“副业”花样多，飞船不仅能载人运货

作者：兰顺正

首发：《中国航天报》

北京时间3月31日18时40分，天舟二号货运飞船受控再入大气层，绝大部分器件烧蚀销毁，少量残骸落入南太平洋预定安全海域。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、空间站货物运输系统的第一次应用性飞行，2021年5月29日发射入轨，送去6.8吨补给物资。除了运输补给外，天舟二号飞船在轨运行期间，还进行了一系列拓展应用试验，而这也引发了各界对于飞船“副业”的关注。

众所周知，发射飞船是一项非常“烧钱”的工程，为了充分利用每一次上天的机会，各国在确保飞船能顺利完成载人、运货等核心任务的前提下，往往还会安排一些支线任务，将飞船的“时间表”尽可能塞满。

首先，由于空间环境具有微重力、高辐射等地面不具备的特点，可以在太空中使种子产生变异，再返回地面选育新种子、新材料，培育新品种。如我国自1987年8月5日开始利用返回式卫星搭载植物种子，并成功进行了多次太空育种试验。在神舟一号任务中，除了验证载人航天技术，还搭载了一些农作物种子，包括青椒、甜瓜、番茄、西瓜、豇豆、萝卜等，以及甘草、板蓝根等中药材。神舟4号飞船则搭载了专为西部开发和北京周边绿化而培育的杨树苗和红豆杉苗。

同时，由于克服了大气层的干扰,在太空中对地球和天体的观测效果远优于地面, 特别是在地面无法进行的X射线探测和紫外线探测,在空间却可以很方便地进行。更为重要的是载人空间飞行可以充分发挥人的主观能动性, 较之卫星观测, 能变被动观测为主动观测, 因此能获得更好的效果。近年来, 美国、俄罗斯对天文物理的投入越来越大,在空间站或航天飞机上, 航天员对太阳、太阳系行星、X射线以及空间粒子进行了大量研究。这些研究将为人类探索太阳系、建立月球基地、载人火星飞行等提供大量基础数据。另外，一些地面无法生产和提炼的药物，可以在空间里完成。以生物材料加工为例，哺乳动物特化细胞核蛋白质在地面很难分离，而在空间微重力环境中，其分离速度可以提高400至700倍，纯度比地面高4到5倍。美国在之前已经利用航天飞机在空间生产出大量高纯度贵重药物。

而中国在该领域也并不落后，如神舟二号共搭载了64件科学实验设备，其中有进行空间材料科学试验的多工位空间晶体生长炉和空间晶体生长观察装置；有进行空间生命科学试验的空间蛋白质结晶装置和空间通用生物培养箱；有进行空间天文观测的太阳和宇宙天体高能辐射监测仪，包括超软X射线探测器、X射线探测器和γ射线探测器；有进行空间环境探测的大气成分探测器、大气密度探测器和固体径迹探测器；有有效载荷公用系统，还有微重力测量仪等。这些设备几乎遍及三个舱段的各个角落，把飞船变成了名副其实的“太空实验舱”。

除了以上副业外，飞船还能够根据特定的目标实施一些特别的试验。如此次在轨运行期间，天舟二号先后与天和核心舱进行了4次交会对接，按计划完成了机械臂转位舱段验证、手控遥操作交会对接等多项拓展应用试验。

在机械臂转位舱段验证中，主机械臂移动至核心舱小柱段第三象限目标适配器对接，而后机械臂另一端与天舟二号货运飞船前锥段目标适配器对接，完成对接后天舟二号与核心舱解锁分离。随后在机械臂拖动下以节点舱球心为圆心向第四象限方向进行平面转位，转位角度为20°，转位到位后再反向操作，直至天舟二号与核心舱前向对接口对接并完成锁紧，转位试验任务完成。该试验的成功为今后中问天号与梦天号两个20吨级大型实验舱进行在轨建造组装提供了冗余备份手段，也为后续在轨捕获其它航天器辅助对接验证了相关技术能力。

而手控遥操作是无人飞船的必备功能，也是飞船GNC(制导、导航与控制)系统的一部分。因为无人航天器，如货运飞船、空间站实验舱等，由于航天器上没有航天员，无法实现载人航天器的手动交会对接，所以一般采用自动交会对接作为主要方式。而如果自动交会对接系统出现故障，就可能不得不放弃整个交会对接任务，这将造成巨大的经济损失和社会影响，甚至个别情况下还将威胁到空间站的安全，因此由航天员或地面人员进行远程控制交会对接，即手控遥操作交会对接作为备份就具有重要的意义。在此次试验中，神舟十三号航天员乘组在核心舱发出控制指令，让天舟二号先与核心舱分离，然后航天员手动控制整个货运飞船的位置和姿态，撤到前向的一定距离，然后再次控制它来进行对接，一直到锁紧完成。其间飞船GNC(制导、导航与控制)系统表现优异，初步验证了空间站与来访飞行器手控遥操作系统的功能、性能以及天地间协同工作程序的合理性，为今后中国的空间站建设铺平了道路。

此外，天舟二号与空间站分离后，利用推进剂余量，成功实施了与空间站2小时快速交会试验。快速对接可以缩短航天员在飞船狭小空间中滞留的时间，减少航天员不必要的体力与精力付出，同时可以保证一些“时鲜货”（如生物制剂等）尽快送达空间站。在安全方面，如果空间站等航天器突遇紧急情况，快速交会对接可以迅速做出反应，向空间站提供各种急需的物资或救助被困的宇航员，充当“救生艇”和“避难所”。

最后，一些一次性使用的货运飞船还可以作为“再入焚化炉”。由于空间站在运作一定时间后会产生垃圾，这些垃圾不能在轨道上直接丢弃，否则将加剧太空碎片问题，因此需要在货运飞船返程时将垃圾带走。如美国“天鹅座”飞船在完成了对国际空间站的补给任务后，会把大约1.6吨的垃圾带走，这些垃圾和飞船在重返大气层时会被完全烧毁。