天舟四号货运飞船开启中国空间站建造阶段

天舟四号货运飞船开启中国空间站建造阶段

天舟四号货运飞船开启中国空间站建造阶段，天舟四号货运飞船入轨后顺利完成状态设置，于北京时间2022年5月10日8时54分，成功对接空间站天和核心舱后向端口。天舟四号货运飞船开启中国空间站建造阶段。

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5月10日凌晨，天舟四号货运飞船成功发射，中国空间站建造阶段大幕开启。

天舟四号的成功发射，离不开各分系统的协同合作。其中货运保障分系统就是载人航天工程任务中的一个重要分系统。这个被称为“物资大管家”的系统，由位于成都的中国航天科技集团有限公司第七研究院第七设计部（简称七院七部）抓总研制。

继天舟一号至天舟三号货运飞船产品圆满完成“送货”任务后，这是“物资大管家”承接的“第四单”。来自四川的“物资大管家”发挥了什么作用？记者第一时间采访了七部宇航分系统副主任设计师李鹏和七部宇航分系统副主管设计师李皓伟。

天舟四号装载了航天员系统、空间站系统、空间应用领域、货运飞船系统共计200多件（套）货物，这些物资种类繁多，大小不一，研制进度有快有慢，怎么装？用什么装？找好合适的包装是关键。

发射在即，中国航天科技集团有限公司第七研究院第七设计部科研人员在发射场测控大厅持续监控产品工作状态。

李鹏介绍，“物资大管家”的主营业务之一就是设计和制作标准化、系列化的货包产品，为品种丰富、形状各异的物资产品提供防护包装。通过与货运飞船舱内结构的适配性货包装载设计，将货运飞船几十立方米装载空间利用得淋漓尽致。

经过多达百余次的调试、小试、中试，团队成功研发出货包外部包装所需的和内部赋型所需的特种聚氨酯泡沫材料。这种材料满足了长期载人密闭环境下材料的选用要求，具备超低有害气体逸出、高效抗菌防霉、高阻燃、燃烧物低毒及优良的力学性能，同时具备高效的缓冲减震功能。

自天和核心舱发射成功到现在，已经有天舟二号、天舟三号和天舟四号三艘货运飞船陆续造访了中国空间站，每艘船运送逾200个货包，包内的物资两万余件。面对这么庞大的物资量，航天员在空间站内如何快速、准确地查找到所需要的物资呢？

李皓伟透露，针对如何管货的'问题，七部建立了完善的物资信息管理体系。

中国航天科技集团有限公司第七研究院第七设计部科研人员在发射场开展上行货物验收工作。

针对每件物资，有专属身份登记。每件物资发射上天之前，都会在物资信息管理系统里进行身份登记，包括物资的名称、保质期、使用方法和图片等信息。系统会为其生成专属二维码标签，出发前贴在物资表面。

针对货包，系统会生成卡式标签，插在货包表面的标签袋内，卡片上包含了RFID芯片以及二维码信息。

在空间站内，物资信息管理系统会实时记录各物资的消耗情况以及位置变化情况。航天员就像在超市内取货一样对物资进行扫码，便可查询物资的当前位置，物资的各项信息也会全部显示出来，指导航天员取用。

另外，航天员在轨期间，七部的设计师会在地面持续开展飞控支持，航天员有任何疑问都能第一时间答疑解惑。

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据中国载人航天工程办公室消息，天舟四号货运飞船入轨后顺利完成状态设置，于北京时间2022年5月10日8时54分，采用自主快速交会对接模式，成功对接空间站天和核心舱后向端口。

据介绍，天舟四号货运飞船装载了神舟十四号3名航天员6个月在轨驻留消耗品、推进剂、应用实（试）验装置和样品材料、备品备件及部分载荷等物资，交会对接完成后，将转入组合体飞行段。

天舟四号货运飞船发射成功 中国空间站全面建造大幕正式开启

5月10日01时56分，由航天科技集团五院抓总研制的天舟四号货运飞船，在海南文昌发射场由长征七号遥五运载火箭成功发射。

△发射现场（都鑫鑫拍摄）

历经约6.5小时后，天舟四号顺利完成与空间站核心舱后向对接。这是2022年空间站建造任务的首次发射，正式开启了中国空间站全面建造的大幕。

作为空间站的地面后勤补给航天器，天舟货运飞船采用型谱化方案，设计了满足不同货物运输需求的全密封、半密封半开放、全开放3个的货物舱模块，与通用推进舱模块组合形成全密封货运飞船、半密封半开放货运飞船和全开放货运飞船3种型谱。

其中，天舟四号货运飞船为全密封货运飞船，是世界现役货物运输能力最大、在轨支持能力最全面的货运飞船，承担着为神舟十四号乘组提供物资保障、空间站在轨运营支持和空间科学实验的任务，停靠空间站期间将实施货物补给、推进剂补加，开展空间科学实验。

此次任务中，天舟四号装载了航天员系统、空间站系统、空间应用领域、货运飞船系统共计200余件（套）货物，其中包括货包货物和直接安装货物，携带补加推进剂约750kg，上行物资总重约6000kg，将为神舟十四号乘组3人6个月在轨驻留、空间站组装建造、开展材料科学、微重力、航天医学试验等空间应用领域提供物资保障。

为保证货物安全快递到“太空之家”，天舟四号采用货包、支架、贮箱等多种货物装载方式，货物种类、数量可根据空间站需求动态配置；同时，还具备承担空间站姿态轨道控制、并网供电以及空间站遥测、数据传输支持等空间站运营支持任务的能力以及空间科学实验支持能力。

根据航天员乘组的在轨使用意见，为了查找货物更加方便和直观，天舟四号通过标签和提手的色彩设计，增加了货包色彩标识；为方便航天员在轨操作装货适配板，避免每次准确对位螺钉，天舟四号开始为适配板和对应货架增设搭扣带，实现在轨期间便捷防漂；

为减小缓冲包装材料的在轨空间占用，便于收纳存储，对货包内的缓冲泡沫进行分块小型化优化设计，并增气柱缓冲方案以减重。这些巧妙的设计极大助推了天舟四号叩问“天宫”。

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5月10日，天舟四号货运飞船在文昌航天发射场成功发射。在此次飞行任务中，中国航天科技集团八院的技术人员为天舟四号提供了通信、图像、供电等多方面的“航天技术”保障。

“通信神器”拉进天地间距离

以太网通信已经成为当前空间站天地通信、器间通信的主流通信方式，极大便利了航天员在轨工作环境。中国航天科技集团八院电子所负责研制的高速通信处理器是货运飞船以太网通信的重要组成部分，被大家戏称为“通信神器”，集千兆网络、光纤通信、高清图像及话音等多项新技术于一身，是天地组网的中心枢纽。

天舟四号高速通信处理系统采用分布式网络交换架构，将音视频、数据处理综合业务集成于一平台，提高产品集成度同时大大降低研制成本。

在网络协议层面，实现了接口标准化以及协议通用化的组网需求，具备对空间站天地互联网数据代传功能，为空间站对地互联网通信提供了另一条数据通道，为空间站天地网络通信提供了又一份安全通信保障；具备天地互联网组播分发功能，在不增加通道带宽的情况下，使地面、空间站能同时收发视频、音频数据。

此外，在天地上下行网络通信容量方面，高速通信处理器具备灵活的适应能力，既保证了通道带宽的高效利用，又确保了在拥塞情况下数据的可靠传输。好比城市快速高架路的上匝道，多条马路的汽车汇聚到一条高架上，又有序分流到不同的车道，既不会道路瘫痪、大堵车，也不会找错路口、开错方向。

同时，数据传输的安全性关乎飞船任务成败，高速通信处理器在网络安全策略上有效解决了组网过程中非法用户接入等相关问题，相比地面网络通信更加可靠和安全。

高清摄像拍出唯美太空“大片”

太空“大片”的唯美、天宫课堂的直播、航天员出舱等场景的呈现，离不开电子所舱内外高清摄像机的实时监控。

太空中的产品从来都不是简单的拿来主义，由于空间环境的特殊性，力学振动和冲击导致结构散架、镜头离焦，以及空间辐射导致电子固件失效等问题，是商用摄像机上天必须要解决的难题。从图纸设计到工艺实现再到车间生产，从内部电路板到外部镜头等光学组件，每个薄弱点都需要反复仿真论证和试验验证。

货运飞船首次使用了两台舱外高清摄像机：太阳翼摄像机和交会对接摄像机。这两台高清摄像机采用全数字化、一体化设计，集图像采集、预处理、编码、网络传输功能于一体,具备高清、标清、照片三种编码模式，可满足不同的信道条件及用户需求。

太阳翼摄像机主要用于观察太阳翼帆板的展开和在轨运行情况，交会对接摄像机则安装在货运飞船交会对接面，可实时监测飞船和空间站交会对接过程。

而舱外高清摄像机所处的真空环境、空间辐照、极端的高低温和太阳光照亮暗变换，都需要设计团队考虑元器件、原材料选取、曝光算法构想和曝光参数调试、结构和软件的抗辐加固设计及验证等等诸多方面。舱外高清摄像机的负责人沈剑锋带领团队充分验证摄像机的舱外可靠应用，设计和开发了各种光学相机的装配、试验专用工装和设备，逐项攻克和验证每一个性能指标。

关键时刻能为核心舱供电近千瓦

八院811所研制的天舟四号电源分系统，不仅能为飞船提供充足的能量，其在整个空间站系统的运行过程中也发挥着重要作用。

电源分系统既可以实现与空间站核心舱的双向并网供电，关键时刻为核心舱提供近千瓦的电力，也可通过空间站核心舱为神舟飞船供电，确保整个空间站的正常运行。尽管在这期间太阳帆板会受到不同程度的遮挡，导致其在光照区供电能力受到影响，但“大家好，才是真的好”，在空间站组合体变轨、推进补加、并网供电等大负载飞行事件发生时，货运飞船电源分系统从未缺席。

“天舟二号和天舟三号在轨运行期间，成功进行了货运飞船与空间站核心舱组合体下的双向并网供电试验。组合体运行期间，货运飞船多次通过空间站核心舱向神舟飞船提供了一千瓦左右的电力，确保货运飞船正常运行的同时，解决了神舟飞船太阳帆板在大面积遮挡情况下供电能力受到影响的问题，充分验证了空间站的智能用电模式。”八院811所电源分系统副主任设计师黄峥说道。

天舟四号成功入轨后，将继续传承这一使命。

八院811所电源分系统副主任设计师朱超介绍，一个月前，为了迎接天舟四号的到访，天舟三号完成了从空间站天和核心舱后向端口向前向端口的绕飞动作。在这四个小时的绕飞过程中，货运飞船电源分系统的太阳帆板一直处于垂直归零状态，光照条件较为恶劣，锂离子蓄电池便勇于担起了为飞船供电的责任。

对于锂离子蓄电池来说，工作时间从正常在轨的连续几十分钟加长到连续四个小时，且负载额定功率也大大增加，是一次“高要求”的挑战。但研制人员对此胸有成竹，有前期开展的包括深度放电在内的各种试验做基础，锂离子蓄电池在天舟三号的绕飞过程中表现优异。