据中国载人航天工程办公室消息，天舟五号货运飞船入轨后顺利完成状态设置，于北京时间11月12日12时10分，采取自主快速交会对接模式，成功对接于空间站天和核心舱后向端口，中国航天员首次在空间站迎接货运飞船来访。交会对接完成后，天舟五号将转入组合体飞行段。
此次任务中，首次实现了两小时自主快速交会对接，创造了世界纪录。这一技术突破对于提升我国空间交会对接水平，提升空间站任务应急物资补给能力具有重要意义。
浪漫的中国航天人，再一次向空间站送上了来自祖国的“惊喜礼包”。
长征七号火箭发射天舟五号货运飞船。高洁 摄
按照工程总体飞行任务规划，空间站关键技术验证及建造阶段会发射天舟二号至天舟五号共4艘货运飞船，货物舱均为全密封状态。“天舟二号”已于2021年5月29日成功发射，“天舟五号”是本阶段最后一艘执行应用性运输任务的货运飞船，也是空间站形成T字构型之后迎来的首发货运飞船。
此去半载，由航天科技集团五院研制的天舟五号货运飞船将为完全状态的中国空间站运输物资、补给燃料、下行废弃物，并陪伴神舟十五号飞船乘组度过为期6个月的太空旅程。
“多面手”和“小忙人”
天舟五号货运飞船这次带了什么货？
据了解，“天舟五号”上行物资约6.7吨，物资包括航天员系统准备的食品、医药物品、卫生清洁用品等货包，空间站关键设备的备份件、维修件，空间应用系统的实验载荷，以及为空间站组合体携带的1400公斤补加推进剂。这些物资都将为未来的航天员在轨驻留、空间站长期运营并开展材料科学、微重力、航天医学试验等空间应用领域提供物资保障。
天舟五号货运飞船。五院供图
“这次‘大礼包’里还有新鲜水果和植物种子。”天舟五号货运飞船系统总体副主任设计师张振华介绍，天舟五号货运飞船上行了航天员系统的一定量的新鲜水果，货运飞船系统配合航天员系统进行了装载过程中的保鲜处理。这些水果到达空间站后，将更好地满足航天员的营养物质需求。
天舟五号货运飞船本次任务还搭载了约1公斤植物种子，用于开展航天育种实验。种子主要包括水稻、小麦、玉米等主粮作物和少量林木种子。后续，这些种子将通过载人飞船返回地面，经过地面培育后，投入市场。
天舟五号货运飞船被装入火箭整流罩。宿东 摄
按计划，天舟五号货运飞船不仅要完成上行物资的使命，还将承担实验支持的职责。上行的物资包括3项实验载荷，这些载荷将在空间失重环境下开展科学实验，对一些前沿的航天关键技术进行验证。在确保货物安全送到“太空之家”的同时，天舟五号货运飞船还具备承担空间站姿态轨道控制、并网供电及空间站遥测、数据传输支持等任务的能力，支持空间站运营及科学实验。
协助空间站轨道姿态控制也是天舟五号货运飞船的主要功能之一。据张振华介绍，近地轨道上几乎没有空气，但对于以接近第一宇宙速度飞行的空间站来说，极为稀薄的高空大气阻力是不可忽视的因素。以国际空间站为例，它的轨道高度每天都会由于空气阻力而下降约100米，如果太阳活动剧烈，地球高层大气密度增加，其轨道高度下降就会更多。
天舟五号货运飞船。五院供图
“虽然空间站安装有轨道控制发动机，但如果有货运飞船对接驻留，就主要使用货运飞船的发动机来维持轨道，而天和核心舱的发动机和燃料更多是以备不时之需。”张振华说。
“太空快递”送达后，货运飞船就地“变身”。张振华透露，“天舟五号”将在陪伴神舟十五号飞船乘组度过空间站的时光后离轨。此外，天舟五号货运飞船在空间站驻留时可充当“回收站”，航天员取出货运飞船携带的物品后，可将空间站内的废弃物品搬运到货运飞船上，从而增大航天员在舱内活动的有效空间，保持空间站整洁，让航天员生活得更舒适。
快速交会对接进入“高铁时代”
长征七号运载火箭点火飞行约10分钟后，船箭分离。天舟五号货运飞船太阳帆板展开，随后进入快速交会对接模式，约2小时后，与空间站组合体成功对接。
货运飞船与空间站组合体交会对接模拟动画。五院提供
所谓交会对接，是指两个航天器在空间轨道上会合并连接成一个整体的技术，类似于我们在地面上将两块积木插在一起，但要在太空中完成这个动作可不容易。
“对接的两个航天器最初不在同一个轨道上，而要到达同一轨道上，必须通过发动机喷气来改变航天器的运动速度大小或方向，从而变换轨道来实现。”张振华介绍，交会对接具体的流程包括远距离导引、近距离控制两个阶段，主要由追踪飞行器完成。而快速交会对接相比原交会对接流程，压缩时间最多的就是远距离导引段。
所谓快速交会对接，是相对于较早的交会对接流程而言。如“神舟八号”与“天宫一号”的交会对接，从飞船发射到完成对接，总时长约45小时。“天舟二号”首次实现的快速交会对接仅用了约8小时。“天舟三号”“天舟四号”将这一过程压缩为约6.5小时。
而这次，天舟五号货运飞船的快速交会对接更是进入了“高铁时代”，仅用2小时就可以成功与T字构型空间站组合体（含径向停靠的载人飞船）实施对接，对接目标达80吨量级。这也是中国首次在空间站有人驻留的情况下实施货运飞船快速交会对接。万一遇到故障情况，航天员有能力遥控操作货运飞船对接，提高了对接的可靠性。
“快速交会对接并不是飞行速度变得快了，而是轨道控制的流程变短了。”张振华表示，从“天舟二号”到“天舟四号”，货运飞船需要经历6次变轨，然后到达离空间站大概50公里左右的瞄准点。接下来，它们逐渐逼近，不断地确认位置关系，调整自己的姿态和速度，最终追上目标飞行器，完成对接。不过，对于上述过程，天舟五号货运飞船只需要经过2次变轨便可轻松完成。
“一般来说，货运飞船入轨后，地面飞行控制人员要对货运飞船进行状态确认，然后才会进入快速交会对接模式。我们这次优化了状态确认的时间，把以前串行的工作变为并行开展，为2小时快速交会对接抢些时间。货运飞船入轨5分钟后就进入了快速交会对接模式。”张振华表示。
当然，要确保飞船状态不出问题，快速进入对接模式，对天舟五号货运飞船研制团队也提出了更高的要求。为确保“天舟五号”可靠工作，研制团队在模拟轨道真空环境条件下对“天舟五号”连续加电测试了340小时，飞船正常工作无误。发射前，“天舟五号”GNC控制器、数管计算机、推进电子单机等关键设备测试时间超过1500小时，验证非常充分。
“功夫在平时。只有将货运飞船出厂前的测试做得更加充分，发射场测试数据判读更加精准，在天舟五号货运飞船实现快速交会对接的时候，我们才会更有底气。”张振华说。
文/本报记者 邓雨楠
原标题：《2小时送达！“宇宙级带货”又成功，“天舟五号”有哪些亮点？》