如何“打包”去太空

作者：庞丹 罗维玮 毛凌野 时小丹

2021年，中国空间站建造大幕全面拉开，两批航天员先后进入空间站工作和生活，中国进入空间站时代。渺茫太虚万里远，此心安处是吾乡。中国航天员在首个“太空别墅”里的生活成为大家最为关注的焦点。你是不是也好奇，那些生活物资是如何被“打包”运往太空的呢？

发射天舟二号货运飞船的长征七号遥三运载火箭点火起飞。

给“太空别墅”送快递

天舟货运飞船，是中国空间站工程的重要组成部分，是向中国空间站运输物资、补给燃料并下行废弃物的使者，其主要任务是运载货物，为空间站补充物资，同时预留空间站上的废弃物于返程时销毁。此外，它还可以配合空间站进行组合和姿态控制，协助开展货运飞船能力的技术性实验。中国航天科技集团五院的技术人员全面加强了平台方案和货运方案的系统优化设计和可靠性设计，让天舟货运飞船实现了高效多能、高度自主、高可靠性和高安全性的设计目标，总体性能达到国际先进水平。

天舟货运飞船太空飞行模拟图（中国航天科技集团五院 供图）

2021年5月29日20时55分，由中国航天科技集团五院抓总研制的天舟二号货运飞船成功发射，天和核心舱迎来首位“访客”。9月20日，由中国航天科技集团五院抓总研制的天舟三号货运飞船在中国文昌航天发射场成功发射，与天和核心舱和天舟二号组合体实现自主快速交会对接，太空再舞“华尔兹”。‍

区分天宫、天和、天舟和神舟。

这个“快递员”不一般

天舟货运飞船由货物舱和推进舱组成，采用型谱化、模块化设计思想开展平台构型和布局设计。

以天舟二号货运飞船为例，作为中国空间站工程建造阶段的首艘飞船，其发射重量13.5吨，运货能力6.9吨，在轨寿命不少于1年，供电能力不小于2700瓦。‍

天舟二号货运飞船在设计上充分体现出中国特色，其主要设计原则和指导思想可以概括为6个方面：

一是优化平台设计，严格控制平台自身重量，最大程度提高货物运输能力。

二是充分整合平台资源，满足不同种类货物运送需求。

三是丰富交会对接技术手段，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。

四是支持并配合空间站长期运行，开展空间科学实验，实现在轨综合应用。

五是为空间站研制尽可能多地扫除技术障碍。

六是一次设计，长期受益。

航天“打包”大揭秘

为了打造出货物上行效率高、综合任务能力强的货运飞船，中国航天科技集团五院研制团队提出了货物装载/结构/热控一体化设计、高效率能量传输及立体信息网络互联技术方案，解决了多功能要求下平台轻量化设计难题，全面实现了推进剂在轨加注、货物运输、全自主快速交会对接、载荷支持和在轨实验等功能。

作为货运飞船，运载能力自然是第一评估要素。天舟二号货运飞船虽然携带大量货物，但所有货物摆放十分规律，其货架看似与普通货架无异，所有的细节和构型都经过科学分析，中间留出通道，航天员可在货架中顺畅通行，拿取货物。

天舟三号货运飞船结构图

空间站应用了地面的物流技术，借鉴国内物流先进的管理技术，航天员通过扫描二维码，便能获得货物的位置信息和产品信息。同时，该系统还能动态掌控产品的库存数量，让空间站货物一分一厘的变化都被记录下来，从而确保航天员的工作生活更轻松便捷。‍

运送宇宙级“大礼包”的天舟三号

天舟货运飞船研制现场图（中国航天科技集团五院 供图）

作为天舟二号货运飞船的“亲兄弟”，天舟三号的任务是空间站关键技术验证及建造阶段的第二次货物运输应用性飞行。货运飞船为满载状态，运载了可支持3名航天员6个月的在轨驻留物资、空间站备份设备、空间科学载荷等货物。此外，还携带了补加推进剂等上行物资，在停靠期间具备并网供电能力，可以为空间站提供供电支持。天舟三号本次带货的特点就是“贵”！

珍贵

太空是一个接近真空的环境，航天员在空间站内生存需要适宜的大气环境，所以有一样特殊的货物，就是气瓶。它由特种复合材料制成，可以充至300倍大气压力，这样充1瓶氧气就能供航天员使用很长时间。

宝贵

航天员长期在空间站驻留生活离不开宝贵的水资源。天舟三号这次带了多组水箱，供航天员饮用和使用。这些水箱均采用由轻质、柔软材料制成的“水囊”包装，不仅可以保证饮水安全，还可以在饮水用尽后更好地进行收纳。

金贵

天舟三号带的货物里最“金贵”的就是舱外航天服了，这套装备重达90多千克，主要功能是为航天员提供太空中生存所需的供氧、调温、辐射防护等。货运飞船系统为了上行运输这套装备，专门设计了舱外服支架，保证其运输过程中不会被损坏“一针一线”。‍

货包的灵感来源竟是螃蟹壳？

除了这些特殊货物，天舟三号货运飞船携带的其他货物都是用标准化、型谱化的货包装载的。这些货包不仅具有良好的力学承载性能，还有抗菌、防霉、阻碍燃烧、无有害气体挥发等多个优点。

天舟货运飞船研制现场图（中国航天科技集团五院 供图）

研发适合货运飞船货包材料的灵感源于螃蟹的壳。经过大量探索和试验，科研人员从螃蟹壳里提取了一种特有成分，经过特殊工艺、特殊制作，研发出性能优异的天舟货包材料‍。

“快递”里面有什么？

搭乘神舟载人飞船来到天和核心舱的航天员们，要在“太空之家”生活几个月，因此要为他们备足各种物资，方便他们在太空里的“衣食住行”和工作。以天舟二号送去的“快递”中的生活物资为例，其中比较特别的有以下几样：

1.空间站上的“中式美食”。食物不仅有主副之分，讲究荤素搭配，更有独特的风味，甚至人人皆知的鱼香肉丝、宫保鸡丁……都出现在航天员的“太空餐桌”上。

2.推进剂。在对接期间，它可以为天和核心舱进行燃料加注与姿态控制。值得一提的是，天和核心舱推进系统实现了完全自主补加，不再需要地面指令干预或是航天员的辅助。

3.实验设备、实验资料等。均由航天员在轨取出并安装。‍

在科研人员的不断努力下，天舟货运飞船的装载密度逐渐增大，货物在发射场安装的效率变得更高，整船装载能力更强。而且经过优化设计等“精装修”，货运飞船的货格“外墙面”也更加舒适、美观，能给航天员提供更加舒适的环境。

（作者单位：中国空间技术研究院）

责任编辑：胡惠雯

来源：学习强国