從下單到收貨，你最快的一次紀(jì)錄用了多長(zhǎng)時(shí)間？對(duì)我來說，能次日收到就算是很快了，但是，咱們太空當(dāng)中的航天員，最快的收貨的紀(jì)錄卻只有兩小時(shí)。是不是相當(dāng)夸張？我第一次聽到也是很吃了一驚，原來現(xiàn)在送天上比送地上還要快了。不過轉(zhuǎn)念一想，人家用的是火箭，不快就怪了。

這個(gè)最快上天包裹的紀(jì)錄是天舟五號(hào)在2022年11月12日完成的，它也由此開啟了人類航天器交會(huì)對(duì)接用時(shí)的“兩小時(shí)”時(shí)代，真的是把都市圈玩上了天呀。說起來好像挺容易的樣子，動(dòng)不動(dòng)就打破了一個(gè)紀(jì)錄，但實(shí)際上呢，它到底有多難？我來把事實(shí)給大家一擺你們就清楚了。首先，這需要對(duì)接的兩個(gè)物體身處400公里以上的高空；其次，它們倆可不是靜止的，而是以每秒大約7.9公里的速度在高速飛奔；然后，它倆需要對(duì)在一起，或者說，瞄準(zhǔn)的目標(biāo)面積只有多大呢？一個(gè)直徑80厘米的圓。說這是在太空當(dāng)中穿針一點(diǎn)也不過吧。

天舟系列飛船采用的是自主對(duì)接方式，你可以照著無人駕駛的概念來理解。它通過激光測(cè)距儀、光學(xué)成像儀、姿態(tài)控制系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)的協(xié)同作用，完成對(duì)接任務(wù)。當(dāng)然，在自主對(duì)接過程中，如果出現(xiàn)異常情況，飛船可以自動(dòng)中斷對(duì)接，等待人工干預(yù)。但這種情況呢，迄今并沒有出現(xiàn)過。這幾個(gè)系統(tǒng)具體是這么配合的——當(dāng)天舟系列飛船進(jìn)入空間站近距離區(qū)域，準(zhǔn)備進(jìn)行對(duì)接時(shí)，它會(huì)通過激光測(cè)距儀和光學(xué)成像儀對(duì)空間站進(jìn)行精確的測(cè)距和成像，以獲取空間站的準(zhǔn)確位置、姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息。激光測(cè)距儀使用的是激光束進(jìn)行測(cè)距，其原理類似于測(cè)量聲波或雷達(dá)，可以非常精確地測(cè)定目標(biāo)的距離和速度。

天舟五號(hào)發(fā)射，配圖來自圖蟲網(wǎng)

光學(xué)成像儀則是通過攝像頭和鏡頭對(duì)空間站進(jìn)行拍照和成像，以獲取空間站的形態(tài)和姿態(tài)信息。在獲取了空間站的準(zhǔn)確位置和姿態(tài)信息后，天舟系列飛船會(huì)通過姿態(tài)控制系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)的姿態(tài)調(diào)整，使其對(duì)接口朝向空間站的對(duì)接口，并保持相對(duì)姿態(tài)穩(wěn)定。姿態(tài)控制系統(tǒng)主要包括飛行控制系統(tǒng)和動(dòng)力控制系統(tǒng)，可以對(duì)飛船的姿態(tài)、位置和速度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，以確保對(duì)接的成功。

最后，天舟系列飛船會(huì)通過推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)，以確保對(duì)接機(jī)構(gòu)準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)空間站的對(duì)接口。推進(jìn)系統(tǒng)可以控制飛船的速度和方向，使其緩慢地接近空間站，并在最后幾厘米的范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào)和對(duì)準(zhǔn)。這樣，對(duì)接機(jī)構(gòu)就可以自動(dòng)完成對(duì)接任務(wù)，并在對(duì)接后將兩者鎖定在一起，形成一個(gè)臨時(shí)的整體。于是，航天員就能進(jìn)入其中，拿到來自地面的“家鄉(xiāng)貨”了。而且，家鄉(xiāng)貨還不少哦，除了給航天員吃的用的，還有一大部分是專門留給空間站自己的，為它補(bǔ)充推進(jìn)劑。

其實(shí)，咱們中國的天舟貨運(yùn)飛船，每一艘都比上一艘有所升級(jí)。就比如馬上將在海南文昌發(fā)射升空的天舟六號(hào)，相比起去年的五號(hào)，就大大的升級(jí)了運(yùn)力。它的載貨量已經(jīng)從6.9噸提高到了7.4噸，算是世界上運(yùn)貨能力最強(qiáng)的貨運(yùn)飛船之一了。

除了中國的天舟， 還有哪些太空快遞的存在呢？俄羅斯有進(jìn)步號(hào)飛船，它最早是為禮炮-6號(hào)空間站運(yùn)輸物資的，由可以載人的聯(lián)盟飛船改造而成，所以，也繼承了其三艙式的結(jié)構(gòu)。 位于最前部、處在聯(lián)盟號(hào)飛船軌道艙位置的是貨物艙，用來存儲(chǔ)各類貨物。當(dāng)進(jìn)步號(hào)與空間站對(duì)接后，空間站的宇航員會(huì)穿過對(duì)接艙口進(jìn)入貨物艙，將送來的“快遞包裹”們搬出。之后，再將空間站需要拋棄的廢物轉(zhuǎn)移到貨物艙中。在飛船返回大氣層的過程中，這些廢物將隨飛船一同燒毀。位于飛船中部、聯(lián)盟號(hào)返回艙位置的，是進(jìn)步號(hào)的補(bǔ)加艙，這里貯存著給空間站補(bǔ)充的燃料、氧化劑和水，而進(jìn)步號(hào)的貨物艙和補(bǔ)加艙一次總共可以運(yùn)輸約2.3~2.5噸貨物。當(dāng)進(jìn)步號(hào)與空間站對(duì)接后，以補(bǔ)加艙里存貯的液體通過對(duì)接環(huán)上的液體連接器轉(zhuǎn)移到空間站自身的推進(jìn)系統(tǒng)中。直到現(xiàn)在，改進(jìn)型號(hào)的進(jìn)步號(hào)還在為國際空間站服務(wù)著。

美國呢，則在航天飛機(jī)退役多年空窗了很久之后，終于迎來了SpaceX的龍飛船。它由兩個(gè)艙段組成，位于飛船前方的錐形加壓艙用來運(yùn)輸一般的補(bǔ)給品。位于飛船尾部的非加壓艙，用來運(yùn)輸安裝在空間站外部、不需要運(yùn)進(jìn)空間站加壓環(huán)境內(nèi)的貨物?？赡芘c其他所有的貨運(yùn)飛船不同，它的加壓艙采用了反向推進(jìn)技術(shù)，是可以進(jìn)行精確著陸和回收重復(fù)利用的。于是，龍飛船就能實(shí)現(xiàn)雙向快遞了。一方面，把地上的貨物送上天，另一方面，再把天上的貨物，比方說在太空中做實(shí)驗(yàn)時(shí)獲取的樣品送回地面進(jìn)行進(jìn)一步的分析。能力確實(shí)要更強(qiáng)一些。

除了美、俄兩國，歐空局還有他們的ATV飛船、日本航天局也有他們的HTV飛船，在載貨、運(yùn)油、自主對(duì)接方面，和國際同行們處于大致相當(dāng)?shù)乃健?/p>

本文為科普中國·星空計(jì)劃扶持作品

作者：科學(xué)火箭叔

審核：劉勇（中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員）

出品：中國科協(xié)科普部

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