快鏡頭告訴你 天舟一號在發射前都在準備什么
中國載人航天工程辦公室4月19日發布，經空間實驗室飛行任務總指揮部研究決定，瞄準4月20日19時41分發射天舟一號貨運飛船。
天舟一號貨運飛船發射升空后，將進入高度約380公里的運行軌道，之后將與在軌運行的天宮二號空間實驗室進行自動交會對接。天舟一號將裝載超過6噸的物資與設備飛向太空。它的主要任務是為天宮二號“送貨”。在這些貨物中，除了維持天宮二號運行的各種補給外，還有大量太空實驗設備和載荷。
顏值：中國首艘貨運飛船長啥樣
作為中國自主研制的首艘貨運飛船，天舟一號到底長啥樣，引發外界關注。
公開報道顯示，天舟一號采用兩艙構型，由貨物艙和推進艙組成，全長10.6米，艙體最大直徑3.35米，整船最大裝載狀態下重量達13.5噸，個頭比天宮二號和神舟飛船都要大，是目前中國體積最大、重量最重的航天器。
“能裝才是硬道理”——天舟一號物資上行能力約6噸，其中，推進劑補加能力約為2噸，上行載貨比優于國際現役貨運飛船。
國際宇航聯空間運輸委員會秘書長、中國航天科工集團公司二院二部研究員楊宇光日前透露，天舟一號具備獨立飛行3個月的能力，具有與天宮二號空間實驗室交會對接、實施推進劑在軌補加、開展空間科學實驗和技術試驗等功能。
4月17日，海南文昌，天舟一號與長征七號遙二運載火箭等飛行產品轉運至發射區。
實力：現役運載能力最強的貨船
專家表示，中國計劃在2022年前后建成空間站，其初步規模包括一個核心艙和兩個實驗艙，如果想保持航天員長期在軌飛行，貨運飛船是必可不少的。
專家表示，貨運飛船是從載人飛船演變過來的。運貨飛船可以運輸推進劑燃料、維修和更換的設備、航天員的生活、工作用品以及空間科學實驗設備和用品等，此外還能用于調整空間站軌道高度。
在20世紀70年代，前蘇聯和美國開始發展體積大、壽命長、用途廣的空間站。剛開始時，兩國都是用人貨混裝的載人飛船為空間站提供少量補給，每艘載人飛船一次只能為空間站運去幾百公斤的物資，無法滿足需求。蘇聯率先在聯盟號載人飛船的基礎上研制了進步號貨運飛船，其貨艙容積為6.6立方米，運載能力為2.6噸，并可進行在軌推進劑補加服務。歐洲的貨運飛船叫自動轉移飛行器，全長10米，最大直徑為4.5米，重量約10噸，運貨能力可達7噸，是迄今運載能力最大的貨運飛船，從2008年起到2014年共發射了5個，但目前已經停止建造。
美國的“龍”飛船長5.9米，最大直徑3.7米，其運送載荷最大質量6噸，返回載荷最大質量3噸，它也是貨運飛船中往地球運回物品的高手。此外，美國的“天鵝座”和日本的HTV貨運飛船運載能力分別為2.7噸和6噸。總體來說，天舟一號的運載能力是居于前列的，而在現役貨運飛船中其運載能力是最大的。
天舟一號七大“獨門功夫”
任務：給天宮二號“太空加油”
“給航天員送吃的、用的，給航天器送推進劑——天舟一號3次交會對接，3次在軌補加就是為了完成這兩件事。”中國航天科技集團在其微信公眾號一篇文章中形象寫道。
天舟一號“只運貨、不送人”，因此被一些媒體形象地稱為“快遞小哥”。此行，天舟一號將與中國首個空間實驗室天宮二號完成交會對接，實施推進劑在軌補加，突破和掌握推進劑在軌補加等關鍵技術。
其中，推進劑在軌補加俗稱“太空加油”，是天舟一號核心目標任務之一，是空間站建設的標配。據中國航天科技集團公司五院GNC分系統主任設計師、天舟一號GNC分系統主任設計師劉宗玉介紹，這將為中國空間站組裝建造和長期運營解決能源供給問題。
需要指出的是，貨運飛船，不僅是送貨那么簡單。天舟一號還搭載了非牛頓引力實驗等10余項應用載荷，將在軌開展空間科學及技術試（實）驗。
中國首艘貨運飛船將為空間實驗室進行兩次“太空加油”
挑戰：首次瞄準“零窗口”發射
有媒體援引專家的話表示，此次發射天舟一號飛船，是“零窗口”發射，所以難度非常高，面臨著極大挑戰。
那么，什么是“零窗口”發射？
據了解，發射窗口是指運載火箭攜帶著航天器發射升空比較合適的一個時間范圍，有的以小時計算，有的以天計算，在此期間火箭都可以發射。由于此次發射天舟一號飛船要和天宮二號空間實驗室實現交會對接，對發射精度要求很高，因此，發射窗口不是一個時間范圍，而是一個確定的時間點，一秒都不能差，這就是航天人所說的“零窗口”，這對于火箭和發射場系統的可靠性提出了很高的要求。
航天科技集團一院長征七號運載火箭總指揮王小軍指出，“因為零窗口發射，加之火箭組成是一個很復雜的系統，由大量的系統組成。另外，在射前的操作、流程也是非常復雜。在這個工作過程中間任何一個環節出了問題，我們就在保證零窗口發射中都會存在一定的困難。”
細節：口令之后要等7秒才能看到點火
在天舟一號發射的過程中，有一些重要的時間節點需要介紹，以幫助大家更好地了解發射的過程。
我們過去看到的航天發射，指揮員喊出倒計時0秒的口令之后，火箭就會點火起飛，不過在看我們長征七號發射時候，您可能得有點兒耐心。因為在0秒口令發出后，您需要等待7秒多的時間才能看到火箭點火。這是為什么呢？
和以往的長征火箭相比，長征七號使用了低溫的液氧煤油發動機，這種發動機獨特的啟動流程，就是火箭在“零”秒計時后還要等7秒多的時間才能升空的原因。
航天科技集團一院長征七號總體主任設計師 鄧新宇：發動機啟動，以前是強制啟動，用huoyao把它點著，現在我們是靠自身啟動，推力起來需要一個過程。所以5秒多的時候，燃料才進入到發動機里頭，我們大概在6.1秒的時候才能看到點火，7.3秒的時候，火箭才騰空而起。
目前，世界主要航天強國研發的先進火箭中，大多數都使用了低溫燃料，這種發動機性能先進，系統復雜，在啟動的過程中，和長征七號火箭使用的發動機一樣，都會有復雜的動作，因此，這“零”秒后的等待，也是先進火箭發射前都要經歷的過程。
解惑：如何確保貨運物資的安全
人們將天舟一號形象地稱為太空“快遞小哥”，那么這樣一個大塊頭的“快遞小哥”怎樣確保運送貨物的安全呢？
“天舟一號塊頭雖大，卻有一顆細膩的‘心’。”中國航天科技集團第五研究院載人航天總體部載人航天器總體研究室副主任張健說，飛船內壁四周全部設置為貨架，中間留出一條矩形通道供航天員通行，航天員身處貨架通道中，可以隨意走動、轉身、取放貨物。
為提升天舟一號承載量，飛船內部采用了高效承載貨架設計。張健說，表面上看，這些貨架和普通的儲物格類似，但其細節和構型都經過科學分析論證。貨架采用基于蜂窩板、碳纖維立梁的梁板結構，形成大量的標準裝貨單元，傳力效果好。
由于天舟一號運送的物資中有許多精密儀器設備和航天員用品，裝載物資的貨包必須具備保護功能。貨運飛船機械總體主管設計師郭軍輝介紹，新研制的高科技貨包外觀呈清新的乳黃色，采用新型抗菌防潮防霉布料，可確保貨物在貨包中存放一年。此外，針對不同體積、形狀的貨物，還進行了定制化和系列化設計。
“在貨包的內部設計上，依然有貼心的安排。”郭軍輝說，為避免貨物直接與貨架結構相連接，貨包里面還有一層新研制的防火防潮且防震的泡沫或氣囊袋，這種“貼心”的“軟包裝”設計為裝載對象提供了柔軟、高阻尼、分布式的系統支撐。
“100多個大小不一的貨包，將確保天舟一號的貨運物資完好地運送到天宮二號。”郭軍輝說。
揭秘：天舟一號飛船藏了這些秘密
據中國科普博覽“一點號”報道， 此次任務是中國載人航天工程空間實驗室階段的收官之戰，對于空間站工程后續任務順利實施具有極為重要的意義，將標志著中國載人航天工程勝利完成“三步走”戰略中的“第二步”任務，為空間站建設任務奠定堅實技術基礎。
隨著大家越來越關注“天舟一號”與“天宮二號”的對接，這個肩負航天使命的“天宮二號”再次進入人們視線。除了地球觀測和一系列的空間試驗，“天宮二號”還有哪些不為人知的“秘密”呢？
量天尺
中科院上海光機所研制的“空間冷原子鐘”搭載“天宮二號”發射升空，將成為國際上首臺在軌運行并開展科學實驗的“空間冷原子鐘”,同時也是目前在空間運行的最高精度的原子鐘。
“空間冷原子鐘”將激光冷卻技術和空間微重力環境結合，有望實現10^-16量級的超高精度（約3000萬年誤差1秒），將目前人類在太空中的時間計量精度提高1~2個數量級。
百變金剛
開展大Prandtl數液橋熱毛細對流穩定性相關問題的研究，研究在空間微重力環境下熱毛細對流的失穩機理問題，拓展流體力學的認知領域，取得具有國際先進水平的研究成果。突破并掌握微重力環境下的液橋建橋、液面保持和失穩重建等空間實驗關鍵技術，進一步提升我國微重力流體科學的空間實驗能力和技術水平。
系列英雄材料
該平臺此次的任務時研究半導體光電子材料、金屬合金及亞穩材料、納米以及復合材料等制備基理，揭示在地面重力環境下難以獲知的材料物理化學過程的規律。預期可獲得高質量的空間材料樣品，作為模型材料的結構、功能、工藝參數等方面獲得有價值的科學研究成果。
天宮之爐
即將上天的這個爐子就是工程人員歷經三年多的攻關，專門研制的一套綜合材料實驗裝置。
這套實驗裝置由“材料實驗爐”、“材料電控箱”和“材料樣品工具袋”三個單機構成。整個裝置共約27.6kg重，最大功耗不到200W（而一般電水壺的功率也要1000～1800W），相當于2個100W白熾燈，卻能實現真空環境下最高950℃的爐膛溫度，是不是令人驚嘆？
海之情
“天宮二號”三維成像微波高度計是國際上第一次實現寬刈幅海面高度測量并能進行三維成像的微波高度計。它采用小角度、高精度干涉測量技術，能精確獲得海面的干涉條紋信息，進而獲得三維海面形態，再經過復雜的定標最終獲得寬刈幅范圍內的海平面高度測量。
天宮守護者
“天宮二號”伴隨衛星是一顆微納衛星，是“天宮二號”試驗任務的一部分。伴隨衛星由上海微小衛星工程中心研制，采用了小型化，輕量化，高功能密度的設計。“天宮二號”伴隨衛星搭載多個試驗載荷，并具備較強的變軌能力，具備了開展空間任務的靈活性與機動性。
“天宮二號”伴隨衛星將在在軌任務期間開展對空間組合體的飛越觀測等試驗，為主航天器的技術試驗提供支持，并拓展空間技術應用。
“天極”望遠鏡
“天極”望遠鏡是搭載在“天宮二號”空間實驗室上的伽瑪射線偏振探測儀，是中歐國際合作項目。
“天極”望遠鏡的主要科學目標是探測研究遙遠宇宙中突然發生的伽瑪射線暴現象，并在國際上首次對伽瑪暴的偏振性質實現高精度、系統性地測量，從而深入地研究恒星演化、黑洞形成以及伽瑪暴爆發的物理機制，為更好地理解極端天體物理環境下產生的這種宇宙中最劇烈的爆發現象做出重要貢獻。
天之情與氣之情
空間環境分系統(全稱：空間環境監測及物理探測分系統)主要用于實時監測“天宮二號”軌道上的輻射環境和大氣環境，實現艙外16個方向的電子、質子等帶電粒子的強度和能譜監測，以及軌道大氣密度、成分及其時空變化與空間環境污染效應監測等。
現代迷你太空溫室
隨著人類空間活動的深入開展，人類需要飛出地球，在地外空間長期生活和工作。綠色植物可為人類和動物提供必需的食物和氧氣。
在“天宮二號”空間實驗室中將開展兩種代表性的植物——擬南芥和水稻的培養實驗，著重探索在太空環境中如何控制植物開花結種的技術與方法，為建立保障人類長期空間生存所必需的生命生態支持系統奠定基礎。中國科學院上海技術物理研究所提供的高等植物培養箱具備在軌培養單元和樣品返回單元，能夠為植物生長提供必需的水分供給以及光照、溫度控制，具備實時可見光圖像和熒光圖像獲取功能，構成了現代的迷你太空溫室，為研究植物在太空的生長發育提供支持。
天宮里的尖端“數碼相機”
作為太空實驗室里的尖端“數碼相機”，寬波段成像光譜儀擁有相當深厚的“內力”。相機被安裝在太空實驗室對地觀測面的“肚子”上，有了它，“天宮二號”可謂擁有了“火眼金睛”的本領，看海洋，看大氣，樣樣精通。
天機不可泄露
研制“天宮二號”載荷“量子密鑰分配試驗空間終端”。通過高精度自動跟瞄（ATP）系統與量子密鑰分配地面終端配合，在地面站與目標飛行器之間建立起量子信道，并在此基礎上進行空-地量子密鑰分配試驗。
目標為實現世界上首個基于載人航天空間平臺的空-地量子密鑰分配演示實驗。為載人航天的空地間量子保密通信，以及未來的實用化天地一體廣域量子保密通信網絡建設打下基礎。
空間實驗大管家
如何“玩轉”以上高難度載荷任務并保障它們有序、安全地運行下去呢？這就不得不提我們的太空實驗大管家——“空間應用天地支持系統”，它是由有效載荷運控中心統籌規劃、集中管理，統一控制，天基有效載荷網絡接收地面指令后，調度有效載荷有序運行，兩者構成天地一體信息大回路平臺。
針對“天宮二號”液橋熱毛細對流實驗中天地實時交互和精細控制的實驗需求和特點，空間應用中心研制了目前我國首個基于虛擬現實技術和基于高速總線網絡的天地一體沉浸式遙科學實驗支持系統，極大提高科學家開展空間科學實驗的效率。
