)快速交會(huì)對(duì)接技術(shù)對(duì)飛船飛行要求很高，在此次飛行任務(wù)中實(shí)現(xiàn)突破，對(duì)于中國(guó)空間站的長(zhǎng)期在軌運(yùn)營(yíng)具有重大現(xiàn)實(shí)意義。這不僅意味著運(yùn)輸時(shí)長(zhǎng)的大大縮短，使運(yùn)輸特殊鮮活試驗(yàn)品成為可能，而且能夠極大增強(qiáng)太空緊急救援能力。從6.5小時(shí)到2小時(shí)，既標(biāo)志著我國(guó)的自主定軌技術(shù)精度更高，姿態(tài)軌道控制精度更高，綜合制導(dǎo)技術(shù)水平更高，飛控流程更加優(yōu)化，也標(biāo)志著交會(huì)對(duì)接模式更加多樣化、功能更加豐富，適應(yīng)能力更強(qiáng)，即我國(guó)的空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)更趨成熟。

中國(guó)空間站在距離地面約400公里的軌道上運(yùn)行。天舟五號(hào)僅用2個(gè)小時(shí)就飛抵對(duì)接，可謂實(shí)現(xiàn)了“太空貨運(yùn)專列”到“太空貨運(yùn)高鐵”的華麗升級(jí)，讓航天員們的幸福感“直線拉滿”，讓太空見(jiàn)證新的“中國(guó)速度”。

亮點(diǎn)滿滿！任務(wù)開創(chuàng)多個(gè)首次

天舟五號(hào)是我國(guó)第5艘貨運(yùn)飛船。此次任務(wù)也是天舟貨運(yùn)飛船與長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭組成的空間站貨物運(yùn)輸系統(tǒng)的第4次應(yīng)用性飛行。

作為空間站的地面后勤補(bǔ)給航天器，天舟貨運(yùn)飛船采用型譜化方案，設(shè)計(jì)了滿足不同貨物運(yùn)輸需求的全密封、半密封、全開放3個(gè)貨物艙模塊，與通用推進(jìn)艙模塊組合形成全密封貨運(yùn)飛船、半密封貨運(yùn)飛船和全開放貨運(yùn)飛船3種型譜。其中，天舟五號(hào)為全密封貨運(yùn)飛船，是世界現(xiàn)役貨物運(yùn)輸能力最大、在軌支持能力最全面的貨運(yùn)飛船。

天舟五號(hào)上裝載了航天員系統(tǒng)、空間站系統(tǒng)、空間應(yīng)用領(lǐng)域的貨物共計(jì)約5噸，攜帶補(bǔ)加推進(jìn)劑約1.4噸，將為神舟十五號(hào)乘組3人6個(gè)月在軌駐留、空間站組裝建造和空間應(yīng)用領(lǐng)域提供物資保障。同時(shí)，天舟五號(hào)還充分利用貨運(yùn)飛船上行運(yùn)力資源，搭載多項(xiàng)試驗(yàn)載荷，支持開展空間科學(xué)與技術(shù)試驗(yàn)，具備承擔(dān)空間站姿態(tài)軌道控制、并網(wǎng)供電以及空間站遙測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸支持等能力，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的綜合效益。

11月3日，中國(guó)空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙順利完成轉(zhuǎn)位，中國(guó)空間站“T”字構(gòu)型組裝完成。僅過(guò)9天，天舟五號(hào)即來(lái)到訪。與以往貨運(yùn)飛船不同，天舟五號(hào)的對(duì)接目標(biāo)是達(dá)80噸量級(jí)的空間站組合體。此次任務(wù)的成功，也充分證明了貨運(yùn)飛船對(duì)接機(jī)構(gòu)對(duì)大噸位目標(biāo)的適應(yīng)性。

此次任務(wù)還是在中國(guó)空間站有人駐留的情況下進(jìn)行的首次貨運(yùn)飛船交會(huì)對(duì)接。為了進(jìn)一步提高近距離交會(huì)對(duì)接過(guò)程的可靠性，天舟五號(hào)還具備故障情況下手控遙操作交會(huì)對(duì)接任務(wù)備份能力。當(dāng)飛船靠近并貼緊空間站時(shí)，航天員同步在“天宮”之中密切關(guān)注著“天舟”的各個(gè)動(dòng)作和各項(xiàng)參數(shù)。當(dāng)對(duì)接圓滿完成，“天舟”妥妥“停穩(wěn)”后，航天員將很快進(jìn)入其中，拿到來(lái)自地面的“家鄉(xiāng)貨”。

天舟五號(hào)上還搭載了由五院529廠自主研發(fā)的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)載荷，計(jì)劃開展我國(guó)首次燃料電池空間在軌試驗(yàn)。月球上一天大約相當(dāng)于地球上的一個(gè)月，未來(lái)開展載人探月任務(wù)，必須應(yīng)對(duì)在月夜長(zhǎng)時(shí)間無(wú)太陽(yáng)光照等嚴(yán)苛環(huán)境，如果采用傳統(tǒng)儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)，則會(huì)導(dǎo)致重量大幅增加，無(wú)法滿足任務(wù)需要?？蒲腥藛T將目光投向具有較高比能量的燃料電池，開展了近十年的研究探索。通過(guò)此次搭載任務(wù)開展太空實(shí)驗(yàn)，將驗(yàn)證燃料電池在微重力等空間環(huán)境下的運(yùn)行特性規(guī)律，掌握微重力等條件對(duì)燃料電池運(yùn)行條件下的參數(shù)特性影響規(guī)律，為后續(xù)宇航燃料電池應(yīng)用設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)支撐，推動(dòng)宇航燃料電池工程應(yīng)用發(fā)展，為我國(guó)載人探月任務(wù)推進(jìn)提供有力支持。

使命必達(dá)！天舟飛船連戰(zhàn)連捷

有了貨運(yùn)飛船，人類太空長(zhǎng)期駐留才成為可能。根據(jù)中國(guó)載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，為了滿足空間站任務(wù)需要，我國(guó)于2011年啟動(dòng)天舟貨運(yùn)飛船研制工作。歷經(jīng)數(shù)年艱苦攻關(guān)，天舟團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持自立自強(qiáng)、勇于創(chuàng)新，突破并掌握了一系列核心和關(guān)鍵技術(shù)，成功研制出“身強(qiáng)力壯功能多”的天舟飛船。天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船全長(zhǎng)10.6米，最大直徑3.35米，最大裝載狀態(tài)下重量達(dá)13.5噸，一次能送6噸多貨物上天，于2017年4月成功發(fā)射。黨中央、國(guó)務(wù)院、中央軍委對(duì)天舟一號(hào)飛行任務(wù)圓滿成功發(fā)來(lái)賀電，指出這標(biāo)志著我國(guó)載人航天工程第二步勝利完成，對(duì)于實(shí)現(xiàn)不懈追求的航天夢(mèng)，具有十分深遠(yuǎn)的意義。天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船的體積、重量均創(chuàng)下當(dāng)時(shí)我國(guó)航天器之“最”。

從天舟二號(hào)起，貨運(yùn)飛船要面向空間站建造與在軌運(yùn)營(yíng)任務(wù)需要，為這座“太空家園”運(yùn)輸和存貯貨物，運(yùn)輸和補(bǔ)加推進(jìn)劑，并將廢棄物收集、存放，帶回大氣層銷毀。“一約既定，使命必達(dá)！”天舟團(tuán)隊(duì)牢記殷切期望，擼起袖子加油干，開拓創(chuàng)新攀高峰，全面加強(qiáng)平臺(tái)方案和貨運(yùn)方案的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)，推動(dòng)元器件自主可控，實(shí)現(xiàn)了高效多能、高度自主、高可靠性和高安全性設(shè)計(jì)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)飛船總體性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。2021年5月29日、2021年9月20日、2022年5月10日，天舟二號(hào)、天舟三號(hào)、天舟四號(hào)先后成功發(fā)射，與天和核心艙順利對(duì)接后，在軌進(jìn)行了一系列拓展應(yīng)用試驗(yàn)。2022年3月31日、2022年7月27日，天舟二號(hào)、天舟三號(hào)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。

為了滿足密集發(fā)射的需要，天舟貨運(yùn)飛船實(shí)行組批生產(chǎn)的方式，同一批次的外形、功能相似或相近。據(jù)天舟貨運(yùn)飛船總設(shè)計(jì)師白明生介紹，天舟三號(hào)、四號(hào)、五號(hào)一批生產(chǎn)出來(lái)；天舟六號(hào)到十一號(hào)是另外一批。從天舟六號(hào)開始，會(huì)進(jìn)行系統(tǒng)升級(jí)，如對(duì)貨物艙進(jìn)行比較大的改進(jìn)，大幅度增強(qiáng)密封艙的貨物運(yùn)輸能力等，這樣給航天員提供的物資可以支撐更長(zhǎng)的時(shí)間。

驚喜不斷！更多精彩值得期待

兵馬未動(dòng)，糧草先行。天舟五號(hào)“到訪”后，神舟十五號(hào)載人飛船很快也將發(fā)射，3位航天員將與目前正在浩瀚太空“出差”的神舟十四號(hào)航天員實(shí)現(xiàn)“太空會(huì)師”。屆時(shí)，中國(guó)空間站將首次實(shí)現(xiàn)6名中國(guó)航天員在軌駐留，迎來(lái)“滿員”。航天員將在太空中共同開展工作，分別在天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙度過(guò)“夜晚”，并完成在軌交接。天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船運(yùn)來(lái)的物資，也將為他們同時(shí)在軌工作和生活以及神舟十五號(hào)航天員后續(xù)半年的駐站提供最充分、最踏實(shí)的保障。

在天舟五號(hào)貨運(yùn)飛船上，還搭載了由五院航天東方紅衛(wèi)星有限公司抓總研制的“澳門學(xué)生科普衛(wèi)星一號(hào)”，這是我國(guó)為了密切加強(qiáng)內(nèi)地與澳門航天科技合作，推動(dòng)澳門航天事業(yè)發(fā)展采取的一項(xiàng)重要舉措。2022年3月，衛(wèi)星正式命名。

再過(guò)不久，這顆衛(wèi)星就要從天舟五號(hào)上放飛，在太空中向世界奉上“中國(guó)科普大片”。近年來(lái)，越來(lái)越多香港、澳門科學(xué)家深度參與中國(guó)航天工程任務(wù)，匯聚成了同心共筑航天強(qiáng)國(guó)夢(mèng)的強(qiáng)大力量。