9月20日，長征七號遙四運(yùn)載火箭在海南文昌航天發(fā)射場托舉天舟三號貨運(yùn)飛船駛?cè)胩眨瑢⑵渌腿腩A(yù)定軌道。隨后，天舟三號貨運(yùn)飛船采用自主快速交會(huì)對接模式，成功對接于空間站天和核心艙后向端口。
不久之后，神舟十三號載人飛船將載著新一批航天員入住天宮。作為中國向空間站核心艙送出的第二件太空“包裹”，天舟三號滿載航天員太空生活所需，將靜靜等待下一批“太空住客”的光臨。
兩艘貨運(yùn)飛船同時(shí)在天運(yùn)行
作為神舟十二號和神舟十三號載人飛船之間的發(fā)射任務(wù)，天舟三號是中國空間站關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證和建造階段貨物運(yùn)輸系統(tǒng)的第二次應(yīng)用性飛行，也是空間站建造階段承上啟下的關(guān)鍵之戰(zhàn)。
為了讓天舟三號與空間站順利對接，在神舟十二號任務(wù)期間功勛卓著的天舟二號貨運(yùn)飛船特地“讓了位置”——完成繞飛并與空間站的前向端口交會(huì)對接。
天舟二號為何要挪位？航天科技集團(tuán)五院天舟二號貨運(yùn)系統(tǒng)總體主任設(shè)計(jì)師楊勝說，除了為天舟三號騰出后向接口外，天舟二號到前方還可以為神舟十三號的徑向?qū)觿?chuàng)造條件。后續(xù)天舟二號還將配合機(jī)械臂的轉(zhuǎn)位試驗(yàn)，為實(shí)驗(yàn)艙轉(zhuǎn)位進(jìn)行先期技術(shù)驗(yàn)證；同時(shí)還將配合航天員進(jìn)行手動(dòng)遙操作試驗(yàn)，對貨運(yùn)飛船自身的備份控制系統(tǒng)進(jìn)行控制能力驗(yàn)證。
“整個(gè)貨運(yùn)飛船的所有技術(shù)，基本上在天舟二號任務(wù)中能夠得到全方位的驗(yàn)證，包括空間站組裝建造的一些關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證。”楊勝說。
在太空中，同時(shí)對接在天和核心艙的兩端的兩艘貨運(yùn)飛船，形成了“一”字形構(gòu)型。專家表示，兩艘貨運(yùn)飛船同時(shí)在天運(yùn)行，這在中國載人航天史上是第一次。
當(dāng)神舟十三號航天員抵達(dá)空間站并“簽收”貨物后，兩艘天舟貨運(yùn)飛船才會(huì)分離。楊勝說，當(dāng)天舟二號完成所有任務(wù)之后，會(huì)擇機(jī)脫離空間站核心艙。離軌前，天舟二號還會(huì)將廢棄物“打包”帶走，在落回地球的過程中在大氣層中燃燒銷毀。
貨物裝載優(yōu)化改進(jìn)
與天舟二號相比，天舟三號的外形、功能相近相似，與天舟二號一樣采取同時(shí)在地面進(jìn)行控制或者自主控制。不過，天舟三號多了一項(xiàng)本領(lǐng)——增加北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，提升了飛行控制的精度和安全系數(shù)。
在太空中工作和生活，航天員在空間站的吃、穿、用乃至呼吸所需的物資以及空間站維持正確軌道所需的燃料都要靠貨運(yùn)飛船運(yùn)送。在貨物裝載方面，天舟三號貨運(yùn)飛船充分繼承了天舟二號貨運(yùn)飛船的經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)行了持續(xù)優(yōu)化和改進(jìn)。
其一是裝載的貨物更充足、密度更大。天舟二號需要保證3名航天員在軌飛行3個(gè)月的物資需求，天舟三號則要保證3人在軌駐留6個(gè)月的飲食，裝載的貨包數(shù)量更多。為此，天舟三號取消了4個(gè)推進(jìn)劑儲箱，擴(kuò)容了貨艙空間。
其二是包裹的包裝更“多彩”、更科學(xué)。天舟二號裝載的包裹統(tǒng)一為米白色包裝，航天員可以通過掃描二維碼獲得貨物的位置信息和產(chǎn)品信息。為了各類物資更好識別、更易尋找，天舟三號對不同物資采用了不同顏色的包裹，再配上標(biāo)識和二維碼，方便航天員取用。
當(dāng)然，天舟三號中也有航天員熟悉的“老朋友”，如氣瓶、水囊以及航天員出艙活動(dòng)的戰(zhàn)袍——艙外航天服等。
“貨運(yùn)專車”防熱防雨防風(fēng)
按照空間站在軌建造任務(wù)規(guī)劃，到2022年底，中國將連續(xù)實(shí)施11次發(fā)射任務(wù)，其中4次貨運(yùn)飛船發(fā)射都是由長征七號運(yùn)載火箭“承運(yùn)”。長七火箭因此也被稱為天舟飛船的“御用”火箭。為了保障“太空快遞”在運(yùn)輸過程中的安全，研制人員將長七打造成為防熱、防雨、防風(fēng)的載人航天“貨運(yùn)專車”。
火箭飛行過程中，芯級發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)噴出巨大的火焰。此時(shí)，助推器后過渡段要承受噴焰回卷的強(qiáng)熱流，其熱防護(hù)設(shè)計(jì)如果不夠就會(huì)造成結(jié)構(gòu)燒蝕，而過度設(shè)計(jì)又會(huì)影響火箭的運(yùn)載能力。
為此，火箭設(shè)計(jì)師創(chuàng)新防熱材料應(yīng)用和安裝方式，將一條特制防熱毛氈“披”在火箭助推器上。“防熱服”不僅重量輕，防熱效率也更高。它采用耐高溫的材料制成，安裝時(shí)從靠近火箭芯級的一側(cè)開始“披”上，在遠(yuǎn)離芯級的外側(cè)開口，就像“開衫”一樣包裹著助推器，使后過渡段免受大火“烤”驗(yàn)。
天舟三號貨運(yùn)飛船發(fā)射當(dāng)天，海南文昌航天發(fā)射場藍(lán)天白云、天氣晴好。事實(shí)上，即便遇到中雨天氣，長七火箭也“不怵”，這是因?yàn)樾乱淮\(yùn)載火箭做足了防水設(shè)計(jì)。
火箭發(fā)射要防的不只是雨水。很多看過火箭發(fā)射的人都見過加注后的火箭受低溫推進(jìn)劑的影響，箭體表面溫度降低，冷凝水像下雨一樣順著箭體流下來，這也是火箭要防的水。為此，火箭設(shè)計(jì)人員從“產(chǎn)品源頭”解決防水問題。
據(jù)航天科技集團(tuán)所屬中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院設(shè)計(jì)人員介紹，新一代運(yùn)載火箭設(shè)計(jì)之初，防水功能盡量通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，例如在部段對接處加裝密封條、在細(xì)小孔徑和縫隙涂硅橡膠、在分離面設(shè)計(jì)密封塊等，起吊附件、箭體蓋板等配置了密封墊；在排氣孔處，設(shè)置了內(nèi)置導(dǎo)流罩，實(shí)現(xiàn)排氣防水雙功能并舉；針對低溫液體貯箱加注后無法避免的冷凝水聚集問題，采取封堵與疏導(dǎo)相結(jié)合的思路，在貯箱前短殼與絕熱層平齊的位置開設(shè)排水孔……
目前中國國內(nèi)主要的4個(gè)發(fā)射場中，除文昌發(fā)射場外，其他的發(fā)射場都在內(nèi)陸，風(fēng)速隨距地面高度的變化不大。但在文昌發(fā)射場，距地面五六十米高的位置，風(fēng)速要遠(yuǎn)高于地面風(fēng)速。
“為了提升抗風(fēng)能力，我們給長七火箭裝上了‘防風(fēng)減載裝置’。即使遇到8級大風(fēng)的天氣，長七火箭依舊可以轉(zhuǎn)場，它的抗風(fēng)能力超過現(xiàn)役火箭。”中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院長七火箭總設(shè)計(jì)師程堂明說，“防風(fēng)減載裝置”采用可伸展的桁架結(jié)構(gòu)，一端固定在活動(dòng)發(fā)射平臺的臍帶塔上，展開以后另一端與火箭二級發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架接頭對接，這樣在垂直轉(zhuǎn)場過程中將火箭與臍帶塔連接起來，能夠顯著降低火箭受到的風(fēng)載。
