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天舟系列货运飞船 编辑
天舟系列货运飞船(英文:Tianzhou Cargo Spaceship )是中国空间技术研究院面向空间站建造和运营任务研制的货运飞船,由长征系列火箭提供动力,负责为空间站(或空间实验室)运输补给物资和载荷、补加推进剂、在轨存储和下行废弃物资,任务结束后受控陨落于预定区域。
天舟系列货运飞船由货物舱和推进舱组成, 是载人空间站工程的重要组成部分,货物舱用于装载货物,推进舱为整个飞船提供动力与电力; 有全密封货运飞船、半密封货运飞船和全开放货运飞船3种型谱,满足不同货物运输需求; 具有自主快速交会对接、全自主轨控、自主管理、自主快速应急返回等功能,提高了物资补给的效率和安全性。
2024年1月17日22时27分,搭载天舟七号货运飞船的长征七号遥八运载火箭在中国文昌航天发射场发射成功。 天舟七号货运飞船入轨后顺利完成状态设置,于2024年1月18日01时46分成功对接空间站天和核心舱后向端口。交会对接完成后,天舟七号将转入组合体飞行段。 天舟七号货运飞船是2024年中国载人航天工程的首发任务。基于货运飞船运载能力的提升和“精准补货”的原则,货运飞船的发射频次将由1年2次优化为2年3次,进一步节约了天地运输的成本。
中文名:天舟系列货运飞船
外文名:Tianzhou Cargo Spaceship
研制国家:中华人民共和国
设计单位:中国空间技术研究院(航天五院)
总设计师:白明生
首次发射时间:2017年04月20日19时41分
历史背景
第一艘货运飞船
1978年1月20日,苏联拜科努尔航天中心成功发射人类第一艘货运飞船——进步1号。发射两天后,进步1号为礼炮6号提供补给任务成功,标志着人类的空间站时代进入了一个新的纪元,从此使人类在太空的长期驻留成为可能。
中国探索
在中国载人航天工程“三步走”战略的实施进程中,中国先后实现了载人天地往返、交会对接、航天员中长期驻留等关键技术的突破,而要全面迈入空间站时代,空间货物运输系统是必不可少的基础工程。研制货运飞船也成为航天人的又一使命。
工程立项
2010年底,货运飞船工程立项论证工作启动。中国航天科技集团空间技术研究院(五院)递交了一套飞船研制方案参与竞标。
发展战略
1992年9月,中央决策实施载人航天工程,并确定了中国载人航天“三步走”的发展战略:
第一步,发射载人飞船,建成初步配套的试验性载人飞船工程,开展空间应用实验;
第二步,突破航天员出舱活动技术、空间飞行器的交会对接技术,发射空间实验室,解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题;
第三步,建造空间站,解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。
研制进程
方案研制
2011年1月27日,货运飞船的立项论证结束,进入方案研制阶段。
名称征集
2011年4月25日,中国货运飞船名称征集活动正式启动。
2013年10月31日,货运飞船公布命名:天舟,代号“TZ”。
初样研制
2014年8月底,货运飞船初样研制完毕,天舟系列基本定型。
投产总装
2014年9月,天舟货运飞船进入正样研制。正样投产的只有一艘全封闭状态货运飞船,任务定位即为中国空间货物运输系统的首次飞行试验。
2015年4月,正样投产结束,天舟一号货运飞船的结构、管路、内饰基本完成,中国首艘货运飞船已现雏形。
2017年1月,天舟一号货运飞船通过出厂评审,获得产品合格证。
2017年11月,冯永任中国空间站货运飞船系统总指挥。
2025年,中国载人航天工程计划实施神舟二十号、神舟二十一号、天舟九号3次飞行任务。
总体设计
天舟系列货运飞船由货物舱和推进舱组成。
天舟货运飞船是载人空间站工程的重要组成部分,在充分继承天宫一号目标飞行器和载人飞船技术的基础上研制,主要任务是为载人空间站运输货物和补加推进剂,并将空间站废弃物带回大气层烧毁。货物舱用于装载货物,推进舱为整个飞船提供动力与电力。推进舱两侧各有一翼太阳能帆板三板。
天舟系列货运飞船
型谱
综述
天舟系列货运飞船型谱包括全密封货运飞船、半密封货运飞船和全开放货运飞船。
全密封货运飞船
货物舱采用全密封结构的货运飞船,主要执行密封加压货物(航天员生活货物、试验载荷、维修备件等)以及推进剂运输任务。
半密封货运飞船
货物舱采用密封结构和非密封结构组成的货运飞船。半密封货运飞船除具备全密封货运飞船的运输能力外,可运送舱外非密封试验载荷(如测控天线)以及舱外维修备件(如太阳电池翼)。
全开放货运飞船
货物舱采用非密封结构的货运飞船。全开放货运飞船用于运送空间站拓展舱段、大型天线等大型货物。
发射记录
名称 | 运载火箭 | 发射时间 | 受控再入时间 | 发射场地 |
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天舟一号 | 长征七号遥二运载火箭 | 2017年04月20日19时41分 | 2017年09月22日 | 中国文昌航天发射场 |
天舟二号 | 长征七号遥三运载火箭 | 2021年05月29日20时55分 | 2022年03月31日 | 中国文昌航天发射场 |
天舟三号 | 长征七号遥四运载火箭 | 2021年09月20日15时10分 | 2022年07月27日 | 中国文昌航天发射场 |
天舟四号 | 长征七号遥五运载火箭 | 2022年05月10日01时56分 | 2022年11月15日 | 中国文昌航天发射场 |
天舟五号 | 长征七号遥六运载火箭 | 2022年11月12日10时03分 | 2023年09月12日 | 中国文昌航天发射场 |
天舟六号 | 长征七号遥七运载火箭 | 2023年05月10日21时22分 | 2024年1月19日 | 中国文昌航天发射场 |
天舟七号 | 长征七号遥八运载火箭 | 2024年01月17日22时27分 | - | 中国文昌航天发射场 |
天舟八号 | - | - | - | - |
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发射任务
任务简介 | 天舟一号于2017年4月20日发射,进入预定轨道;于2017年4月22日与天宫二号完成首次对接;于2017年9月22日完成任务,进入大气层烧毁 。 |
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设计参数 | 天舟一号为全密封货运飞船,采用货物舱和推进舱两舱构型,设计在轨寿命1年,飞船全长10.6米,最大直径3.35米,最大装载状态下重量达13.5吨,由货物舱和推进舱两舱结构组成,运载能力为6吨。 | |
任务意义 | 天舟一号宣告了中国航天迈进“空间站时代”,对于实现不懈追求的航天梦具有十分深远的意义。 | |
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任务简介 | 天舟二号于2021年5月29日发射,进入预定轨道;于2021年5月30日与天和核心舱完成自主快速交会对接;于2022年3月31日完成任务,进入大气层烧毁 。 |
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设计参数 | 天舟二号采用两舱构型,由货物舱和推进舱组合而成,总长10.6米,最大直径3.35米,最大起飞重量13.5吨,物资上行能力达6.9吨,载货比0.51,在轨寿命不小于1年,供电能力不小于2700瓦。具备全相位自主交会对接能力,可多次完成推进剂在轨补加。 | |
主要任务 | 天舟二号携带3名航天员3个月的消耗品、舱外航天服及平台物资,与核心舱进行对接;其在停靠空间站期间,按计划开展了多项在轨试验。 | |
技术创新 | 天舟二号货运飞船优化了平台设计,严格控制平台自身重量,最大程度提高货物运输能力;同时充分整合平台资源,满足空间站推进剂在轨补加、航天员驻留资源补给以及设备维修维护更换等不同种类货物运送需求;此外丰富了交会对接技术手段,实现全天候发射,入轨后可快速交会、全方位对接,形成空天应急快速响应能力,可以发挥平台在轨潜力,支持并配合空间站长期运行,开展空间科学试验,实现在轨综合应用。 | |
任务意义 | 天舟二号是中国空间站关键技术验证阶段发射的首艘货运飞船,也是中国空间站货物运输系统的第一次应用性飞行,为空间站在轨建造和运营管理积累了经验。 | |
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任务简介 | 天舟三号于2021年9月20日发射,进入预定轨道;于2021年9月20日与空间站组合体完成自主快速交会对接;于2022年7月27日完成任务,进入大气层烧毁 。 |
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主要任务 | 天舟三号货运飞船为空间站送去航天员生活物资、舱外航天服及出舱消耗品、空间站平台物资、部分科学实验载荷和推进剂等约6吨物资。在轨运行期间,天舟三号货运飞船先后与天和核心舱组合体进行了2次交会对接,进行了绕飞试验。与天和核心舱组合体分离后,还开展了空间技术试验。 | |
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任务简介 | 天舟四号于2022年5月10日发射,进入预定轨道;于2022年5月10日与空间站组合体完成自主快速交会对接;于2022年11月15日完成任务,进入大气层烧毁 。 |
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主要任务 | 天舟四号货运飞船装载了神舟十四号3名航天员6个月在轨驻留消耗品、推进剂、应用实(试)验装置和样品材料、备品备件及部分载荷等物资,交会对接完成后,将转入组合体飞行段。撤离空间站组合体后,还开展了相关空间技术试验,为空间站在轨建造和运营管理积累了重要经验。 | |
任务意义 | 天舟四号是飞行任务空间站建设从关键技术验证阶段转入在轨建造阶段的首次发射任务,为空间站在轨建造和运营管理积累了重要经验。 | |
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任务简介 | 天舟五号于2022年11月12日发射,进入预定轨道;于2022年11月12日与空间站组合体完成自主快速交会对接;于2023年9月12日完成任务,进入大气层烧毁 。 |
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主要任务 | 天舟五号货运飞船装载了神舟十五号3名航天员6个月的在轨驻留消耗品、推进剂、应用实(试)验装置等物资,还搭载了“澳门学生科普卫星一号”、宇航用氢氧燃料电池、空间宽能谱高能粒子探测载荷等试验项目。 | |
任务成果 | “澳门学生科普卫星一号”立方星 天舟五号货运飞船于2022年12月18日成功释放“澳门学生科普卫星一号”立方星,该立方星在轨运行稳定,为粤港澳大湾区、海峡两岸及全球各地业余无线电爱好者提供了良好航天科学实践平台,有力推动了内地和澳门在航天科普教育方面的深度合作和交流互动。 空间氢氧燃料电池在轨实验 空间氢氧燃料电池在轨实验取得成功,初步验证了燃料电池能源系统在轨舱外真空、低温及微重力条件下发电特性、变功率响应规律以及电化学反应的界面特性,为空间燃料电池能源系统研制和关键技术攻关提供了重要数据和理论支撑,未来将推动宇航燃料电池应用发展,为推进中国载人探月任务提供有力支持。 空间高能粒子探测载荷探测 空间高能粒子探测载荷完成首次舱外探测任务,该探测载荷是国际首次在空间探测领域突破了新型无机激发体探测关键技术,实现了高效中子测量和高精度中子/伽马射线甄别; | |
任务意义 | 天舟五号货运飞船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中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。 | |
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任务简介 | 天舟六号于2023年5月10日发射,进入预定轨道;于2023年5月11日与空间站组合体完成交会对接;于2024年1月19日完成任务,进入大气层烧毁 。 |
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主要任务 | 天舟六号货运飞船装载了神舟十六号和神舟十七号6名航天员在轨驻留消耗品、推进剂、应用实(试)验装置等物资,还搭载了大连理工大学试验卫星等项目。 | |
优化改进 | 天舟六号货运飞船为提高货物运输能力,进行了优化改进,将货运飞船发射需求由1年2次优化为2年3次,有效降低了运输成本。 | |
任务意义 | 天舟六号飞行任务是中国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段的首次飞行任务。 | |
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任务简介 | 天舟七号于2024年1月17日,进入预定轨道;于2024年1月18日与空间站组合体完成交会对接。 |
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任务标志 | 设计方案说明 该方案标识正中的“7”色彩斑斓、直通远方,象征着我国航天事业在漫漫征程上勇往直前,在广袤太空中书写了浓墨重彩的一笔;空间站在路的尽头隐约浮现,象征本次天舟七号货运飞船将与空间站完成对接。边框提取中国传统云纹进行设计,作为经典的吉祥图案,寓意高升和如意。在万千金色星辰的点缀下,滚滚祥云在两侧舒展流动,护送画面中心的天舟七号货运飞船飞行,表达了对此次任务衷心的祝福。整体配色使用传统中国色彩,边框金镶玉的配色与中心的景泰蓝相结合,二者形成鲜明反差,引人入胜。 | |
主要任务 | 天舟七号主要任务为空间站补给物资,支持在轨科学实验,同时将承担整个组合体的姿态和轨道控制工作,为废弃物的下行销毁提供支持。并为神舟十七号航天员乘组送去龙年春节的“年货”。 | |
任务意义 | 天舟七号货运飞船是2024年中国载人航天工程的首发任务。基于货运飞船运载能力的提升和“精准补货”的原则,货运飞船的发射频次将由1年2次优化为2年3次,进一步节约了天地运输的成本。 | |
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任务标志 | 设计方案说明 该方案标识中,宇宙空间星光闪耀,照亮航天事业的漫漫征程,引领航天事业的蓬勃发展。标识将数字“8”与天舟飞船尾焰相结合,线条简约突出主题。红、黄、蓝三色尾焰同时也展现了中国航天人无限的能量,也寓意了中国航天事业的包容性,以及为了促进世界航天事业的多样性及和谐发展做出的努力。以中国蓝作为标识的主色调,不同蓝色凸显宇宙空间的广阔与神秘,辅以明亮色彩展示航天事业活力无限,能量满满。 |
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综合能力
天舟系列货运飞船的上行载货比、货物运输、推进剂补加等综合能力比肩甚至优于国际现役货运飞船。还突破了推进剂补加技术,是中国空间站组装建造和运营的关键技术之一。
测控体制
天舟货运飞船以天基测控体制为主的原则进行设计,实现了关键事件全程跟踪测控、在轨异常及时监测处置,减少了对陆基测控站和海基测量船的依赖。
交会对接
飞船还具备自主快速交会对接能力,采用自主导引模式,完全依靠船上设备导航和控制,在6.5小时内自主规划、多次变轨实现交会对接。对接机构设计了主动控制电子阻尼器方案,解决了与大偏心构型空间站对接时俯仰和偏航方向能量缓冲消散难题,具备了与空间站全部构型对接适应能力。
燃料补加
考虑中国空间站长期在轨推进剂补加需求,天舟系列货运飞船联合空间站采用“增压气体回用+推进剂恒压挤压”技术方案。货运飞船完成与被补加飞行器的推进剂管路对接与密封,由被补加飞行器压气机将贮箱气腔内增压气体回抽至气瓶,降低贮箱背压,以具备接收推进剂条件,货运飞船再以恒压方式将推进剂输送至被补加飞行器膜盒贮箱,并吹除连接管路推进剂和脱开连接管路,完成推进剂补加。
2022年1月,国务院新闻办公室发布《2021中国的航天》白皮书指出:未来五年,中国将继续实施载人航天工程,发射“问天”实验舱、“梦天”实验舱、“巡天”空间望远镜以及“神舟”载人飞船和“天舟”货运飞船,全面建成并运营中国空间站,打造国家太空实验室,开展航天员长期驻留、大规模空间科学实验、空间站平台维护等工作。深化载人登月方案论证,组织开展关键技术攻关,研制新一代载人飞船,夯实载人探索开发地月空间基础。
宇宙空间星汉灿烂、了无际涯,人类对太空的每一次叩问,都是新一次空间探索的开始。“天舟”将助力中国航天驶向更辉煌的未来,为人类探索太空作出更卓越的贡献。(中国空间站货运飞船系统总指挥冯永 评)
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