轉自：巔峰高地 ? ?作者：巔峰執筆
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????????繼長征5B遙二運載火箭發射天宮空間站天和核心艙之后，海南文昌發射場的另一枚火箭長征七號遙三日前也已經完成垂直總裝，并將于近期擇機實施垂直轉運與發射任務，此次任務載荷是天舟二號貨運飛船。
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長征七號遙三運載火箭垂直總裝
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????????按照任務計劃，天宮空間站在軌建造劃分為“關鍵技術驗證階段”與“在軌建造階段”，兩大階段各安排6次發射，關鍵技術驗證階段首發任務長征5B遙一已于去年成功實施，近日成功入軌的天和核心艙是該階段第二次發射，天舟二號貨運飛船則是關鍵技術驗證階段的第三次發射任務。
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天舟二號貨運飛船
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????????天宮空間站在軌組裝將歷經多種構型，今年將首先完成一字形構型，明年還有L形、T形兩種構型，所謂一字形主要是指天舟二號與神舟十二號分別對接天和核心艙的前向與后向對接口。
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今年建成一字形構型
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????????不過，今年年內我們看到的最大構型其實并不是一字形，而是不規則的小T形構型，天舟二號貨運飛船將在其中發揮關鍵作用。
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今年將看到的天宮空間站最大構型
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????????天和核心艙是近十余年來人類發射的最大單體航天器，同時也是我國迄今為止發射的最大單體航天器，然而在此之前擁有此殊榮的則是天舟貨運飛船。
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????????四年前，在載人航天工程二步走計劃天宮二號空間實驗室任務中我們成功實施了天舟一號貨運飛船任務，該飛船連續實施三次在軌推進劑補加試驗，同時進行了快速交會對接、航天器繞飛、天基測控等一系列關鍵技術演示驗證。
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????????????????????????????????????????????? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室對接
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????????備戰空間站任務的天舟二號貨運飛船已于3月20日進駐海南文昌發射場，歷經40多天總裝測試工作后于4月28日按照既定時間節點轉入加注區開展燃料加注工作。
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????????空間站系統楊宏總師披露，天宮空間站各次任務耦合度極高，以天和核心艙為例，在發射入軌后的48小時內要評估其在軌狀態，進而為天舟二號貨運飛船發出任務指令，后者將根據該指令轉入發射倒計時準備階段。隨后待天舟二號與天和核心艙對接后評估對接狀態，再給神舟十二號載人飛船發出任務指令，以此類推往后的每一次發射都將按照這一流程實施。
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神舟載人飛船
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????????天舟二號在天和核心艙發射前一天就已經轉入燃料加注階段工作，為轉入發射倒計時階段做好了必要準備。當前天和核心艙發射入軌早已超出48小時，可以確信天舟二號也已經轉入發射倒計時階段。
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????????在每一批次天舟/神舟任務中，天舟貨運飛船總是在神舟載人飛船之前發射，這是兵馬未動糧草先行，確保空間站有足夠的各項物資儲備以便服務航天員的長期在軌駐留任務。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????天舟貨運飛船貨物艙
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????????天舟二號作為空間站首發貨運飛船其肩負的任務自然是與眾不同：
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????????1.首先它將與天和核心艙后端通道對接，并等待神舟十二號的到來，后者將與天和核心艙前端節點艙前向對接口對接，首批3名航天員進駐天宮空間站的駐留時間是3個月；
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????????2.待神舟十二號撤離后天舟二號將繞飛至節點艙前向對接口對接，目的是驗證節點艙的推進劑在軌補加能力；
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???????????????????????????????????????????????????????????????天舟二號繞飛核心艙對接前向對接口
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????????3.天和核心艙機械臂捕獲天舟二號進行輔助轉位對接試驗。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????天舟二號貨運飛船轉位對接試驗
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????????天舟二號轉位對接試驗是一箭雙雕之舉，首先可以復現明年問天與夢天兩個實驗艙的轉位對接任務，再就是復現空間站主機械臂捕獲懸停飛行器進而輔助對接的任務。根據任務演示視頻提示，天舟二號與機械臂對接的適配器安裝在貨艙前錐段。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????????實驗艙轉位對接
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????????天宮空間站是建設科技強國、航天強國的重要引領性工程，最終它將成為一座國家級太空實驗室，其建設目標處處瞄準的是“世界領先、國際先進”，比如已經發射入軌的天和核心艙，應用了霍爾電推、三結柔性砷化鎵電池翼、七自由度空間機械臂、激光交會對接雷達、新一代測控系統等一系列先進技術裝備，是當前人類載人航天技術的集大成者。
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????????不僅天和核心艙瞄準世界領先，服務空間貨物運輸的天舟貨運飛船從立項伊始瞄準的目標同樣也是“世界領先”。
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???????????????????????????????????????????????????????????????????????????天舟貨運飛船
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????????天舟貨運飛船的技術領先主要體現在六大方面：
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一、世界現役貨運飛船最強運力
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????????天舟貨運飛船采用貨物艙與推進艙兩艙結構方案，貨物艙為密封艙，最大直徑3.35米，該艙段分為前錐段、全密封柱段、后錐段三部分，貨物貯存在全密封柱段內，推進艙直徑約2.5米。
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????????????????????????????????????????????????????????????????天舟飛船貨物艙結構
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????????飛船軸向總長約10.6米，上行貨運能力為6.5噸。
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????????世界現役其他各型貨運飛船上行貨運指標：進步MS（2.25噸）、HTV（6噸）、天鵝座（3.5噸）、貨運龍（3.31噸）。
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????????由此可見天舟貨運飛船上行運力居于世界現役各型貨運飛船之首。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????天鵝座貨運飛船
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二、世界現役貨運飛船上行貨重比之首
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????????天舟貨運飛船進行了全要素輕量化設計，飛船總重13.5噸，結合6.5噸上行貨運能力的貨重比為0.48。
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????????????????????????????????????????????????????????????????天舟飛船貨架結構
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????????世界現役其他各型貨運飛船上行貨重比：進步MS（0.33）、HTV（0.36）、天鵝座（0.46）、貨運龍（0.32）。
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????????貨重比是衡量貨運飛船運載效率的核心指標，即上行運力與飛船總重量的比值，比值越大運載效率越高。
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三、首創“推進-補加一體化設計”
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????????在天舟貨運飛船問世前，放眼全球只有進步號與歐空局ATV貨運飛船具備推進劑在軌補加功能，后兩款飛船用于推進劑補加的模塊與飛船自用推進模塊是相互隔離的獨立設計，任務適應性差。
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???????????????????????????????????????????????????????????????????????推進/補加一體化推進艙
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????????天舟貨運飛船全新研制400L金屬膜片貯箱，它們既有推進貯箱，也有補加貯箱，二者可以混合搭載，能夠視需求靈活增減推進貯箱與補加貯箱，具有優異的任務適應性。推進劑總攜帶量3.1噸，用于補加的推進劑2.1噸。
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四、首創全自主快速對接
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????????快速交會對接是載人航天領域的必備提升技能，例如載人飛船快速救援、空間站應急維修需要貨運飛船快速發射等任務需求。
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????????????????????????????????????????????????????????????天舟一號自主快速交會對接示意圖
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????????進步貨運飛船、聯盟系列載人飛船曾多次驗證快速交會對接任務，但這些任務中的關鍵事件仍然需要地面干預。
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????????天舟貨運飛船則在天舟一號任務中首次應用全自主交會對接技術，基于絕對定位數據實現快速交會對接過程中的自主制導與導航，整個過程無需地面干預。
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五、姿軌控動力系統的完善與強化
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????????????天舟貨運飛船采用純噴氣式姿軌控方案，配置36臺姿軌控發動機，其中4臺為490N軌控發動機，32臺姿控發動機推力分別為150N、120N、25N。
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????????????????????????????????????????????????????????????天舟尾部是4臺490N軌控發動機
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????????天舟二號在原設計基礎上進一步強化姿軌控動力系統配置，具備空間站全方位對接能力，不論是后向，還是前向，亦或者徑向都可對接，且具備空間站包括一字形、L形、T形在內所有構型對接任務適應力。不僅具備自主對接能力，還可以與空間站機械臂合作執行準靜態懸停捕獲與輔助對接任務。
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????????與空間站對接后天舟貨運飛船還可勝任空間站整站軌道抬升任務。
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六、飛船系列化發展，型譜完善
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????????天舟貨運飛船分為全密封、半開放、全開放三種構型：全密封主要執行加壓貨運以及燃料在軌補加任務；半開放構型則可以兼顧加壓貨運與小型艙外載荷運輸，艙外載荷由空間站機械臂取出；全開放構型則取消加壓貨運能力，進而運輸較大規模的艙外載荷，也是由空間站機械臂取出。
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????????????????????????????????????????????????????????全密封、半開放、全開放三種構型
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????????必要時還可以發射5噸級小型艙段，此為第四種構型。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????天舟半開放構型
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????????得益于天舟貨運飛船強大的上行運輸能力，其在空間站運營階段發射頻次相較于國際空間站顯著降低，每8個月發射一次，同時天舟貨運飛船未來還可以承擔載人月球任務中環月軌道空間站的補給任務。
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????????不過還應當看到，雖然該型飛船在諸多技術指標上居于世界領先水平，但這并不意味著我們可以就此止步。
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????????比如我們還存在上行貨運能力過剩的問題，小規模上行貨運效費比低，再比如天宮空間站的下行貨運能力也比較薄弱。
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????????????????????????????????????????????????????????????????天宮空間站還需拓展下行貨運業務
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????????為此載人航天辦公室已于今年年初發布“關于征集‘面向空間站運營的低成本貨物運輸’方案設想的公告”，公告中明確提出上行貨運1至4噸的運力需求，這一指標顯然低于天舟貨運飛船，目的很明確，就是增強天地貨運任務的靈活性與低成本，還提出300公斤級下行貨運能力。
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公告背景介紹
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????????3?00公斤級下行貨運指標顯著低于SpaceX公司貨運龍飛船的2.5噸，這是為什么呢？
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????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????貨運龍飛船
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????????首先300公斤級下行貨運指標條件下，火箭上行發射與飛船下行返回綜合成本將更低，其次大運力的下行貨運飛船我們早已有之，不必重復建設。
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????????去年成功首飛的新一代載人飛船試驗船原本就是以貨運飛船名目發起的項目，該型飛船返回艙可以基于氣囊緩沖方案實現無損著陸，進而實現與貨運龍飛船一樣的重復使用能力，且我們的飛船更大，在執行貨運任務時，不論是上行運輸，還是下行返回能力都遠在貨運龍之上。
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????????????????????????????????????????????????????????????????????新載人飛船亦可變身貨運飛船
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今時今日的我國航天歷經半個多世紀積累已經有了琳瑯滿目的貨架技術，只要提出需求就可以在較短的時間內研制出來，如同殲-20的研制使我們進入航空戰斗機設計制造的自由王國一樣，航天自由王國的時代也即將來臨。
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