快镜头告诉你 天舟一号在发射前都在准备什么
中国载人航天工程办公室4月19日发布，经空间实验室飞行任务总指挥部研究决定，瞄准4月20日19时41分发射天舟一号货运飞船。
天舟一号货运飞船发射升空后，将进入高度约380公里的运行轨道，之后将与在轨运行的天宫二号空间实验室进行自动交会对接。天舟一号将装载超过6吨的物资与设备飞向太空。它的主要任务是为天宫二号“送货”。在这些货物中，除了维持天宫二号运行的各种补给外，还有大量太空实验设备和载荷。
颜值：中国首艘货运飞船长啥样
作为中国自主研制的首艘货运飞船，天舟一号到底长啥样，引发外界关注。
公开报道显示，天舟一号采用两舱构型，由货物舱和推进舱组成，全长10.6米，舱体最大直径3.35米，整船最大装载状态下重量达13.5吨，个头比天宫二号和神舟飞船都要大，是目前中国体积最大、重量最重的航天器。
“能装才是硬道理”——天舟一号物资上行能力约6吨，其中，推进剂补加能力约为2吨，上行载货比优于国际现役货运飞船。
国际宇航联空间运输委员会秘书长、中国航天科工集团公司二院二部研究员杨宇光日前透露，天舟一号具备独立飞行3个月的能力，具有与天宫二号空间实验室交会对接、实施推进剂在轨补加、开展空间科学实验和技术试验等功能。
4月17日，海南文昌，天舟一号与长征七号遥二运载火箭等飞行产品转运至发射区。
实力：现役运载能力最强的货船
专家表示，中国计划在2022年前后建成空间站，其初步规模包括一个核心舱和两个实验舱，如果想保持航天员长期在轨飞行，货运飞船是必可不少的。
专家表示，货运飞船是从载人飞船演变过来的。运货飞船可以运输推进剂燃料、维修和更换的设备、航天员的生活、工作用品以及空间科学实验设备和用品等，此外还能用于调整空间站轨道高度。
在20世纪70年代，前苏联和美国开始发展体积大、寿命长、用途广的空间站。刚开始时，两国都是用人货混装的载人飞船为空间站提供少量补给，每艘载人飞船一次只能为空间站运去几百公斤的物资，无法满足需求。苏联率先在联盟号载人飞船的基础上研制了进步号货运飞船，其货舱容积为6.6立方米，运载能力为2.6吨，并可进行在轨推进剂补加服务。欧洲的货运飞船叫自动转移飞行器，全长10米，最大直径为4.5米，重量约10吨，运货能力可达7吨，是迄今运载能力最大的货运飞船，从2008年起到2014年共发射了5个，但目前已经停止建造。
美国的“龙”飞船长5.9米，最大直径3.7米，其运送载荷最大质量6吨，返回载荷最大质量3吨，它也是货运飞船中往地球运回物品的高手。此外，美国的“天鹅座”和日本的HTV货运飞船运载能力分别为2.7吨和6吨。总体来说，天舟一号的运载能力是居于前列的，而在现役货运飞船中其运载能力是最大的。
天舟一号七大“独门功夫”
任务：给天宫二号“太空加油”
“给航天员送吃的、用的，给航天器送推进剂——天舟一号3次交会对接，3次在轨补加就是为了完成这两件事。”中国航天科技集团在其微信公众号一篇文章中形象写道。
天舟一号“只运货、不送人”，因此被一些媒体形象地称为“快递小哥”。此行，天舟一号将与中国首个空间实验室天宫二号完成交会对接，实施推进剂在轨补加，突破和掌握推进剂在轨补加等关键技术。
其中，推进剂在轨补加俗称“太空加油”，是天舟一号核心目标任务之一，是空间站建设的标配。据中国航天科技集团公司五院GNC分系统主任设计师、天舟一号GNC分系统主任设计师刘宗玉介绍，这将为中国空间站组装建造和长期运营解决能源供给问题。
需要指出的是，货运飞船，不仅是送货那么简单。天舟一号还搭载了非牛顿引力实验等10余项应用载荷，将在轨开展空间科学及技术试（实）验。
中国首艘货运飞船将为空间实验室进行两次“太空加油”
挑战：首次瞄准“零窗口”发射
有媒体援引专家的话表示，此次发射天舟一号飞船，是“零窗口”发射，所以难度非常高，面临着极大挑战。
那么，什么是“零窗口”发射？
据了解，发射窗口是指运载火箭携带着航天器发射升空比较合适的一个时间范围，有的以小时计算，有的以天计算，在此期间火箭都可以发射。由于此次发射天舟一号飞船要和天宫二号空间实验室实现交会对接，对发射精度要求很高，因此，发射窗口不是一个时间范围，而是一个确定的时间点，一秒都不能差，这就是航天人所说的“零窗口”，这对于火箭和发射场系统的可靠性提出了很高的要求。
航天科技集团一院长征七号运载火箭总指挥王小军指出，“因为零窗口发射，加之火箭组成是一个很复杂的系统，由大量的系统组成。另外，在射前的操作、流程也是非常复杂。在这个工作过程中间任何一个环节出了问题，我们就在保证零窗口发射中都会存在一定的困难。”
细节：口令之后要等7秒才能看到点火
在天舟一号发射的过程中，有一些重要的时间节点需要介绍，以帮助大家更好地了解发射的过程。
我们过去看到的航天发射，指挥员喊出倒计时0秒的口令之后，火箭就会点火起飞，不过在看我们长征七号发射时候，您可能得有点儿耐心。因为在0秒口令发出后，您需要等待7秒多的时间才能看到火箭点火。这是为什么呢？
和以往的长征火箭相比，长征七号使用了低温的液氧煤油发动机，这种发动机独特的启动流程，就是火箭在“零”秒计时后还要等7秒多的时间才能升空的原因。
航天科技集团一院长征七号总体主任设计师 邓新宇：发动机启动，以前是强制启动，用huoyao把它点着，现在我们是靠自身启动，推力起来需要一个过程。所以5秒多的时候，燃料才进入到发动机里头，我们大概在6.1秒的时候才能看到点火，7.3秒的时候，火箭才腾空而起。
目前，世界主要航天强国研发的先进火箭中，大多数都使用了低温燃料，这种发动机性能先进，系统复杂，在启动的过程中，和长征七号火箭使用的发动机一样，都会有复杂的动作，因此，这“零”秒后的等待，也是先进火箭发射前都要经历的过程。
解惑：如何确保货运物资的安全
人们将天舟一号形象地称为太空“快递小哥”，那么这样一个大块头的“快递小哥”怎样确保运送货物的安全呢？
“天舟一号块头虽大，却有一颗细腻的‘心’。”中国航天科技集团第五研究院载人航天总体部载人航天器总体研究室副主任张健说，飞船内壁四周全部设置为货架，中间留出一条矩形通道供航天员通行，航天员身处货架通道中，可以随意走动、转身、取放货物。
为提升天舟一号承载量，飞船内部采用了高效承载货架设计。张健说，表面上看，这些货架和普通的储物格类似，但其细节和构型都经过科学分析论证。货架采用基于蜂窝板、碳纤维立梁的梁板结构，形成大量的标准装货单元，传力效果好。
由于天舟一号运送的物资中有许多精密仪器设备和航天员用品，装载物资的货包必须具备保护功能。货运飞船机械总体主管设计师郭军辉介绍，新研制的高科技货包外观呈清新的乳黄色，采用新型抗菌防潮防霉布料，可确保货物在货包中存放一年。此外，针对不同体积、形状的货物，还进行了定制化和系列化设计。
“在货包的内部设计上，依然有贴心的安排。”郭军辉说，为避免货物直接与货架结构相连接，货包里面还有一层新研制的防火防潮且防震的泡沫或气囊袋，这种“贴心”的“软包装”设计为装载对象提供了柔软、高阻尼、分布式的系统支撑。
“100多个大小不一的货包，将确保天舟一号的货运物资完好地运送到天宫二号。”郭军辉说。
揭秘：天舟一号飞船藏了这些秘密
据中国科普博览“一点号”报道， 此次任务是中国载人航天工程空间实验室阶段的收官之战，对于空间站工程后续任务顺利实施具有极为重要的意义，将标志着中国载人航天工程胜利完成“三步走”战略中的“第二步”任务，为空间站建设任务奠定坚实技术基础。
随着大家越来越关注“天舟一号”与“天宫二号”的对接，这个肩负航天使命的“天宫二号”再次进入人们视线。除了地球观测和一系列的空间试验，“天宫二号”还有哪些不为人知的“秘密”呢？
量天尺
中科院上海光机所研制的“空间冷原子钟”搭载“天宫二号”发射升空，将成为国际上首台在轨运行并开展科学实验的“空间冷原子钟”,同时也是目前在空间运行的最高精度的原子钟。
“空间冷原子钟”将激光冷却技术和空间微重力环境结合，有望实现10^-16量级的超高精度（约3000万年误差1秒），将目前人类在太空中的时间计量精度提高1~2个数量级。
百变金刚
开展大Prandtl数液桥热毛细对流稳定性相关问题的研究，研究在空间微重力环境下热毛细对流的失稳机理问题，拓展流体力学的认知领域，取得具有国际先进水平的研究成果。突破并掌握微重力环境下的液桥建桥、液面保持和失稳重建等空间实验关键技术，进一步提升我国微重力流体科学的空间实验能力和技术水平。
系列英雄材料
该平台此次的任务时研究半导体光电子材料、金属合金及亚稳材料、纳米以及复合材料等制备基理，揭示在地面重力环境下难以获知的材料物理化学过程的规律。预期可获得高质量的空间材料样品，作为模型材料的结构、功能、工艺参数等方面获得有价值的科学研究成果。
天宫之炉
即将上天的这个炉子就是工程人员历经三年多的攻关，专门研制的一套综合材料实验装置。
这套实验装置由“材料实验炉”、“材料电控箱”和“材料样品工具袋”三个单机构成。整个装置共约27.6kg重，最大功耗不到200W（而一般电水壶的功率也要1000～1800W），相当于2个100W白炽灯，却能实现真空环境下最高950℃的炉膛温度，是不是令人惊叹？
海之情
“天宫二号”三维成像微波高度计是国际上第一次实现宽刈幅海面高度测量并能进行三维成像的微波高度计。它采用小角度、高精度干涉测量技术，能精确获得海面的干涉条纹信息，进而获得三维海面形态，再经过复杂的定标最终获得宽刈幅范围内的海平面高度测量。
天宫守护者
“天宫二号”伴随卫星是一颗微纳卫星，是“天宫二号”试验任务的一部分。伴随卫星由上海微小卫星工程中心研制，采用了小型化，轻量化，高功能密度的设计。“天宫二号”伴随卫星搭载多个试验载荷，并具备较强的变轨能力，具备了开展空间任务的灵活性与机动性。
“天宫二号”伴随卫星将在在轨任务期间开展对空间组合体的飞越观测等试验，为主航天器的技术试验提供支持，并拓展空间技术应用。
“天极”望远镜
“天极”望远镜是搭载在“天宫二号”空间实验室上的伽玛射线偏振探测仪，是中欧国际合作项目。
“天极”望远镜的主要科学目标是探测研究遥远宇宙中突然发生的伽玛射线暴现象，并在国际上首次对伽玛暴的偏振性质实现高精度、系统性地测量，从而深入地研究恒星演化、黑洞形成以及伽玛暴爆发的物理机制，为更好地理解极端天体物理环境下产生的这种宇宙中最剧烈的爆发现象做出重要贡献。
天之情与气之情
空间环境分系统(全称：空间环境监测及物理探测分系统)主要用于实时监测“天宫二号”轨道上的辐射环境和大气环境，实现舱外16个方向的电子、质子等带电粒子的强度和能谱监测，以及轨道大气密度、成分及其时空变化与空间环境污染效应监测等。
现代迷你太空温室
随着人类空间活动的深入开展，人类需要飞出地球，在地外空间长期生活和工作。绿色植物可为人类和动物提供必需的食物和氧气。
在“天宫二号”空间实验室中将开展两种代表性的植物——拟南芥和水稻的培养实验，着重探索在太空环境中如何控制植物开花结种的技术与方法，为建立保障人类长期空间生存所必需的生命生态支持系统奠定基础。中国科学院上海技术物理研究所提供的高等植物培养箱具备在轨培养单元和样品返回单元，能够为植物生长提供必需的水分供给以及光照、温度控制，具备实时可见光图像和荧光图像获取功能，构成了现代的迷你太空温室，为研究植物在太空的生长发育提供支持。
天宫里的尖端“数码相机”
作为太空实验室里的尖端“数码相机”，宽波段成像光谱仪拥有相当深厚的“内力”。相机被安装在太空实验室对地观测面的“肚子”上，有了它，“天宫二号”可谓拥有了“火眼金睛”的本领，看海洋，看大气，样样精通。
天机不可泄露
研制“天宫二号”载荷“量子密钥分配试验空间终端”。通过高精度自动跟瞄（ATP）系统与量子密钥分配地面终端配合，在地面站与目标飞行器之间建立起量子信道，并在此基础上进行空-地量子密钥分配试验。
目标为实现世界上首个基于载人航天空间平台的空-地量子密钥分配演示实验。为载人航天的空地间量子保密通信，以及未来的实用化天地一体广域量子保密通信网络建设打下基础。
空间实验大管家
如何“玩转”以上高难度载荷任务并保障它们有序、安全地运行下去呢？这就不得不提我们的太空实验大管家——“空间应用天地支持系统”，它是由有效载荷运控中心统筹规划、集中管理，统一控制，天基有效载荷网络接收地面指令后，调度有效载荷有序运行，两者构成天地一体信息大回路平台。
针对“天宫二号”液桥热毛细对流实验中天地实时交互和精细控制的实验需求和特点，空间应用中心研制了目前我国首个基于虚拟现实技术和基于高速总线网络的天地一体沉浸式遥科学实验支持系统，极大提高科学家开展空间科学实验的效率。
