中國天舟一號咋樣？國外貨運飛船大比拼

原標題:天舟一號咋樣？國外貨運飛船大比拼

隨著載人航天活動的不斷發展，貨運飛船在載人航天領域的用途也日益廣泛，因此，俄羅斯、歐洲、日本和美國先後研製了「進步」、「自動轉移飛行器」、H-2轉移飛行器，以及商用載貨型「龍」飛船和「天鵝座」貨運飛船。

至今，全世界已發射過約180多艘貨運飛船。

「國際空間站」上的加拿大機械臂-2捕獲載貨型」龍「飛船，圖片來源作者

用途廣泛很受青睞

貨運飛船是從載人飛船演變過來的。在20世紀70年代，蘇聯和美國開始發展體積大、壽命長、用途廣的空間站。

開始都是用人貨混裝的載人飛船為空間站提供少量補給，每艘載人飛船1次只能為空間站運去幾百千克的物資，因而大大影響了空間站的運行壽命和站上航天員在軌工作時間。

隨著空間站的不斷發展，對運貨量的要求也日益增加，於是蘇聯航天專家奇思妙想，從1978年開始把聯盟號載人飛船改裝成無人貨運飛船，即去掉了聯盟號飛船上的座椅、環境控制與生命保障、返回著陸和應急救生等與載人有關的系統，以便運送更多的貨物。

實踐證明，這種人貨分開的運輸方式，既能增加貨物的運載量，又能降低成本，還很安全，可以說是蘇聯的一個創新。

改裝后的飛船稱為進步號，每次飛行可為空間站送去2噸多物資。現在，俄羅斯每年向「國際空間站」發射4艘貨運飛船，它們不僅為「國際空間站」運去貨物，還帶回大量的空間站垃圾，然後在再入大氣層時燒毀。

其實，貨運飛船還有許多其他用途。例如，由於空間站是在低地球軌道運行，會受到殘存大氣阻力的影響而逐漸降低軌道高度，所以在空間站軌道高度降低到一定情況下要提升它的軌道高度才行，而攜帶較多燃料的貨運飛船在空間站的軌道維持方面能發揮重要作用。

目前，「國際空間站」主要是靠貨運飛船提升空間站的軌道高度，以抵消大氣阻力的影響，並使「國際空間站」與將要與之對接的天地往返運輸器處於最佳對接位置。

它有時也用於機動「國際空間站」軌道位置，以便躲避飛來的太空垃圾。

「進步」系列貨運飛船還曾2次用於試驗人造月亮。

俄羅斯的進步號系列貨運飛船在2001年和平號空間站壽終正寢的墜落中也發揮過重要作用。

由此可見，貨運飛船的用途越來越廣，因此，歐洲、日本、美國也先後開始發展貨運飛船。

「國際空間站」航天員拍攝的俄羅斯進步M-M貨運飛船，圖片來源作者

貨船「長子」不斷進步

「進步」貨運飛船是在「聯盟」載人飛船基礎上改進研製的，由貨物艙、補給艙和服務艙組成，總質量大約7噸，有效載荷質量2.3噸以上。

其貨物艙構造與「聯盟」載人飛船軌道艙相似，可以裝1.7噸以上的貨物，當「進步」與空間站對接時，乘員進入貨物艙搬貨到空間站。

其補給艙取代了「聯盟」返回艙，裝有多個推進劑貯箱，其中一部分貯箱裝有燃燒劑，另外一部分貯箱裝有氧化劑，有的還裝有1個水箱。

其服務艙與「聯盟」飛船的儀器/推進艙相同，用於貨運飛船與空間站的變軌對接、提高空間站的軌道高度。

第一艘「進步」貨運飛船是1978年1月20日升空的，飛往了禮炮6號空間站。1978—1990年期間，共發射了43艘「進步」飛船，它們為禮炮6號、7號提供了大量的貨物補給。

此後，隨著技術的發展，蘇聯/俄羅斯對「進步」貨運飛船進行了多次改型。

1989年8月，在「進步」基礎上改進的進步M首次執行和平號空間站任務。它裝有一副太陽電池翼，飛船可獨立飛行30天；採用了新的服務艙，載貨量比「進步」多100千克。

俄羅斯參與「國際空間站」項目后，為進一步增強補給能力，將進步-M飛船改進為進步M1。其補給艙內增加了幾個推進劑貯箱，將12個裝有氮和氧的貯箱放置在飛船外部，並把水箱移入貨物艙，以增加推進劑攜帶量。

2008年11月26日，俄羅斯發射了改進的進步M-M，它配有運行速度更快的先進數字化控制系統，並應用了新的小型無線電遙測系統，使飛船的飛行控制系統更快、更有效。

近年，俄羅斯又開始使用新改進的進步MS貨運飛船。

歐洲自動轉移飛行器（右）和「國際空間站」對接后航天員搬運貨物示意圖，圖片來源作者

自動轉移運力最大

歐洲的貨運飛船叫自動轉移飛行器，運貨能力可達7噸，是迄今為止已發射使用的運載能力最大的專用貨運飛船，從2008年起到2014年共發射了5個。

它有雙層巴士大，用途有4類：

①向空間站運送補給物資；

②在貨物卸載后，可以用作空間站的附加活動室；

③每隔10～45天提升一次「國際空間站」的軌道；

④能用作垃圾箱，把6.5噸空間站產生的廢棄物資帶回地球燒毀。

這種貨運飛船由加壓艙、推進艙和電子設備艙組成，形狀像個大圓筒，外表呈蛋殼色，全長10米，最大直徑為4.5米，質量約10噸。

在加壓艙中可放1.5～5.5噸補給品、科學硬體、食物等貨物；還能放置飲用水、為空間站運送的推進劑和空氣（氧和氮）等液體罐和氣體罐。

加壓可居住容積14米，與空間站對接后，2名航天員穿上普通服裝就能進入飛船的加壓艙中把帶來的物資搬走，其中的液體罐和氣體罐與空間站的管道裝置連接流往空間站的儲存設備中。

飛行器主推進系統是4台490牛發動機，姿態控制系統是28台220牛推進器。它們除在往返過程中使用外，還用於空間站的軌道維持、姿態控制、空間碎片規避機動。

電子設備艙是自動轉移飛行器的大腦，裝有計算機、陀螺儀、導航系統、控制系統和通信設備多個關鍵部件。其通信採用S頻段，通過GPS實施導航。

因為自動轉移飛行器的通風風扇和空調設備的噪音低，所以空間站乘員可睡在加壓艙裡面；乘員也可在裡面用日常的濕毛巾和洗髮精保持個人衛生。

在發射了5艘后，歐洲自動轉移飛行器已經退役了。不過，歐洲航天局將在自動轉移飛行器基礎上研製可以運送貨物返回地球——「先進再入飛行器」貨運飛船，它預計在2018年首飛。

「國際空間站」機械臂捕獲日本H-2轉移飛行器，圖片來源作者

運送大件獨領風騷

從2009年起到2014年，日本先後向「國際空間站」發射了6個名叫H-2轉移飛行器的貨運飛船。這種飛船的貨物運載能力約為6噸，最大特點是可運送體積較大的設備。

H-2轉移飛行器呈圓柱形結構由加壓後勤貨艙、非加壓後勤貨艙、電子設備艙和推進艙四部分組成。

貨物補給裝在加壓後勤貨艙以及非加壓後勤貨艙的暴露貨架中，電子設備艙裝有電子設備、鋰電池和敏感器。

推進艙內裝有4個推進劑貯箱、主推進裝置和反作用控制系統。其中加壓艙載重量為4.5噸，可裝8個國際標準貨櫃；非加壓艙載重量為1.5噸，包括外露貨盤和支撐結構。外露貨盤能載3套外露貨物。

其貨物運輸能力很強。這是由於它的艙門大，與空間站的介面各邊均加寬到約1.2米，所以可以搬運其他貨運飛船無法搬送的大型裝置。例如，與歐洲自動轉移飛行器相比，H-2轉移飛行器能夠運送更大的物體，如空間站內部書架大小的設備架，以及其它大型站外儀器與設備。

另外，與其他貨運飛船相比，H-2轉移飛行器是目前唯一一種可向空間站運送加壓與非加壓貨物的無人飛行器，包括安裝在站外的外部實驗和在軌更換裝置。

它還有獨特的交會對接技術，與空間站採用「停靠」方式對接，即當H-2轉移飛行器與空間站接近到10米距離時，兩相對速度接近零，H-2轉移飛行器不再被控制，而是呈自由飛行狀態，然後由空間站的機械臂將其捕獲，與空間站對介面實現對接，因此比較安全。

與歐洲類似，日本目前也在H-2轉移飛行器基礎上研製可從空間站帶回貨物的H-2轉移飛行器-R，首個H-2轉移飛行器-R計劃在2018年發射。最終，日本將研製載人飛船。

在海上回收「龍」飛船，圖片來源作者

帶回物體無與倫比

與俄歐日由政府投資研製的貨運飛船不同，美國研製了2種由私營公司投資的商用貨運飛船，一種是美國太空探索技術公司研製的載貨型「龍」飛船，另一種是美國軌道科學公司研製的「天鵝座」飛船。它們都採用空間站的機械臂捕獲方式與空間站對介面實現對接。

美國太空探索技術公司的「龍」飛船是所有貨運飛船中唯一可以運回物品的貨運飛船，這是因為蓋飛船帶有熱防護罩，可在返回時耐受極高溫安全降落，而其他飛船不具有熱防護罩，只能在再入大氣時燒毀。

該飛船長5.9米，最大直徑3.6米，自重只有4.2噸，主要由前錐體、鈍角圓錐體彈道艙和非加壓段三部分組成。

其中前錐體內裝對接機構，在上升階段起保護作用；鈍角圓錐體彈道艙一部分用於搭載加壓貨物，另一部分是服務段，裝有電子設備、反作用控制系統、降落傘和其他支持設備；非加壓段用於存儲非加壓貨物，如軌道更換裝置，並保障太陽電池翼和散熱器的正常工作。其運送載荷約3噸多。

「龍」飛船採用具有廣泛繼承性的電子系統和由18台推力器組成的反作用控制系統；採用降落傘水上濺落的回收方式；使用燒蝕材料的高性能熱防護罩和側壁熱防護系統。

其對接機構為「國際空間站」通用停靠機構，通過空間站機械臂捕獲方式對接，這種對接方式可減少飛船上對接系統的質量、成本和複雜性，提高了對接安全性。

到2017年2月，「龍」飛船已完成9次商業補給任務，另有1次因火箭爆炸而失敗。

根據太空探索技術公司與美國航空航天局簽署的價值16億美元的商業補給服務合同，在2017年前，將發射12艘「龍」飛船，向「國際空間站」運送20噸貨物任務，並從「國際空間站」帶回樣品。此後還將增加發射8艘。

2018年，將用新研製的載人型「龍」飛船運送航天員到「國際空間站」並返回。

美國「天鵝座」貨運飛船飛往「國際空間站」示意圖，圖片來源作者

成熟技術降低成本

美國軌道科學公司研製的「天鵝座」飛船於2013年9月18日進行了首次驗證飛行。此後，「天鵝座」飛船正式完成了幾次「國際空間站」商業補給服務任務，但在執行第3次商業補給服務任務時失敗。

「天鵝座」飛船的設計，繼承了軌道科學公司及其合作者經飛行驗證的航天器技術，由為加壓貨物艙與通用服務艙組成。採用成熟技術目的是降低成本、風險和研製周期。

其加壓貨物艙由泰雷茲-阿萊尼亞航天公司製造，它是基於義大利「多用途增壓後勤艙」研製的，長3.66（標準構型）～4.86米（改進構型），直徑3.07米，自重1.5（標準構型）～1.8噸，功率850千瓦，加壓容積18.9（標準構型）～27m?（改進構型），載貨質量2～2.5噸（改進構型），返回時可裝載1.2噸垃圾。它用於日常物資、備用部件、實驗設備等。

其服務艙由軌道科學公司製造，繼承了該公司的低軌衛星和地球靜止軌道衛星平台的電子、推進和電源系統，重量1.8噸，裝有電子、推進和電源系統，其中電源系統包括2副砷化鎵太陽電池翼，可提供4千瓦的電力。

根據美國軌道科學公司與美國航空航天局簽署的價值19億美元的商業補給服務合同，將發射8艘「天鵝座」飛船，向「國際空間站」運送20噸貨物任務。

近年，「天鵝座」飛船進行了改型，提高了性能。

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