別了！“天舟一號”進(jìn)入大氣層燒毀：完成任務(wù)了嗎？

天舟一號與天宮二號組合體示意圖 新華社發(fā)

近日，中國首艘貨運飛船天舟一號實現(xiàn)了與天宮二號空間實驗室的快速交會對接，把對接時間縮短至6.5小時。對接完成后，天舟一號對天宮二號成功完成了第三次推進(jìn)劑在軌補加試驗，并與后者分離。9月22日18時左右，天舟一號在完成空間實驗室階段任務(wù)及后續(xù)拓展試驗后受控離軌，再入大氣層。在測控通信系統(tǒng)的精確控制和密切監(jiān)視下，天舟一號經(jīng)兩次制動，軌道高度不斷下降，最后進(jìn)入大氣層燒毀。

3次“加油”萬無一失

我國載人航天工程實施“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，第一步為載人飛船階段，第二步為空間實驗室階段，第三步為空間站階段。天舟一號貨運飛船任務(wù)是實現(xiàn)第二步戰(zhàn)略的收官之戰(zhàn)，驗證空間補給技術(shù)，即推進(jìn)劑在軌補加技術(shù)，俗稱“太空加油”，為后續(xù)空間站階段奠定堅實基礎(chǔ)。

2017年4月23日07時26分，也就是天舟一號發(fā)射升空約3天之后，中國載人航天工程迎來歷史性時刻：推進(jìn)劑在軌補加試驗。此前，天舟一號關(guān)閉交會對接設(shè)備，進(jìn)行對接通道復(fù)壓和檢漏，以及設(shè)置組合體運行狀態(tài)，并由天宮二號控制組合體轉(zhuǎn)入天宮二號在后、天舟一號在前的飛行姿態(tài)，做好推進(jìn)劑補加試驗相關(guān)準(zhǔn)備工作。在軌補加試驗開始后，北京航天飛行控制中心指揮大廳的屏幕上顯示和記錄著相關(guān)進(jìn)程，天舟一號和天宮二號實施推進(jìn)劑補加的一條條管路、一個個閥門、一個個參數(shù)以及用不同顏色標(biāo)識的貯箱等圖形元素都在上面清晰呈現(xiàn)出來。經(jīng)過近5天努力，4月27日19時許，首次推進(jìn)劑在軌補加試驗完成。中國載人航天工程總指揮向外界宣布：天舟一號飛行任務(wù)取得圓滿成功。這標(biāo)志著中國突破和掌握推進(jìn)劑在軌補加技術(shù)，填補了在航天領(lǐng)域的空白，為后續(xù)空間站建設(shè)和長期運營掃清了能源供給上的障礙。

6月15日18時28分，天舟一號貨運飛船與天宮二號空間實驗室順利完成第二次推進(jìn)劑在軌補加試驗，進(jìn)一步驗證了這一關(guān)鍵技術(shù)的可靠性。本次補加試驗，旨在鞏固首次補加試驗取得的技術(shù)成果，主要完成了浮動斷接器插合、管路檢漏、燃料貯箱補加、氧化劑貯箱補加、浮動斷接器分離和狀態(tài)恢復(fù)等工作，整個過程歷時約2天。先后進(jìn)行了補加管路檢漏、天宮二號貯箱氣體回收、推進(jìn)劑輸送、推進(jìn)劑吹除等關(guān)鍵步驟。在地面操作人員精確控制下，整個在軌補加過程由天舟一號與天宮二號共同配合完成，其中，天舟一號負(fù)責(zé)貯箱增壓、補加管路檢漏，并向天宮二號輸送推進(jìn)劑；天宮二號負(fù)責(zé)貯箱氣體回收，并接收貨運飛船輸送推進(jìn)劑。9月16日20時17分，天舟一號與天宮二號順利完成第三次推進(jìn)劑在軌補加試驗，進(jìn)一步鞏固相關(guān)技術(shù)成果。本次補加試驗中，天舟一號根據(jù)推進(jìn)劑使用量動態(tài)評估結(jié)果與天宮二號后續(xù)任務(wù)需求，采取只為一組貯箱補加的策略，補加推進(jìn)劑共約250公斤，再次重復(fù)和驗證了浮動斷接器插合、管路檢漏等關(guān)鍵工作步驟，整個補加流程歷時約3天。

交會對接進(jìn)入新境界

除了實現(xiàn)太空加油，突破在軌補加技術(shù)之外，繼續(xù)驗證空間交會對接技術(shù)并實現(xiàn)快速交會對接技術(shù)的突破是天舟一號另一項重要使命。實際上，天舟一號作為貨運飛船，要完成給天宮二號空間實驗室在軌補加推進(jìn)劑，必須首先實現(xiàn)與后者的空間交會對接。

對于中國載人航天來說，空間交會對接已經(jīng)不是一個新鮮事物。早在2011年，神舟八號與天宮一號就成功實現(xiàn)了被稱作“太空穿針引線”的超高難度動作，一舉實現(xiàn)了在此領(lǐng)域的突破，使中國成為世界上第三個掌握空間交會對接技術(shù)的國家。之后，神舟九號、十號與天宮一號，神舟十一號與天宮二號接連進(jìn)行了多次空間交會對接，包括自動和手動兩種不同方式。然而，需要指出的是，這些空間交會對接是目前國際上傳統(tǒng)主流的方式，其特點是速度相對較慢，一般耗時2-3天。近年來，快速空間交會對接開始被采用。從2012年起，俄羅斯用這種方式，在約6個小時實現(xiàn)飛船與國際空間站的交會對接。

追求交會對接的高速、高效具有重要價值。天舟一號貨運飛船副總設(shè)計師張強說，速度快就意味著用時短，就可以大幅縮短航天員在飛船狹小空間中滯留的時間，減少其不必要的體力與精力付出。同時，快速交會對接還可保障科研用品，特別是生物制劑等無法經(jīng)歷長期運輸?shù)呢浧繁M快送達(dá)，更好滿足時效性要求�？焖俳粫�對接在緊急情況下為救援搶修贏得寶貴的時間。空間站等航天器在太空運行中，如果遭遇突如其來的風(fēng)險或者故障，必須進(jìn)行緊急處置，而快速交會對接就可以助力其高效開展故障排除與緊急救援等工作。

在交會對接方面，天舟一號被賦予了重任，一方面，繼續(xù)印證傳統(tǒng)交會對接技術(shù)，另一方面開展快速交會對接試驗，實現(xiàn)新突破。天舟一號不辱使命，表現(xiàn)優(yōu)異。4月22日12時16分，天舟一號與天宮二號對接環(huán)接觸，順利完成一系列技術(shù)動作后，對接機(jī)構(gòu)鎖緊，兩個飛行器建立剛性連接，形成組合體，首次對接圓滿結(jié)束。6月19日4時55分，天舟一號在完成繞飛試驗后，與天宮二號再次交會對接成功，鞏固了航天器多方位空間交會技術(shù)。9月12日17時24分，天舟一號根據(jù)地面指令，轉(zhuǎn)入自主快速交會對接模式，經(jīng)歷“遠(yuǎn)距離自主導(dǎo)引”和“近距離自主控制”兩個階段實施，在相關(guān)導(dǎo)航設(shè)備的精準(zhǔn)控制下，完成與天宮二號交會，整個過程歷時約6.5小時，達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。中國空間交會對接進(jìn)入“6.5小時”新境界。

星際鏈路支撐天基測控

無論是實現(xiàn)“太空加油”，還是快速空間交會對接技術(shù)突破，天舟一號令人驚艷的表現(xiàn)背后是精準(zhǔn)測控技術(shù)。值得注意的是，與以往載人航天任務(wù)實施不同，天舟一號測控實現(xiàn)了歷史性飛躍，是第一次以天基測控體制為主進(jìn)行的飛行控制。

航天測控系統(tǒng)是指對運行中的航天器進(jìn)行跟蹤、測量和控制的大型電子系統(tǒng)，其對于航天任務(wù)實施的重要性不言而喻。就此，天舟一號貨運飛船測控與通信分系統(tǒng)副主任設(shè)計師朱珂打了個比方。他說，如果把航天器比作飛在太空的風(fēng)箏，那么測控系統(tǒng)就像是掌控著這根連接風(fēng)箏和地面的線。以往，中國的航天測控主要依賴陸基測控站和�；鶞y量船進(jìn)行，這不僅需要耗費大量人力物力建造、維護(hù)地面測控站和海上測量船，而且相關(guān)人員還要奔波在各個站點之間開展相關(guān)試驗，效率較低。同時，還要受到跨國、跨境等地域限制，測控覆蓋范圍相對較小。

天舟一號首次采用了以“天基測控”體制為主的測控方式，也就是說，其測控不再主要依賴傳統(tǒng)的陸基和海基方式，而是天基測控為主體，再輔之以傳統(tǒng)方式。而所謂“天基測控”，朱珂介紹說，就是通過中繼衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來實現(xiàn)與地面的測控通信。

然而，實現(xiàn)測控方式的飛躍并不容易，不僅天舟一號自身要裝備相關(guān)終端設(shè)備，而且要借助中繼衛(wèi)星建立星間鏈路。實際上，中繼衛(wèi)星是天基測控的基石。從2008年開始，中國致力于打造屬于自己的中繼衛(wèi)星。當(dāng)年4月，中繼衛(wèi)星天鏈一號首顆星發(fā)射入軌，中國航天器開始擁有天上數(shù)據(jù)“中轉(zhuǎn)站”。在此后約8年間，中國接連又發(fā)射了3顆“天鏈一號”星，這樣由天鏈一號4顆星實現(xiàn)全球組網(wǎng)運行。天舟一號發(fā)射成功后，其中繼終端在第一時間開機(jī)，與中繼衛(wèi)星實現(xiàn)“太空握手”，建立星間鏈路。借助天鏈一號中繼衛(wèi)星，天基為主的測控通信體系構(gòu)筑完成，實現(xiàn)天舟一號與天宮二號交會對接、推進(jìn)劑補加等關(guān)鍵事件的全程跟蹤測控，既方便了對在軌設(shè)備狀態(tài)的及時監(jiān)測，又減少了對陸地測控站和海洋測量船的依賴，這為中國后續(xù)空間站的長期運行開創(chuàng)了經(jīng)濟(jì)高效的道路。

在朱珂看來，星際鏈路不僅提高了航天測控的覆蓋率，提高了效率，而且還大大提高了航天器通信速度。他通過數(shù)據(jù)對比，認(rèn)為可以把遙測速度提高至原來的5倍。這樣，更有利于對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視，更全面地掌握航天器的工作狀態(tài)。通信速度提高最直觀的表現(xiàn)就是太空寬帶的應(yīng)用。人們還記得，2016年的天宮二號與神舟十一號飛行任務(wù)中，航天員在太空生活里即時觀看《新聞聯(lián)播》，收發(fā)郵件，與家人視頻通話，這些就得益于天鏈一號中繼衛(wèi)星系統(tǒng)。

天舟一號為中國空間站研制建設(shè)和運營管理積累了重要經(jīng)驗。如今，它已圓滿完成“快遞”任務(wù)，光榮謝幕。