研製背景,國外背景,國內背景,研製進程,項目立項,初樣研製,早期型號,組批生產,結構組成,飛船系統,火箭系統,設計參數,任務載荷,任務流程,任務公開,垂直轉運,全區合練,發射升空,交會對接,貨物轉運,技術亮點,任務標識,總體評價,
研製背景 國外背景 1978年1月20日,人類第一艘貨運飛船——進步1號發射升空。兩天后,進步1號與禮炮6號空間站對接,為航天員尤里羅曼年科和格奧爾基格列奇科送去了1.3噸生活物資和儀器設備,還為空間站帶去了1噸重的推進劑和氧氣。由於進步號既能為空間站運輸補給貨物,又能補充燃料,它的出現幫助蘇聯不斷延長人類的太空駐留時間。同時,進步號能為空間站送去維修所需部件和新儀器設備,不但讓儀器延壽,還能靈活安排新的試驗,使空間站效能倍增。帶來的意義和價值,讓貨運飛船在人類航天活動中扮演了重要角色。此後,世界上多個航天機構均推出了貨運飛船,如俄羅斯的“進步號”系列貨運飛船、歐洲的自動轉移
飛行器 (Automated Transfer Vehicle,ATV)、日本的軌道轉移飛行器(H-II Transfer Vehicle,HTV,有密封和半開放兩種型譜)、美國的“天鵝座”(Cygnus)貨運飛船和“龍”(Dragon)貨運飛船。
國內背景 在中國空間站工程建設階段,中國需要研製、發射由多個艙段構成的空間站和為之提供發射運輸服務的運載火箭、載人飛船、貨運飛船,以及建造相應的地面支持系統,建成完整配套的空間站工程大系統。空間站建造完成後,進入運營和管理階段。對中國空間站而言,貨運飛船補給任務周期被定為空間站任務周期,需要對其進行規劃,因為它的貨運能力直接影響空間站的運營成本和壽命。為此,中國在2010年前後,開展了貨運飛船技術論證,對國外幾種成功的貨運飛船的總體設計進行深入分析,從中吸取經驗,並找出共性的設計問題作為參考和借鑑。
在中國貨運飛船技術論證階段,中國空間站任務也進行了初步規劃。空間站長期運營期間,會有多個艙段的發射與組裝、多種運行模式下的狀態維持與控制,每年數次補給和
航天員 訪問,數量眾多的組部件或設備的維護工作,上百種有效載荷的管理及其操作規劃等。空間站任務需求呈現多樣化和複雜化,因此需要綜合考慮運營過程中各種影響因素的關係,以實現綜合集成和整體最佳化,力求在確保空間站正常運營的基礎上最小化空間站運營的成本。“天舟”貨運飛船任務被規劃為空間站戰術級運營規劃的一部分,包括推進劑和生活物資的補給、醫療設備及藥品、維護和維修物品的補充、空間實驗設備上行等。
研製進程 項目立項 2011年,中國貨運飛船正式立項,作為中國載人航天工程“三步走”戰略中載人空間站工程的重要組成部分,由中國航天科技集團公司五院載人航天總體部負責抓總研製。
初樣研製 2012年7月,中國貨運飛船系統進入初樣研製工作。2013年,中國貨運飛船被正式命名為“天舟”。2014年8月27日,中國航天科技集團公司及所屬中國空間技術研究院在北京聯合組織召開了貨運飛船轉正樣評審會。與會專家聽取了貨運飛船系統總師白明生關於貨運飛船初樣階段研製工作總結,審查了貨運飛船正樣設計報告,對貨運飛船系統初樣轉正樣階段工作進行了審議。在歷經兩年的研製試驗中,天舟貨運飛船按照初樣研製技術流程,完成了電性船、結構熱控船、初樣船研製和半密封貨物艙結構生產,通過了各項測試和試驗考核,確定了正樣技術狀態,完成了正樣艙體結構投產和正樣準備工作。“天舟”貨運飛船基於型譜化、模組化設計思想開展了平台構型和布局設計,設計有全密封、半開放和全開放三種型譜。貨運飛船採用貨物艙和推進艙兩艙設計,貨物艙用於運輸各類物資,推進艙提供能源和動力。飛船新增貨物保障、推進劑補加、繞飛交會對接、手控遙操作、組合體姿軌控制支撐功能。整船沿用“
天宮一號 ”目標飛行器和“神舟”載人系列飛船及其他成熟型號產品的占比超過70%。
早期型號 2017年4月20日,中國首艘貨運飛船天舟一號在文昌航天發射場發射升空,驗證了貨物運輸和推進劑在軌補加等多項關鍵技術,為中國載人航天工程“三步走”發展戰略中第三步空間站研製建設奠定了堅實基礎。該飛船載貨能力為6.5噸,為天宮二號帶去了6噸左右的貨物和推進劑,大大小小有100多個貨包。天舟一號入軌後,與在軌運行的天宮二號空間實驗室先後進行3次交會對接及3次推進劑在軌補加。此外,天舟一號成功在軌釋放一顆立方星。
2021年5月29日,
天舟二號 發射入軌,該飛船是中國空間站關鍵技術驗證階段發射的首艘貨運飛船。由貨物艙和推進艙組成,在軌壽命不小於12個月,發射重量13.5噸,運貨能力6.9噸,載貨比超50%,處於世界領先水平。除了為空間站送去6.8噸補給物資外,在軌運行期間,天舟二號貨運飛船先後與天和核心艙進行了4次交會對接,按計畫完成了飛船繞飛、機械臂轉位艙段驗證、手控遙操作交會對接等多項拓展套用試驗。9月20日,天舟三號貨運飛船發射入軌,為空間站送去航天員生活物資、艙外航天服及出艙消耗品、空間站平台物資、部分科學實驗載荷和推進劑等約6噸物資。在軌運行期間,天舟三號貨運飛船先後與天和核心艙組合體進行了2次交會對接,進行了繞飛試驗。與天和核心艙組合體分離後,還開展了空間技術試驗。
2022年5月10日,天舟四號升空入軌,裝載了200餘件(套)貨物、試驗載荷,攜帶補加推進劑約750千克,上行物資總重約6噸。這些物資為神舟十四號乘組3人6個月在軌駐留、空間站組裝建造以及開展材料科學、微重力、航天醫學實驗等提供了物資保障。11月12日,天舟五號貨運飛船裝載了約6.7噸物資,包括食品、醫藥物品、衛生清潔用品等貨包,空間站關鍵設備的備份件、維修件,空間套用系統的實驗載荷,以及約1.4噸的補加推進劑,順利送貨到位。
組批生產 2022年,
中國空間站 完成在軌建造,空間站工程轉入為期10年以上的套用與發展階段,計畫每年發射兩艘載人飛船和兩艘貨運飛船,為滿足密集發射任務的需要,天舟
貨運飛船 實行組批生產的方式,
天舟六號 至天舟十一號是同一批生產的飛船,同一批次的外形、功能相似或相近。
2023年5月10日,天舟六號貨運飛船在文昌航天發射場發射入軌,裝載了6名航天員在軌駐留消耗品、推進劑、套用實(試)驗裝置等物資。其獨立飛行期間,還成功釋放大連理工大學試驗衛星。
2024年1月17日,
天舟七號貨運飛船 在文昌航天發射場發射入軌。該飛船裝載了航天員在軌駐留消耗品、推進劑、套用實(試)驗裝置等物資,並為神舟十七號航天員乘組送去龍年春節的“年貨”。
2024年11月15日,
天舟八號貨運飛船 在文昌航天發射場發射入軌。裝載了航天員在軌駐留消耗品、推進劑、套用實(試)驗裝置等物資,並為神舟十九號航天員乘組送去蛇年春節的“年貨”。
結構組成 飛船系統 天舟貨運飛船專門為空間站送貨而研製,全長10.6米、最大直徑3.35米的天舟貨運飛船,由貨物艙和推進艙組成,主要任務是為空間站運輸貨物和補加推進劑,並將空間站廢棄物帶回大氣層燒毀,同時支持空間站姿軌控和開展空間科學試驗。天舟貨運飛船採用基於模組化的型譜方案,形成了全密封貨運飛船、半密封半開放貨運飛船和全開放貨運飛船3種型譜,可滿足空間站現階段不同貨物種類運輸需求,也是世界現役貨物運輸能力最大、貨運效率最高、在軌支持能力最全面的貨運飛船。通過對貨運飛船裝載方案的最佳化,天舟九號貨物艙內的空間利用率也是歷次貨運飛船任務中最高的。
火箭系統 承擔天舟九號貨運飛船發射任務的是長征七號運載火箭,作為天舟貨運飛船的“專車”,長征七號火箭已經將天舟一號至天舟八號貨運飛船成功送入預定軌道。長征七號火箭是中國新一代高可靠、高安全、綠色無污染的中型運載火箭,火箭總長53.1米,直徑3.35米,捆綁了4個助推器。它的近地軌道運載能力達到14噸,使用液氧煤油作為推進劑,採用了YF-100發動機和YF-115兩款液氧煤油發動機。天舟貨運飛船所需進入的軌道,繞地球一圈約需5400秒,而長征七號能將入軌誤差控制在4秒以內——這個以“秒”為單位的精度指標,直接為飛船後續快速交會對接奠定了堅實基礎。為適應載人航天工程應急發射專項要求,目前執行空間站貨運飛船發射任務的長七火箭會設定一枚備用箭。在未來,它還將繼續擔當“太空貨運專列”的角色,持續為空間站運送食物、水、燃料及各類科學試驗器材,成為支撐空間站長期運營的重要力量。
此次發射是長七火箭的第10次發射,是長七系列火箭的第20次發射。長七火箭採用新三垂的測發模式,具備零視窗發射能力,採用起飛時間修正加疊代制導技術,最大可推遲120秒點火,保證火箭入軌精度。“具備低溫推進劑不卸除推遲24小時的發射能力,火箭可在中雨條件發射。經多發驗證,其對海南高溫高濕高鹽霧的環境具有較好的適應性。
設計參數 設計參數 任務載荷 天舟九號貨運飛船是空間站套用與發展階段組批生產的第4艘貨運飛船,承擔著為神舟二十號和神舟二十一號乘組運送物資的任務,裝載了航天員在軌駐留消耗品、推進劑、套用實驗裝置等物資,共約6.5噸。根據任務規劃,天舟九號裝載包括航天員系統乘員物資、空間站系統平台物資以及空間套用系統、航天醫學實驗領域、航天技術試驗領域實驗樣品和設備設施等貨物共約6.5噸,將為空間站在軌運營和航天員長期駐留提供有力保障和支撐。
天舟九號這次向“太空家園”送上的新一批補給,包括可支持3名航天員在軌生活9個月所需的物資,其中有兩套新一代飛天艙外服、包括鮮桃在內的190餘種航天食品等。上行的2套全新飛天艙外服是中國自主研製的艙外航天服,其在製造時以飛行驗證為基礎,對以往款式進行了最佳化改進,並開展了地面及在軌服裝數據積累與壽命評估,在軌壽命將由過去的“3年15次”提升為“4年20次”。此次任務,航天員的“菜譜”也更新了,經過持續攻關,天舟九號“貨單”新增了菜餚類航天食品近30種,使得航天食品的總數達到190餘種,飛行食譜周期也由7天延長到了10天。通過技術創新和工藝改良,航天食品的質地、風味、色澤和營養變得越來越好,進一步滿足了航天員的飲食需求。
天舟九號上行了專門針對核心肌肉的鍛鍊裝置。該裝置可開展恆定阻力的核心肌肉與上肢鍛鍊,能夠有效預防核心肌肉等深層肌群萎縮,提高返回後對重力環境的再適應能力。它像床一樣,航天員可以在上面開展深蹲、卷腹、屈伸、旋轉等7個核心肌肉鍛鍊項目。與其他鍛鍊裝置在軌組合使用,可實現對航天員全身各主要肌肉更精準的防護,使得鍛鍊更加靈活便捷,進一步提高了航天員肌肉萎縮防護的全面性、有效性等。
此次任務中,天舟九號上行的科學實驗物資,包括空間生命科學與生物技術、空間材料科學、微重力流體物理與燃燒科學等領域的科學實驗共23項,研究研製單位涉及10個研究所和11所高校,繼續助力空間科學技術發展和新技術推廣套用。天舟九號攜帶的科學實驗物資總重近780公斤。
在空間生命科學與生物技術領域,將通過器官晶片技術展開空間環境對大腦作用機制研究等實驗,深化對生物體生理病理的認知,為人類健康保障提供基礎支持。在航天醫學實驗領域,這次隨天舟九號上行的細胞實驗樣本將在軌開展3項航天醫學細胞學實驗。在微重力流體物理與燃燒科學領域,重點圍繞多相流與相變傳熱及套用研究、軟物質與複雜流體研究、流體動力學及其套用研究等方面,開展相關科學實驗,揭示重力作用機制,發展相關理論和模型,為推動空間流體管理、特殊功能軟物質等相關技術的創新發展提供支持。此外,天舟九號還上行了2套前沿的空間科學實驗裝置。利用實驗物資,中國空間站還將展開微重力環境下的新材料和燃燒等科學實驗,為相關技術的創新發展提供支持。
任務流程 任務公開 2024年10月29日,神舟十九號載人飛行任務新聞發布會通報了天舟九號於2025年發射的信息;同日,中國載人航天工程辦公室啟動
天舟九號飛行任務標識 徵集活動。2025年1月,天舟九號飛行任務標識正式發布。
垂直轉運 2025年7月12日,天舟九號貨運飛船和長征七號遙十運載火箭組合體垂直轉運至發射區,按計畫開展發射前的各項功能檢查、聯合測試等工作,擇機實施發射。
全區合練 7月13日上午,天舟九號貨運飛船發射任務組織全區合練。目前,發射任務各系統已經完成了相關功能檢查,並做好發射前的各項準備工作。此次全區合練是天舟九號任務除點火發射外,參試系統最多、要素最全的一次綜合模擬演練,順利完成,意味著各系統已經做好發射前準備工作。目前,空間站組合體狀態良好,神舟二十號航天員乘組也在軌開展了手控遙操作訓練,為迎接天舟九號的到來做好準備。7月13日,天舟九號貨運飛船發射任務完成全區合練,各系統通過功能檢查並做好發射準備,這是除點火發射外參試系統最全的綜合演練。7月14日,記者從文昌航天發射場了解到,發射場設備設施狀態良好,參試各單位正全力以赴確保發射任務圓滿成功。文昌航天發射場鐘文安在接受記者採訪時說:“船箭組合體已垂直轉運至發射區,目前發射場各系統狀態良好,具備加注和發射條件。”“從最新的氣象會商結果來看,發射視窗天氣滿足火箭發射最低氣象條件。”文昌航天發射場甘思舊介紹。
發射升空 2025年7月15日5時34分,搭載天舟九號貨運飛船的長征七號遙十運載火箭,在中國文昌航天發射場點火發射,約10分鐘後,天舟九號貨運飛船與火箭成功分離並進入預定軌道,之後飛船太陽能帆板順利展開,發射取得圓滿成功。天舟九號貨運飛船入軌後順利完成狀態設定。
交會對接 2025年7月15日8時52分,天舟九號採用3小時自主快速交會對接模式,成功對接於空間站天和核心艙後向連線埠,轉入組合體飛行段。
貨物轉運 2025年7月15日下午,神舟二十號航天員乘組打開天舟九號艙門,進入天舟九號貨運飛船,按計畫開展貨物轉運等相關工作。
技術亮點 天舟九號承擔著為神舟二十號和神舟二十一號乘組運送物資的任務,上行的物資重量約為6.5噸,貨物裝載量大是天舟九號飛行任務的重要特點。天舟九號裝貨量特別大,是天舟六號以來裝貨量最大的一次。作為中國空間站套用與發展階段物資裝載重量最高的貨運飛船。天舟九號在載貨量、載貨空間、物資運輸效率等方面比較,在世界貨運飛船領域的優勢同樣突出,也是目前全球單次載重量最高的貨運飛船。
天舟貨運飛船採用組批生產的模式,研製人員統籌多艘貨運飛船的研製工作,在確保上一艘天舟八號按計畫執行發射任務的同時,提前完成了天舟九號的全部研製工作,使其具備3個月應急發射的條件。這種全新工作模式,在貨運飛船發射任務中尚屬首次。天舟九號是第一艘具備應急發射能力的貨運飛船。天舟九號發射時,後續貨船也具備了任務備份能力,進一步提高空間站運營的安全性和保障性。
此次交會對接任務,由航天五院抓總研製的交會對接系統,全程自主控制完成,採用3小時全自主快速交會對接模式。貨運飛船通過預設的關鍵位置停泊點,精準規劃對接路徑,實現從入軌到鎖緊的全程智慧型化操作,同時依託相控中繼終端,實施構建天地通信鏈路,確保指令毫秒級傳輸,最終實現與空間站核心艙的‘太空穿針’級的精準對接。
天舟九號是繼天舟七號、天舟八號之後又一艘採用3小時快速交會對接模式執行任務的貨運飛船。3小時交會對接模式是後續一段時間內天舟系列任務的常規操作模式。回顧發展歷程,中國先後在軌驗證和實施了2天方案、6.5小時方案、2小時方案和3小時方案。3小時交會對接模式可謂是中國空間交會對接三代人約30年奮鬥拼搏的結晶。3小時交會對接不僅在時間上優於傳統的6.5小時模式,而且相較於2小時模式,其相關係統的條件要求更為寬鬆。這不僅降低了對火箭入軌條件、測控精度、敏感器及導航精度、制導控制精度等方面的要求,同時增強了任務的可靠性。天舟九號任務面臨兩個新情況:一是在新的軌道高度實施交會對接;二是首次在特定太陽高度角條件下實施交會對接。此次交會對接任務的圓滿完成,進一步驗證了3小時交會對接模式是兼顧效率與可靠性的“最優解”,同時是“性價比”最高的技術方案。天舟九號任務標誌著中國在空間交會對接領域已形成一整套自主可控、成熟可靠的技術體系。
類似收快遞可以全程了解購買物品的運輸進度一樣,天舟九號上的中繼終端可以自主捕獲並跟蹤天鏈中繼衛星,搭建起從貨運飛船到中繼衛星再到地面的通信鏈路,實時保持信息的雙向傳輸,確保“送貨”全程線上。應答機、遙控設備和遙測設備協同工作,共同確保天舟九號狀態正常以順利完成飛行任務。應答機是天地之間溝通的“橋樑”,它幫助飛船與地面站建立起持續的通信鏈路,就好像鋪設了一條隱形管道,當有信息需要互動傳遞時,便可順著這條管道將信息告訴對方。遙控設備和遙測設備則是“管道”內信息的處理者和生產者。遙控設備用於解析來自地面站的指令信息,時刻將地面的指令要求傳遞到飛船的各台設備,確保飛船能夠按照既定路線向空間站靠近;遙測設備能夠採集飛船自身各項工作參數並下發至地面站,幫助地面站分析與評估飛船當前的運行狀態,支撐地面站隨時判定飛船的狀態並採取行動,確保對飛船航行態勢的掌控。
任務標識 任務標識 圖片標識
標識說明
天舟九號任務標識
天舟九號飛行任務標識,以地球為背景,飛船與空間站交會對接為視覺中心,展現二者環繞飛行的姿態。飛船的動感弧線代表飛行軌跡,傳遞精準和力量的美感。星軌巧繪數字“9”,九顆星辰環繞其間,寓意天舟九號邁向未來,承載著探索太空的遠大理想與團隊協作精神。標識外圈紅色熾熱,象徵國家榮譽與使命;金色點綴其間,顯示成就。內圈深藍如宇宙,廣袤無垠,襯托出白色空間站與飛船,用以提升現代科技感,彰顯探索宇宙的雄心壯志與不懈追求。
總體評價 相較於以往的貨運飛船,天舟九號在貨物裝載、應急發射等方面能力更加突出。一是再創空間站套用與發展工程貨運飛船上行物資裝載重量新高;二是持續最佳化流程,提升物資運輸應急保障能力;三是持續開展搭載載荷試驗。(中國航天科技集團李智勇 評)
天舟九號貨運飛船承擔著空間站物資補給運輸和推進劑在軌補加等職能使命,對保障空間站長期穩定運行、推動航天技術快速發展起到關鍵作用。(天舟九號任務“01”指揮員張楠 評)
從天舟一號到天舟九號,每一次任務從來都不是簡單的重複,背後是無數航天人對“零缺陷”的極致追求;每一次成功發射,都離不開技術的不斷疊代與經驗的不斷積累,都讓天舟系列貨運飛船以更穩健的姿態奔赴“天宮”。(《光明日報》 評)
更快更穩,是天舟貨運飛船發射任務的重要標準,也是天舟九號任務測發團隊每個人共同的目標。從天舟二號到天舟九號,各分系統協同最佳化測試發射流程、改造地面設備,涵蓋總裝結構、設備更新、設計工藝、可靠性提升等方面,實現“技術+流程”雙線最佳化。
( 我們的太空 評)