运货能力领先世界，天舟六号如何太空“穿针”？

从下单到收货，你最快的一次纪录用了多长时间？对我来说，能次日收到就算是很快了，但是，咱们太空当中的航天员，最快的收货的纪录却只有两小时。是不是相当夸张？我第一次听到也是很吃了一惊，原来现在送天上比送地上还要快了。不过转念一想，人家用的是火箭，不快就怪了。

这个最快上天包裹的纪录是天舟五号在2022年11月12日完成的，它也由此开启了人类航天器交会对接用时的“两小时”时代，真的是把都市圈玩上了天呀。说起来好像挺容易的样子，动不动就打破了一个纪录，但实际上呢，它到底有多难？我来把事实给大家一摆你们就清楚了。首先，这需要对接的两个物体身处400公里以上的高空；其次，它们俩可不是静止的，而是以每秒大约7.9公里的速度在高速飞奔；然后，它俩需要对在一起，或者说，瞄准的目标面积只有多大呢？一个直径80厘米的圆。说这是在太空当中穿针一点也不过吧。

天舟系列飞船采用的是自主对接方式，你可以照着无人驾驶的概念来理解。它通过激光测距仪、光学成像仪、姿态控制系统、推进系统等多个系统的协同作用，完成对接任务。当然，在自主对接过程中，如果出现异常情况，飞船可以自动中断对接，等待人工干预。但这种情况呢，迄今并没有出现过。这几个系统具体是这么配合的——当天舟系列飞船进入空间站近距离区域，准备进行对接时，它会通过激光测距仪和光学成像仪对空间站进行精确的测距和成像，以获取空间站的准确位置、姿态和运动状态等信息。激光测距仪使用的是激光束进行测距，其原理类似于测量声波或雷达，可以非常精确地测定目标的距离和速度。

天舟五号发射，配图来自图虫网

光学成像仪则是通过摄像头和镜头对空间站进行拍照和成像，以获取空间站的形态和姿态信息。在获取了空间站的准确位置和姿态信息后，天舟系列飞船会通过姿态控制系统进行精准的姿态调整，使其对接口朝向空间站的对接口，并保持相对姿态稳定。姿态控制系统主要包括飞行控制系统和动力控制系统，可以对飞船的姿态、位置和速度等参数进行实时控制，以确保对接的成功。

最后，天舟系列飞船会通过推进系统进行微调，以确保对接机构准确地对准空间站的对接口。推进系统可以控制飞船的速度和方向，使其缓慢地接近空间站，并在最后几厘米的范围内进行微调和对准。这样，对接机构就可以自动完成对接任务，并在对接后将两者锁定在一起，形成一个临时的整体。于是，航天员就能进入其中，拿到来自地面的“家乡货”了。而且，家乡货还不少哦，除了给航天员吃的用的，还有一大部分是专门留给空间站自己的，为它补充推进剂。

其实，咱们中国的天舟货运飞船，每一艘都比上一艘有所升级。就比如马上将在海南文昌发射升空的天舟六号，相比起去年的五号，就大大的升级了运力。它的载货量已经从6.9吨提高到了7.4吨，算是世界上运货能力最强的货运飞船之一了。

除了中国的天舟， 还有哪些太空快递的存在呢？俄罗斯有进步号飞船，它最早是为礼炮-6号空间站运输物资的，由可以载人的联盟飞船改造而成，所以，也继承了其三舱式的结构。 位于最前部、处在联盟号飞船轨道舱位置的是货物舱，用来存储各类货物。当进步号与空间站对接后，空间站的宇航员会穿过对接舱口进入货物舱，将送来的“快递包裹”们搬出。之后，再将空间站需要抛弃的废物转移到货物舱中。在飞船返回大气层的过程中，这些废物将随飞船一同烧毁。位于飞船中部、联盟号返回舱位置的，是进步号的补加舱，这里贮存着给空间站补充的燃料、氧化剂和水，而进步号的货物舱和补加舱一次总共可以运输约2.3~2.5吨货物。当进步号与空间站对接后，以补加舱里存贮的液体通过对接环上的液体连接器转移到空间站自身的推进系统中。直到现在，改进型号的进步号还在为国际空间站服务着。

美国呢，则在航天飞机退役多年空窗了很久之后，终于迎来了SpaceX的龙飞船。它由两个舱段组成，位于飞船前方的锥形加压舱用来运输一般的补给品。位于飞船尾部的非加压舱，用来运输安装在空间站外部、不需要运进空间站加压环境内的货物。可能与其他所有的货运飞船不同，它的加压舱采用了反向推进技术，是可以进行精确着陆和回收重复利用的。于是，龙飞船就能实现双向快递了。一方面，把地上的货物送上天，另一方面，再把天上的货物，比方说在太空中做实验时获取的样品送回地面进行进一步的分析。能力确实要更强一些。

除了美、俄两国，欧空局还有他们的ATV飞船、日本航天局也有他们的HTV飞船，在载货、运油、自主对接方面，和国际同行们处于大致相当的水平。

本文为科普中国·星空计划扶持作品

作者：科学火箭叔

审核：刘勇（中国科学院国家空间科学中心研究员）

出品：中国科协科普部

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