7月15日5時34分，天舟九號貨運飛船在長征七號運載火箭托舉下，在中國文昌航天發射場成功發射。

天舟系列貨運飛船除了是“太空快遞小哥”，還肩負有什么特殊的任務？為何在完成任務后要通過受控再入大氣層燒毀的方式進行處置，而不是留在太空繼續發揮作用？

7月15日，華商報大風新聞記者采訪了西北工業大學載人航天工業設計專家茍秉宸教授。

受控再入大氣層燒毀，這是“天舟”的宿命

據了解，天舟系列貨運飛船在完成任務后，均是通過受控再入大氣層燒毀的方式來處置。為何一定要這樣做呢？

茍秉宸教授說，這跟它的設計定位有關系。按計劃可控再入大氣層燒毀，是天舟系列貨運飛船的宿命。貨運飛船的使命主要是轉運物資，上行的是可用物資，下行的是垃圾，但這個垃圾不用回收，在大氣層中直接就燒毀了。

空間站是太空中一個密閉的航天器，垃圾多了，肯定會有味道。在太空中要把它壓縮、脫水，存儲。這些垃圾可不是想扔就能扔的，要趕在貨運飛船脫離的時候把它帶走。現在天舟貨運飛船的發射頻次是兩年三次，相當于垃圾要堆放七八個月，在貨運飛船脫離時才能把垃圾帶走。

未來的貨運飛船將會有好幾款同時使用。現役的貨運飛船是下行帶垃圾然后在大氣層燒毀，屬于不可回收的；還有一種貨運飛船可以把空間站實驗中相對輕便的樣件、數據和物品帶回來，這是屬于可回收的。可回收飛船成本高，技術難度也更大。大家熟悉的神舟載人飛船就是可回收飛船，可以把航天員安全帶回地面。新一代的貨運飛船可以把物資帶回來，技術路線和嫦娥五號、嫦娥六號帶回月壤的任務類似，但載貨量要大很多。新型貨運飛船在研制之中，產品定位和技術特點有明顯不同。

“天舟”在空間站的使命之一就是堆放垃圾

茍秉宸教授介紹，現在的天宮空間站常駐三名航天員。這要是在地面上，把門關起來，估計兩天的吃喝拉撒垃圾桶就滿了。在太空失重環境下，微生物繁殖速度比在地球上要快，也就是說垃圾發臭的速度比地面更快，必須要及時處理。為了不滋生細菌，對垃圾的處理中需要進行脫水和壓縮，生活垃圾和糞便都要這樣處理，便于長期存放。空間站里有專用設備針對濕垃圾尤其是糞便來脫水。“太空里水非常珍貴，再生水可以循環利用。可以滿足太空實驗、太空養殖、太空農業的用水需求。通過尿液提純殺菌的水純度很高，可以放心飲用，但老百姓的心里不一定能過得了這個坎。”

貨運飛船和空間站成功對接后，并不是馬上就返回。一般要在空間站停留七八個月，這段時間它的使命之一就是堆放垃圾。這是因為不僅空間站的艙內空間有限，每天處理好的生活垃圾需要堆放在這里，航天員在太空拆“快遞”產生的垃圾也得及時處理。貨運包的體積不小，航天員取出其中的物資后，阻燃布、包裝箱和打包帶等都是垃圾，貨運飛船是天然儲藏室。垃圾放滿了，貨運飛船的壽命也快要到了，下一艘貨運飛船也該送貨換班了。在下一艘貨運飛船發射前，滿載垃圾的貨運飛船會及時脫離空間站，把對接口相當于“太空停車位”讓出來，按計劃脫離空間站核心艙返回地球，再入大氣層后燒毀，形成一個任務閉環。

未來的貨運飛船有可能在“肚皮”上開門

天舟系列貨運飛船有全密封型、半密封型、全開放型，具體有什么區別？

茍秉宸教授介紹，所謂全密封，就是所有物資都密封在貨運飛船里面，物品的進出必須要經過飛船對接口。半密封，是指從飛船外部也可以打開艙門轉運物品，不一定都要經過對接口。

半密封型貨運飛船正在研制，尚未啟用。一些大物件無法通過飛船的對接口，這時候在圓柱形貨運飛船的“肚皮”上開設艙門，通過空間站艙外的機械臂抓取就可以方便取用。這就相當于美國當年的航天飛機的開放式貨艙，但技術難度小，成本也很低。往空間站運送的大件物品多為艙外實驗設備和需要維修更換的備件。空間站設計壽命是十年，但通過不斷的維修養護使用二十年也沒問題。

全開放型貨運飛船不考慮艙體密封，完成大件貨物固定，不需要安裝艙門，節省重量。貨運飛船發射時本身就放在火箭整流罩里面，只要進入太空就沒有大氣阻力了，不用再考慮空氣動力的問題，之所以有些入軌的航天器可以外觀奇特，就是這個原因。

以空間站的太陽翼為例，柔性太陽翼容易受到太空垃圾和高能微顆粒的損傷，航天員可以出艙維修，實在修不了或者到達使用壽命就需要換新，就得通過開放式貨運飛船送上去。太陽翼本身就安裝在空間站艙外，沒有必要再入艙再出艙，直接通過艙外開放抓取完成安裝，也避免了對接口通道尺寸受限。

航天員“蘋果自由”背后，是國家強大的實力

茍秉宸教授介紹，天舟貨運飛船是從天宮二號完成試驗，在空間站時代正式啟用的。從神舟十二號開始通過貨運飛船給空間站運送物資，從早期的一年兩次，到現在的兩年三次，很重要的原因就是中間做過一次設計提升，天舟的運力增加了500公斤。“這500公斤非常有意義，我們給航天員可以運送更多的太空水果之王——蘋果，而且是來自陜西的延安蘋果。中國航天員在外太空率先實現了蘋果自由。現在航天員可以吃到很多中國美食和新鮮水果，都跟天舟貨運飛船密切相關。可以說，航天員的太空生活過得好不好，很重要的保障就是天舟貨運飛船。全世界的航天員中，在外太空生活水平最高的是我們中國航天員，這也是國家發展強大的一個體現。中國是美食大國，航天員在外太空好吃好喝，美食比國外航天員要豐富得多。”

“但做到這一點并不容易！中國航天的一個名場面就是神十二航天員湯洪波在空間站核心艙里面直播吃蘋果，吃得很香很干凈，為啥呢？蘋果少嘛，太珍貴了。航天員剛開始是兩三天能吃一個，后來可能是一周一個，再后來是一個月一個，再往后就是抽屜拉開聞一聞味道就關上了，舍不得吃。因為當時中國航天還保障不了蘋果自由，按照以前傳統的說法，發射一個蘋果的成本相當于和蘋果等重的黃金。當然這是傳統上的一個經驗值，從尤里·加加林的首次載人航天飛行到現在已經六七十年了，今天的航天發射成本已經降低了很多。而我國的航天發射成本遠低于國外平均水平。大家熟知的美國太空探索技術公司，馬斯克使用可回收火箭發射貨運龍飛船，還有NASA的天鵝座飛船，這些貨運飛船發射成本都大為降低。從全世界范圍來看，我們中國的發射成本是最低的。一是因為航天技術和制造能力世界領先，二是因為咱們自主研發的人工成本更低。”

“天舟貨運飛船，從天舟二號開始小批量生產，第一批是一次做了四個，從天舟二號到天舟五號；第二批是一次做了六個，從天舟六號到天舟十一號。這次發射的天舟九號是第二批飛船中的第四個。一次做六個和每次做一個相比，成本要低得多。中國空間站一期建造工程已經完成，算是基礎建設基礎投入，成本相對固定，神舟飛船每次的發射成本也基本固定，影響日常使用成本的就是貨運飛船。為何要把兩年四次壓縮到兩年三次，少一次就可以節省數以億計的成本。同時，雖然壓縮了發射頻次，但性能不減，運力還增加了。制造成本也隨著小批量生產大幅降低，這些都是非常有利的舉措，未來中國空間站運營成本肯定會更低。”

自主交會對接，相當于子彈速度20倍情況下實現太空萬里穿針

茍秉宸教授說，這次天舟發射最大的一個看點，就是發射的時機特別好，剛好趕上晨昏線，出現了“太空水母”的奇觀，還有非常清楚的北斗七星做陪襯，讓人覺得非常美、非常壯觀。

“天舟與空間站核心艙采用快速交會對接，由地面指揮遙控對接。本次任務繞地球兩圈耗時三個小時就對上了，從這里也可以看出咱們的太空測控技術是相當了得。要知道，空間站和貨運飛船都是以第一宇宙速度——即子彈速度的20倍在超高速飛行，在這么快的速度下進行交會對接，在外太空實現萬里穿針，其技術難度超乎人們的日常想象。航天和一個國家的國防實力密切相關，你有這樣強的交會對接能力，也說明你有高精尖的太空變軌能力，具備了令敵人膽寒的戰略打擊能力。”

天舟不僅是快遞小哥、垃圾回收員，還是空間站的“人力車夫”

天舟飛船除了是“太空快遞小哥”、“垃圾回收員”，還有什么特殊使命？

茍秉宸教授介紹，天舟貨運飛船運載的貨物中，也包括了空間站推進劑。空間站日常軌道維持主要是推力較小的霍爾發動機，使用一種惰性氣體產生推力。但是大的變軌比如當馬斯克的星鏈逼近咱們的空間站時就需要緊急避險，需要空間站核心艙自帶的大功率液體發動機點火加速抬高軌道，會消耗燃料。但變軌不是經常性任務，航天器在外太空空氣阻力很小，基本會以初始速度一直運行，多少會受點空氣阻力，時間久了速度慢了軌道就降低了，這時候就需要提高飛行速度來維持軌道高度。具體需要補加多少燃料，和任務有關系。

“國際空間站是沒有動力的，主要依靠俄羅斯的進步號貨運飛船才能抬高軌道，每次維持軌道需要先發射貨運飛船對接然后抬升軌道。中國空間站不僅自身有動力，還可以通過完成對接的天舟貨運飛船的動力來實現變軌。也就是說，天舟貨運飛船不僅可以給空間站補充推進劑，也可以利用自己的發動機點火后也從核心艙后方推動空間站改變軌道。所以，天舟飛船不光是‘太空快遞小哥’，也可以是空間站的‘人力車夫’。從動力設計上就可以看出，我國的航天技術有很大的后發優勢。”

華商報大風新聞記者 馬虎振（配圖據“我們的太空”，茍秉宸教授照片由受訪者提供）