天舟五号(中国第五艘货运飞船)

天舟五号（英文名：Tianzhou-5）是中国第五艘中国货运飞船，也是第四艘到访中国空间站的货运飞船，由中国航天科技集团五院抓总研制，白明生任总设计师。天舟一号货运飞船五号由货物舱和推进舱组成，重约13.2吨，长度10.6米，货物舱直径达3.35米，装载有神舟十五号3名航天员6个月的在轨驻留消耗品、推进剂、应用实（试）验装置等物资，还搭载了“澳门学生科普卫星一号”立方星、空间氢氧燃料电池、空间高能粒子探测载荷等试验项目。

天舟五号于2022年11月12日在海南文昌航天发射场由长征七号遥六运载火箭发射升空，点火起飞约2个小时后，顺利与在轨运行的空间站组合体进行自主快速交会对接，标志着中国快速交会对接技术成功完成在轨验证。2022年11月13日，神舟十四号航天员乘组进入天舟五号；2022年12月18日，天舟一号货运飞船五号释放“澳门学生科普卫星一号”立方星；2023年5月5日，天舟五号撤离空间站组合体，转入独立飞行阶段。2023年6月6日3时10分，天舟五号货运飞船完成与空间站组合体再次交会对接。2023年9月11日16时46分，已完成全部既定任务的天舟五号货运飞船顺利撤离空间站组合体，转入独立飞行。2023年9月12日，天舟五号货运飞船已受控再入大气层。

2022年11月12日12时10分，天舟五号首次实现两小时自主快速交会对接，创造了世界纪录。这一技术突破对于提升中国空间交会对接水平，提升空间站任务应急物资补给能力具有重要意义。

研发历程

研发背景

1986年，邓小平批准实施“863”计划，计划以载人飞船开始起步，最终建成中国的空间站。1992年，中国载人航天工程正式立项，并确定按照“三步走”的战略实施。第一步，发射载人飞船，建成初步配套的试验性载人飞船工程，开展空间应用实验；第二步，突破航天员出舱活动技术、空间飞行器交会对接技术，发射空间实验室，解决有一定规模的、短期有人照料的空间应用问题；第三步，建造空间站，解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题。

研发过程

根据中国载人航天“三步走”实施战略，为了满足空间站任务需要，中国航天科技集团五院于2011年启动天舟一号货运飞船立项论证工作，确立了货物舱和推进舱两舱构型总体技术方案，并将天舟一号作为中国首艘试验性货运飞船，以验证飞船平台设计本身的合理性。

2012年7月，天舟系列货运飞船进入初样研制阶段。按照初样研制技术流程，先后完成了电性船、结构热控船、初样船研制和半密封货物舱结构生产，通过了各项测试和试验考核，确定了正样技术状态，完成了正样舱体结构投产和正样准备工作。

2014年8月27日，天舟系列货运飞船初样通过考核，转入正样研制阶段。

2017年4月，天舟一号货运飞船完成试验，标志任务成功，突破和掌握推进剂在轨补加技术。2021年5月，天舟二号货运飞船成功发射。随着天舟一号和天舟二号货运飞船任务的圆满成功，天舟货运飞船正式进入组批研制模式，天舟三号货运飞船、天舟四号和天舟五号属同一组批。

2022年3月30日，天舟五号货运飞船搭载项目建议书评审会在北京召开。本次评审的10个项目包括澳门学生科普卫星一号、“连理”立方星等5个立方星搭载项目，以及宇航氢氧燃料电池能源系统、肿瘤模型空间3D打印与培养系统等5个试验项目。

技术特点

结构组成

天舟一号货运飞船由货物舱和推进舱组成，货物舱用于运输各类物资，推进舱提供能源和动力。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、全开放3个货物舱模块，与通用推进舱模块组合形成全密封货运飞船、半密封货运飞船和全开放货运飞船3种型谱。其中，天舟五号为全密封货运飞船。

天舟五号重约13.2吨，长度10.6米，货物舱的直径可达3.35米，是世界现役货物运输能力最大、在轨支持能力最全面的中国货运飞船。天舟一号货运飞船五号在天舟三号货运飞船和天舟四号的基础上进行了多项改进，大幅提升了货运飞船的载货能力。设计师们通过挖潜增效、优化布局，大幅提升了天舟五号的货物装载密度，使其货物装载密度达到300公斤每立方米。

搭载物品

天舟五号货运飞船使用8个贮箱装载了约6.7吨物资，包括航天员系统、空间站系统、空间应用领域的货物以及实验载荷超过5.2吨，以及1.4吨的补加推进剂，为神舟十五号乘组3人6个月在轨驻留、空间站组装建造和空间应用领域提供物资保障。

天舟五号货运飞船搭载了三项实验、五台载荷设备，其中包括2个新增的细胞实验单元、“澳门学生科普卫星一号”立方星、空间氢氧燃料电池、空间高能粒子探测载荷等试验项目。还搭载了中国首台空间应用燃料电池，用于验证燃料电池在微重力等空间环境下的运行特性规律，为中国后续任务提供有力支持。

此外，天舟五号货运飞船还搭载了植物种子，用于开展航天育种实验。这些种子主要包括主粮作物如水稻、小麦、玉米等，以及一些林木种子。后续，这些种子将通过载人飞船返回地面，经过地面培育后投入市场。

天舟一号货运飞船五号除了为航天员送去物资外，还要承担实验支持的职责。其搭载了由中国科学院牵头负责的空间应用系统中空间站舱内外科学实验载荷、实验单元及样品、支持类设备、备品备件等应用物资。

空间冷原子干涉仪利用天和核心舱高微重力科学实验柜进行实验，旨在验证空间冷原子干涉等效原理。作为高精度加速度与转动的测量仪器，它可用于高精度重力测量和解决前沿科学问题。

变重力沸腾实验装置利用问天实验舱变重力科学实验柜，开展不同重力条件下池沸腾传热特性与气泡动力学行为的研究。通过揭示重力对沸腾传热特性的影响机制，该实验装置为天地不同重力环境下的热能高效利用提供服务。

变重力颗粒振动实验装置使用问天实验舱的变重力科学实验柜，研究不同重力条件下静态松堆积到滑坡流变规律以及三维密集颗粒物质中埋置物的运动行为。这项研究有助于理解颗粒物质的操作特性，并为地面地质灾害防治和工程建设等提供理论指导。

细胞实验单元上行生保支持装置通过问天实验舱的生物技术实验柜，支持细胞实验样品的上行。它将开展人骨髓原始间充质干细胞骨向诱导分化实验和小鼠成肌细胞自噬诱导分化实验，促进细胞生物学和生物医学领域的研究。

此外，舱外材料暴露试验装置将研究微重力和空间辐射环境对特殊材料的组织结构和性能的影响。它将重点关注有机形状记忆合金、润滑材料、轻质抗辐射金属材料和月壤水泥等材料的研究，为相关领域提供重要的数据和认识。

技术创新

电源系统

天舟一号货运飞船五号飞船入轨后，将首次在2小时内实现与空间站的交会对接。为确保天舟五号货运飞船在快速交会对接过程中的能量供需平衡，电源分系统研制团队进行了详细的分析和40项风险识别，并制定了40项预案，以应对各种可能出现的问题。在快速交会对接过程中，会将太阳帆板长时间置于垂直归零和停控等状态，减少货运飞船变轨对太阳帆板的影响。这将导致太阳帆板的发电能力下降，大部分的电量需要锂离子蓄电池来提供。研制人员通过开展电源分系统深度放电联试、单体电池深度放电等多个试验，确保了快速交会对接过程中整船的稳定供电。

2022年11月3日，梦天实验舱顺利完成转位，中国空间站“T”字基本构型在轨组装完成。由于光照条件变化频繁，空间站太阳帆板将经历复杂的遮挡情况，直接影响到天舟五号货运飞船能源供给。研制团队通过优化锂离子蓄电池充电控制策略，解决了在复杂遮挡情况下电池容易欠充或过充的问题，提高了货运飞船的可靠性和安全性。同时，通过调整充电曲线增加锂离子蓄电池容量，保证电量能满足后续多遮挡的工况。为了适应新时期型号批产及高强密度发射需求，电源分系统研制团队进行了流程优化，取消了原先需要4到5天的分流调节器单机发射场单检流程。同时，他们还建立了货运飞船发射场成功数据包络线，通过精细化开展数据三比对工作，确保电源以最佳状态完成任务。

综合显示单元

综合显示单元作为天舟一号货运飞船飞船舱内唯一的显控仪表，是天舟飞船中的核心关键产品。针对货运飞船任务要求，研制人员在综合显示单元产品上首次应用了新型高性能处理器平台，研发了多项关键技术。其中处理器抗辐照加固技术和触摸屏抗辐照技术，在有辐照环境的一些特殊工业领域中，存在非常有价值的技术应用前景。

照明设备

在天舟一号货运飞船五号与空间站交会对接，以及航天员进入天舟五号舱内工作的过程中，都需要良好的照明环境。研制人员为天舟五号研制了包括舱内照明、舱外泛光照明、紧急灯光指示等多种照明产品。为了满足空间复杂恶劣环境要求，货运飞船交会对接设备采用先进的固态照明光源，并针对空间环境进行了专项加固，实现了远距离透光照明。

柔性船衣

天舟五号在发射场总装测试厂房完成总装和综合测试之后，需要转运到加注扣罩厂房进行下一步工作，在此期间，飞船需适应海南省高温、高湿、高盐雾的特殊环境。为此，中国航天科技集团五院总装与环境工程部的研制人员为其量身打造了一套船衣。研制人员就通过充分调研，在以往经验基础上，设计了主体结构由里层、中芯和外层组成的新型柔性船衣。这种船衣不仅可以阻隔高温湿度、高盐雾环境，减少其对飞船的影响，还能防雨、防尘、防雷电、防污染。为了让天舟一号货运飞船五号的船衣更合身，研制人员首次采用刚柔结合式设计理念，专门设计了前锥段船衣支撑装置，在选用成熟工业产品的基础上，进行了大量的结构优化集成设计。该装置主体部分采用框架式铝合金管材，周向采用三层加强辐条抗变形设计，具备收缩调节能力。在设计船衣时，研制人员还针对后锥段大量的载荷设备凸出物，量身定制了不同大小的“帽子”，以加强对个别载荷的保护，同时也增强了视觉美感。

对接机构

天舟一号货运飞船五号是中国空间站“T”字构型组装完成后，首艘访问的飞船。作为空间站建造的关键核心产品，对接机构是实现空间站各个舱段间在轨连接、组合运行的重要系统。随着空间站构型的不断改变，空间站组合体的体量也在不断变化。从“一”字构型到“L”构型再到“T”字构型，多构型带来的全新状态也是对接机构必须面临的考验。此次天舟五号的对接目标达到80吨量级，是空间站建造以来对接机构迎来的最大吨位。作为一款为空间站而生的产品，升级后的对接机构在设计阶段就充分考虑到空间站建造需要具备的8到180吨各种吨位、各种方式的对接能力。特别是天舟一号货运飞船五号对接机构更是开展了数十次与80吨对接目标的捕获缓冲试验，验证了产品的可靠性。

任务经过

准备工作

2022年9月5日，天舟五号运抵文昌航天发射场505厂房。

2022年10月11日，执行天舟五号飞行任务的长征七号遥六运载火箭完成出厂前所有研制工作，安全运抵文昌航天发射场。

2022年11月9日，天舟五号与长征七号遥六运载火箭组合体垂直转运至发射区。

2022年11月10日下午，天舟五号货运飞船任务组织发射前系统间全区合练。

发射升空

2022年11月12日10点03分，天舟五号在海南文昌航天发射场由长征七号遥六运载火箭发射升空；约10分钟后，天舟五号货运飞船与火箭成功分离并进入预定轨道，飞船太阳能帆板顺利展开工作，发射取得圆满成功。

在轨活动

2022年11月12日12时10分，天舟五号采取自主快速交会对接模式成功对接于天和核心舱后向端口。通过自主快速交会对接模式，天舟一号货运飞船五号实现了两小时内与空间站完成对接，创造了世界纪录。这一技术突破对于提升中国的空间交会对接水平具有重要意义。

2022年11月13日14时18分，神舟十四号航天员乘组成功打开天舟五号货物舱舱门。随后，他们进行了环境检测等准备工作，并在15时03分顺利进入天舟五号。

2022年12月18日，天舟五号成功释放“澳门学生科普卫星一号”。

2023年5月5日15时26分，天舟五号从中国空间站组合体中成功撤离，进入独立飞行阶段。撤离后，天舟一号货运飞船五号将继续进行下一阶段的任务。根据计划，当神舟十五号载人飞船也从空间站组合体撤离后，天舟五号将绕飞并对接于空间站的节点舱前向端口。

2023年6月6日3时10分，天舟五号完成与空间站组合体再次交会对接。空间站组合体状态良好，后续会按计划开展各项工作。

2023年9月11日16时46分，已完成全部既定任务的天舟五号货运飞船顺利撤离空间站组合体，转入独立飞行。9月12日受控再入大气层，货运飞船绝大部分器件预计在再入大气层过程中烧蚀销毁，少量残骸落入南太平洋预定安全海域。

主要成果

交会对接

2022年11月12日，天舟五号货运飞船在火箭点火起飞后约2个小时，顺利与在轨运行的空间站组合体进行自主快速交会对接，这是空间站建造阶段最快速的交会对接，标志着中国快速交会对接技术成功在轨验证。和天舟一号货运飞船货运飞船此前的6.5小时快速交会对接相比，天舟五号主要从两方面进行了方案的调整。一是优化了交会对接的制导控制策略，将远距离导引过程中的多圈次飞行压缩为半圈，将多次变轨压缩为两次综合机动，该部分用时由原来的约4个小时减少到约1个小时；二是在近距离自主控制段，减少了多个停泊点。该方面的时长由2个多小时缩短为约40分钟。

天舟五号快速交会对接的成功实施，标志着中国的自主定轨技术精度更高，姿态轨道控制精度更高，综合制导技术水平更高，飞控流程更加优化，也标志着交会对接模式更加多样化、功能更加丰富，适应能力更强，即中国的空间交会对接技术更趋成熟。

释放卫星

“澳门学生科普卫星一号”为1颗8U立方星，重12kg，采用展开式太阳电池阵，主要任务是为澳门青少年学生提供卫星科普实践平台，提供对地成像、无线电通联体验等航天科普活动。澳门学生科普卫星一号于2022年11月12日搭乘天舟五号货运飞船升空，12月18日成功释放。

文化产品

2022年8月12日，天舟五号货运飞船飞行任务标识发布。

评价

天舟一号货运飞船五号任务的成功充分证明了货运飞船对接机构对大吨位目标的适应性。——胡海霞表（中国航天科技集团五院天舟五号货运飞船GNC系统副主任设计师）

此次任务，天舟五号货运飞船首次实现2小时快速交会对接，创下人类航天器最快交会对接纪录，标志着中国航天科技工业集团公司交会对接技术取得新突破。2小时快速交会对接技术突破，对于中国空间站的长期在轨运营具有重要现实意义。它能大大缩短运输时长，使运输特殊鲜活试验品成为可能，而且能够极大增强太空紧急救援能力。如果将该技术应用于神舟飞船载人飞船，还将大大减少航天员赴空间站的飞行时间。——中新社