剛剛，這個中國巨無霸上天了！

剛剛，首艘貨運飛船天舟一號在海南文昌航天發射場發射升空。

空間站是人類探索太空的最佳平台，為了這個人類的太空夢，已經做了大量的準備：長征五號首飛成功，保證了強大的運載能力；天宮二號與神州十一號交互對接成功，實現了航天員長達33天的太空駐留；而今天發射成功的天舟一號，作為首個貨運飛船，將進行貨物運輸和空間科學實驗的任務。

1.「快遞小哥」天舟一號

天舟一號，身長10.6米，體寬3.35米，體量和天宮一號、天宮二號相當，但肚大能容，運載能力十分強大，起飛質量約13噸，物資運輸能力約6噸，是目前體積最大、重量最重的航天器。

考驗貨運飛船的運載能力，有一個重要指標叫「載貨比」，即運載貨物的質量，與貨運飛船船體本身的質量之比。天舟一號的載貨比高達0.48，比日本、歐洲的現役貨運飛船都要高。

天舟系列貨運飛船是面向空間站建造和運營物資運輸補給任務而全新研製的航天器產品。因為它「只運貨、不送人」，還被一些媒體形象地稱為「快遞小哥」。

這位「快遞小哥」上天後，任務很重大。它將在太空展開近半年的飛行任務，並與天宮二號進行3次交會對接和3次在軌補加，為航天員送吃的、用的，給航天器送推進劑，而這些任務都是為了進一步驗證空間站的技術需求。未來，要建造長期有人照料的空間站，這就需要給航天員運送所需的生活、工作物資、空間站軌道控制正常運轉所需的推進劑。

▲天舟一號將對天宮二號進行「太空加油」

給航天器送推進劑也被稱為「太空加油」，一個航天器的壽命長短與推進劑緊密相關，許多情況下，航天器都是因為推進劑消耗殆盡才結束使命，而並非是設備本身的損耗。本次任務中，天舟一號將與天宮二號實施首次推進劑在軌補加，並計劃開展多次推進劑補加試驗，突破和掌握推進劑補加技術，為空間站組裝建造和長期運營解決能源供給問題。

在3次交會對接中，尤為引人關注的是天舟一號將開展自主快速交會對接試驗，即把交會對接的時間控制在幾個小時內。快速交會對接的實現，有利於提高飛行器在軌飛行的可靠性，減少交會對接過程中包括軌道控制等在內的產生的資源消耗。同時，「快速」也可以在更大程度上地保障飛行器，方便未來空間站突發事件的應急處理。

國際宇航聯空間運輸委員會秘書長、航天科工集團公司二院二部研究員楊宇光說：「貨運飛船將開創人類太空長期駐留時代。」

這也正是天舟一號的使命。

2.神助力的長征七號

本次天舟一號貨運飛船發射任務，是長征七號運載火箭繼2016年6月首次試驗性飛行后的第一次「實戰」，而且首次挑戰「零窗口」發射。

航天人口中所說的「零窗口」，意為發射窗口不是一個時間範圍，而是一個確定的時間點，這是由於天舟一號飛船要和天宮二號空間實驗室實現交會對接，對發射精度要求很高。

天舟一號的神助手——長征七號火箭，體重在600噸左右，其中90%都是液體燃料的重量。火箭飛行的過程，是逐漸消耗自身燃料的過程，也是不斷「瘦身」的過程。長征七號是一型兩級火箭，「裝備」齊全，箭體周圍捆綁著四個助推器、頭頂的位置就是包裹航天器的火箭整流罩。在飛行過程中，一級火箭、二級火箭以及四個助推器就像是六個巨型的燃料箱，裝滿燃料為火箭提供強大的動力。

火箭的飛行過程也是它不斷拋棄「裝備」的過程，當四枚助推器全力運轉到燃料用盡后，它們會像天女散花一樣首先分離。接下來，火箭的飛行推力將只由火箭主體來提供。在經歷了全新的一二級箭體分離過程后，長征七號繼續奔向太空，就到了大氣層之外。這時，位於火箭頭頂部位的整流罩，也結束了它的使命。

至此，火箭飛行的所有任務，都集中在了最後的火箭的二級，它幫助天舟一號貨運飛船進入高度約380公里的運行軌道，之後天舟一號將與在軌運行的天宮二號空間實驗室進行自動交會對接。

火箭的部段進入太空后，它攜帶的剩餘燃料和氣體如果不好好處理，就可能爆炸，形成威脅航天安全的太空垃圾，所以長征七號特別設計的一套程序，不僅把燃料和氣體卸除，而且要讓殘骸脫離軌道。這充分顯示了，長征七號是一個有力量，有智慧，有責任感的火箭。

3.空間實驗

天舟一號雖然是貨運飛船，但寶貴的空間實驗機會不容浪費。

01探討太空生育——邁出了太空移居一小步

人類進行太空探索和研究的最終目的是為了能夠移居太空，而人類走向太空生活的重要條件之一，便是人類能夠在太空中生活並繁衍後代。但太空的特殊時空環境，完全不適於人類生存。已有研究證明，在失重的外太空環境中，生命體的生殖系統發生了一系列變化：植物開花不結果，生殖期延長；微生物中，酵母、芽孢桿菌等形態結構、細胞分化都發生了變化。

研究微重力對人類生殖功能的影響，特別是對幹細胞的分化和生殖細胞成熟機制的影響顯得尤為重要。太空醫學或航天醫學面臨著莊嚴和神聖的任務和嚴峻的挑戰。本次天舟一號上搭載的實驗之一，清華大學紀家葵團隊負責的「太空微重力環境下定向分化人類胚胎幹細胞為生殖細胞」實驗，意義正在於此。

首先，在微重力環境下，男女生殖系統有哪些變化？

要知道，選拔宇航員的條件之一，就是已經生育。多項研究表明，失重環境可使男性睾丸的生理結構產生明顯的變化，以致造成明顯的病理性損傷，這嚴重影響了男性生殖功能。失重狀態下，精子數量大量減少，活動率降低，影響正常生育功能。

其次，太空微重力下，人類生殖健康研究尚處於初級階段。

有關空間微重力對人體生殖能力影響的研究尚處於初級階段，研究結果尚不多，現有的結果主要是通過短期檢測航天員生殖激素水平和生殖器官變化，從宏觀上間接分析太空微重力對人類生殖健康的影響。

此次發射的天舟一號上所進行的實驗是太空微重力環境下定向分化人類胚胎幹細胞為生殖細胞。因為天舟一號不再返回地面，所以實驗主要是根據所傳輸回地面的實時顯微成像結果，觀察各誘導體系內報告基因表達情況和細胞形態，與地面對照組比較，分析各類生殖細胞誘導效率和形態特徵。

這項研究將建立體外分化體系研究人生殖細胞發育,克服太空生殖研究中人體生殖細胞取樣困難的局限，對理解太空生活對人類生殖的影響、改善太空生育能力、實現空間移民和太空生育後代具備重大意義。

到目前為止，此次實驗尚屬首例，國際上還未報道在微重力下將人幹細胞分化為生殖細胞。這是微重力環境下定向分化人類胚胎幹細胞研究的一大步，也是人類太空移民的一小步。

02空間的冷凝與蒸發

空間蒸發與冷凝科學實驗，負責人是科學院力學研究所劉秋生研究員。參與研究的除了科學院力學所，還有中山大學、科學院空間應用中心和東南大學。這是首次空間冷凝與蒸發相變傳熱科學與熱控技術實驗研究，也是首次在一個空間實驗裝置中開展2種以上科學與技術實驗的多目標流體物理空間實驗。

實驗有兩個目的，在科學上，可望能夠探究空間蒸發與冷凝相變傳熱特殊規律；在技術上，可望驗證本次實驗中採用的空間兩相迴路熱控與實驗流體管理等關鍵實驗技術。

目前，歐洲科學家已經表示希望與我們在該項目上開展科學合作。

03空間引力實驗的關鍵載荷—自主研發的星載靜電懸浮加速度計

華中科技大學引力中心承擔了「非牛頓引力實驗檢驗的關鍵技術驗證」項目，「非牛頓引力實驗檢驗」擬利用微重力環境檢驗微米作用距離下物體之間的引力是否仍然滿足牛頓萬有引力定律，這是一個純基礎物理實驗。需要注意的是，實驗的技術基礎是靜電懸浮加速度計，相對於傳統彈簧連接式加速度計而言，技術難度大，目前也僅有法國等幾個極少數國家掌握了其全部技術，對我們國家仍是嚴密封鎖的，這對於是極大的挑戰。

▲非牛頓引力實驗檢驗裝置探頭盒和電控盒

本次飛行實驗將進一步為空間站開展「非牛頓引力實驗檢驗」、「空間等效原理實驗檢驗」以及「空間引力波探測」等實驗檢驗奠定基礎。

4.黑科技

在生活中，我們手裡拿著一杯滿滿的水，走動時水就會灑；我們手裡拿著相機，如果發生抖動，照片就會模糊。而航天器上，雖然處於微重力環境，但是由於星上、船上的姿軌控、風機、飛輪、帆板的動作，仍然會帶來很多擾動。

科學實驗如果不能克服這些微擾動，就達不到理想的微重力效果，失去了上天實驗的意義。所以，一定要隔離振動，才能給實驗創造更好的條件。為此，科學院空間應用工程與技術中心組建了平均年齡在35歲以下的團隊，負責研發主動隔振技術。該項目經過了從科學論證到技術攻關、從實驗室技術到高可靠產品的歷程，可以說是「十年磨一劍」。

▲項目團隊成員合影 前排：董文博、周妍林、白晨紅、王婷、桑曉茹、康博齊、劉桂芝、元媛、高玉娥；後排：任國榮、於夢溪、劉偉、呂世猛、張永康、楊鵬、王安平、李宗峰。

這項技術屬於國內首次實施，將使成為繼美國和加拿大后第3個在軌採用主動隔振控制技術服務於空間微重力實驗研究的國家。同時，也將極大支持和推動空間站高微重力實驗平台的研製建設，取得的技術成果可以直接服務於未來空間站階段的空間科學實驗載荷。

▲主動隔振裝置電控箱和主體

天舟一號的搭載只是主動隔振技術運用的「小目標」，長期目標是做強空間磁懸浮主動隔振的技術，為更多空間應用載荷服務，例如空間光學相機、激光通信等，助力達到更高的指標水平，實現更高的科學和技術成果。

可以預見，2024年，國際空間站退役，空間站將延續人類在近地空間常態化駐留的進程。到時，我們將看到天舟貨運飛船忙碌的身影，為我們走向星辰大海提供後援。（▲出品：科普；製作：科學院空間應用工程與技術中心、清華大學紀家葵團隊、科普博覽；監製：科學院計算機網路信息中心）

文｜瞭望智庫（zhczyj）

作者｜科普博覽（kepubolan）