天舟一號(hào)發(fā)射在即：零窗口發(fā)射+太空加油

　　據(jù)央視新聞4月19日?qǐng)?bào)道，天舟一號(hào)發(fā)射任務(wù)昨天（18日）進(jìn)行最后一次全區(qū)合練，結(jié)果表明，各系統(tǒng)組織指揮暢通，技術(shù)狀態(tài)正確，參試設(shè)備狀態(tài)良好。

　　這次合練由文昌航天發(fā)射場(chǎng)組織實(shí)施，是除“點(diǎn)火發(fā)射”之外，參試測(cè)控通信系統(tǒng)最多、最全、最貼近實(shí)戰(zhàn)的一次綜合模擬演練，也是發(fā)射前的最后一次合練。目前，發(fā)射場(chǎng)測(cè)發(fā)、測(cè)控、通信、氣象、勤保五大系統(tǒng)同步展開工作。按計(jì)劃，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船將于本月20日至24日擇機(jī)發(fā)射，從氣象會(huì)商結(jié)果來看，發(fā)射窗口時(shí)間段氣象條件滿足發(fā)射要求。此次發(fā)射是零窗口發(fā)射，面臨著極大挑戰(zhàn)。

　　天舟一號(hào)飛行任務(wù)發(fā)射場(chǎng)區(qū)指揮部指揮長張學(xué)宇：零窗口發(fā)射在文昌場(chǎng)區(qū)是屬于首次，主要是貨運(yùn)飛船入軌以后要和天宮二號(hào)要準(zhǔn)確地對(duì)接，就要各系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，精準(zhǔn)操控、精確決策，確保飛船能夠準(zhǔn)時(shí)成功圓滿地入軌，目前各項(xiàng)裝備的狀態(tài)和參數(shù)正常，具備發(fā)射條件。

　　什么是“零窗口”發(fā)射？

　　發(fā)射窗口是指運(yùn)載火箭攜帶著航天器發(fā)射升空比較合適的一個(gè)時(shí)間范圍，有的以小時(shí)計(jì)算，有的以天計(jì)算，在此期間火箭都可以發(fā)射。由于此次發(fā)射天舟一號(hào)飛船要和天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)交會(huì)對(duì)接，對(duì)發(fā)射精度要求很高，因此，發(fā)射窗口不是一個(gè)時(shí)間范圍，而是一個(gè)確定的時(shí)間點(diǎn)，一秒都不能差，這就是航天人所說的“零窗口”，這對(duì)于火箭和發(fā)射場(chǎng)系統(tǒng)的可靠性提出了很高的要求。

　　航天科技集團(tuán)一院長征七號(hào)運(yùn)載火箭總指揮王小軍表示，因?yàn)椤傲愦翱凇卑l(fā)射，所以火箭組成需要復(fù)雜的系統(tǒng)。另外，在射前的操作、流程也是非常復(fù)雜。在這個(gè)工作過程中間任何一個(gè)環(huán)節(jié)出了問題，我們就在保證零窗口發(fā)射中都會(huì)存在一定的困難。

　　除了火箭本身的原因外，海南多雨的天氣也成為影響火箭準(zhǔn)點(diǎn)起程的重要因素。設(shè)計(jì)人員在研制長征七號(hào)之初，就為它增加了“防雨防水”這項(xiàng)本領(lǐng)，使它成為我國第一款能在中雨條件下發(fā)射的運(yùn)載火箭，保證了在惡劣天氣下也能實(shí)現(xiàn)零窗口發(fā)射的能力。

　　除了海南文昌發(fā)射中心，中國目前投入使用的發(fā)射場(chǎng)基本都處于我國中、西部地區(qū)，干燥少雨。而由于長征七號(hào)火箭是在海南文昌發(fā)射，這里潮濕多雨的氣候和火箭里面的低溫燃料，使得“防水”的需求首次出現(xiàn)在中國運(yùn)載火箭的研制中。

　　“太空快遞小哥”準(zhǔn)備首飛

　　據(jù)中國載人航天工程辦公室消息，天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與長征七號(hào)遙二運(yùn)載火箭于4月17日完成了總裝測(cè)試等技術(shù)區(qū)各項(xiàng)工作。當(dāng)天7時(shí)30分，承載著長征七號(hào)遙二運(yùn)載火箭與天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船組合體的活動(dòng)發(fā)射平臺(tái)駛出總裝測(cè)試廠房，平穩(wěn)行駛約2.5小時(shí)后，垂直轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)。之后，將在發(fā)射區(qū)開展天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船與長征七號(hào)遙二運(yùn)載火箭功能檢查和聯(lián)合測(cè)試工作，完成最終狀態(tài)確認(rèn)后，火箭加注推進(jìn)劑，計(jì)劃4月20日至24日擇機(jī)發(fā)射。

　　天舟一號(hào)是我國自主研制的首艘貨運(yùn)飛船，由于它只運(yùn)貨，不送人，所以被一些媒體昵稱為“快遞小哥”。它采用兩艙式結(jié)構(gòu)，直徑較小的是推進(jìn)艙，直徑較大的為貨物艙。其最大直徑達(dá)到3.35米，飛船全長10.6米，載荷能力達(dá)到了6.5噸，滿載貨物時(shí)重13.5噸。如果此次滿載的話，它很可能將成為中國發(fā)射進(jìn)入太空的質(zhì)量最大的有效載荷。甚至比天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室還大，后者全長10.4米，直徑同為3.35米，質(zhì)量為8.6噸。

　　中國首次“太空加油”引人矚目

　　據(jù)了解，天舟一號(hào)采用兩艙構(gòu)型，由貨物艙和推進(jìn)艙組成。天舟一號(hào)的核心目標(biāo)任務(wù)之一就是驗(yàn)證推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)，這也被俗稱為“太空加油”技術(shù)。空間站為了維持其軌道高度，飛行過程中必須消耗燃料。為了使空間站長期使用，就需要貨運(yùn)飛船為空間站進(jìn)行燃料補(bǔ)充。天舟一號(hào)將通過一些特有的接口將燃料加注到天宮二號(hào)中，創(chuàng)造中國航天新篇章。

　　專家表示，無論是空間實(shí)驗(yàn)室還是空間站，在近地軌道運(yùn)行都會(huì)由于空氣阻力而“掉高度”，如果不能維持高度，其在軌壽命將比較有限。這需要火箭發(fā)動(dòng)機(jī)適時(shí)啟動(dòng)以保持軌道高度，但是其攜帶的燃料是有限的。這就為被稱為“太空加油”的在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加技術(shù)提出了需求。目前掌握推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加技術(shù)的只有美俄兩國，此次天舟一號(hào)的一個(gè)重要使命就是驗(yàn)證這項(xiàng)技術(shù)，這也是決定中國未來空間站能否順利發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。為此，先期發(fā)射入軌的天宮二號(hào)安裝了一套全新的補(bǔ)加系統(tǒng)，其補(bǔ)加原理類似于油管與油槍的對(duì)接，不過精度和密封性要求非常高。

　　專家表示，目前國際上還有一種維持軌道的補(bǔ)充方式，就是貨運(yùn)飛船與空間站對(duì)接后，利用自身發(fā)動(dòng)機(jī)“燒掉”多余的燃料抬高空間站軌道。不過這種軌道維持方式對(duì)于飛船的位置、對(duì)接口受力都有很高要求，另外這種方式也不夠靈活。

　　根據(jù)加拿大麥克唐納·德特威勒公司的估算，2012~2020年，可能有100多顆地球同步軌道通信衛(wèi)星因燃料耗盡而失效，替換這些衛(wèi)星的成本高達(dá)300億~360億美元。如果能夠通過在軌加注系統(tǒng)為這些在軌航天器補(bǔ)充燃料，延長其使用壽命，可以有效降低發(fā)射成本。

　　“太空加油”將是中國航天繼掌握空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)之后，具有標(biāo)志意義的里程碑。它將使建設(shè)長期駐留、有人照料的空間站具備基本前提，為2020年后建成“太空家園”，催生中國空間站時(shí)代奠定基礎(chǔ)。

　　現(xiàn)役運(yùn)載能力最強(qiáng)貨船

　　專家表示，中國計(jì)劃在2022年前后建成空間站，其初步規(guī)模包括一個(gè)核心艙和兩個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，如果想保持航天員長期在軌飛行，貨運(yùn)飛船是必可不少的。

　　專家表示，貨運(yùn)飛船是從載人飛船演變過來的。運(yùn)貨飛船可以運(yùn)輸推進(jìn)劑燃料、維修和更換的設(shè)備、航天員的生活、工作用品以及空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和用品等，此外還能用于調(diào)整空間站軌道高度。在20世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)和美國開始發(fā)展體積大、壽命長、用途廣的空間站。剛開始時(shí)，兩國都是用人貨混裝的載人飛船為空間站提供少量補(bǔ)給，每艘載人飛船一次只能為空間站運(yùn)去幾百公斤的物資，無法滿足需求。蘇聯(lián)率先在聯(lián)盟號(hào)載人飛船的基礎(chǔ)上研制了進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船，其貨艙容積為6.6立方米，運(yùn)載能力為2.6噸，并可進(jìn)行在軌推進(jìn)劑補(bǔ)加服務(wù)。歐洲的貨運(yùn)飛船叫自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器，全長10米，最大直徑為4.5米，重量約10噸，運(yùn)貨能力可達(dá)7噸，是迄今運(yùn)載能力最大的貨運(yùn)飛船，從2008年起到2014年共發(fā)射了5個(gè)，但目前已經(jīng)停止建造。

　　美國的“龍”飛船長5.9米，最大直徑3.7米，其運(yùn)送載荷最大質(zhì)量6噸，返回載荷最大質(zhì)量3噸，它也是貨運(yùn)飛船中往地球運(yùn)回物品的高手。此外，美國的“天鵝座”和日本的HTV貨運(yùn)飛船運(yùn)載能力分別為2.7噸和6噸?？傮w來說，天舟一號(hào)的運(yùn)載能力是居于前列的，而在現(xiàn)役貨運(yùn)飛船中其運(yùn)載能力是最大的。