天舟一號飛船

insuizhou

天舟一號的發(fā)射標志著中國載人航天工程完成“三步走”戰(zhàn)略中的“第二步”任務，為空間站建設任務奠定堅實的技術基礎。而各個航天大國的貨運飛船發(fā)展歷史也都有著各自不同的特點。

2017年4月17日，我國自主研制的首艘貨運飛船天舟一號與長征七號遙二運載火箭等飛行產品完成總裝測試等技術區(qū)各項工作，垂直轉運至發(fā)射區(qū)，計劃4月20日至24日擇機發(fā)射。


【進步號：貨運飛船“長子”】貨運飛船是從載人飛船演變過來的。在20世紀70年代，前蘇聯(lián)和美國開始發(fā)展體積大、壽命長、用途廣的空間站。剛開始時，兩國都是用人貨混裝的載人飛船為空間站提供少量補給，每艘載人飛船一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。前蘇聯(lián)航天專家奇思妙想，從1978年開始把“聯(lián)盟”號載人飛船改裝成無人貨運飛船，去掉了與載人有關的系統(tǒng)，以便運送更多的貨物。這種人貨分開的運輸方式，既能增加貨物的運載量，又可以降低成本，還很安全。改裝后的貨運飛船稱為“進步”號。圖為2005年，俄羅斯“進步M-52”貨運飛船執(zhí)行任務。

第一艘“進步”號貨運飛船于1978年1月20日升空，飛往“禮炮”6號空間站（圖左）。此后，前蘇聯(lián)/俄羅斯又對“進步”號貨運飛船進行了多次改型。“進步”號系列飛船可以裝1.7至2.4噸的貨物，當“進步”號與空間站對接時，乘員進入貨物艙搬貨到空間站，在“進步”號飛船脫離空間站之前，乘員可把空間站上1至1.7噸的垃圾轉移到貨物艙中，再進入大氣層時隨飛船一起燒毀。圖右為彩虹號回收艙，它會在飛船燒毀時彈射降落在地面上。

進步”號系列飛船除了運貨，還曾兩次用于試驗人造月亮。1993年2月4日，“進步”號離開了和平號空間站，它攜帶一把折疊好的巨大“太陽傘”——人造月亮。12分鐘以后，它在離空間站160米的地方被打開，然后用這把直徑22米的“太陽傘”，在距離地球350千米高的地方進行了人造月亮的照明試驗，向處于黑夜的歐洲地區(qū)反射了一道寬約10千米的亮光，其亮度相當于月亮的2-3倍，從南到北掃過地球。1999年，這一試驗再次實施。

“進步”號系列飛船的安全發(fā)射記錄較為出色，目前是為國際空間站運送物資的主力飛船。圖為2017年2月22日，“進步MS-05”飛船運抵哈薩克斯坦拜科努爾發(fā)射場，準備為太空送貨。

【ATV：運載“大力士”】歐洲的貨運飛船叫自動轉移飛行器（ATV），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，重量約10噸。它的運貨能力可達7噸，是迄今運載能力最大的貨運飛船，從2008年起到2014年共發(fā)射了5個。圖為2008年3月31日，歐洲首艘自動貨運飛船(ATV)與國際空間站進行對接演練。

體積像雙層巴士一樣的自動轉移飛行器有4類用途：向空間站運送補給物資；在貨物卸載后，可以用作空間站的附加活動室；提升國際空間站的軌道；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。圖為2014年3月，正在組裝的ATV-5貨運飛船。

ATV-5貨運飛船被命名為“喬治·勒梅特”號，以紀念比利時的天文學家，同時也是宇宙起源大爆炸學說的創(chuàng)始人之一。圖中ATV-5飛船上3個藍色的大箱子裝載的是為宇航員提供的848升飲用水，3個藍色的小箱子裝載了100公斤空氣和氧氣，綠色和黃色的小箱子內是為俄羅斯服務艙提供的870公斤推進劑。

ATV-5是歐洲航天局第五艘執(zhí)行國際空間站任務的貨運飛船，于2014年7月發(fā)射。本次發(fā)射總有效載荷達到20.3噸，創(chuàng)造了“阿里安”火箭發(fā)射的歷史紀錄。根據計劃，自動轉移飛行器今后將不再發(fā)射。不過，歐洲航天局將在自動轉移飛行器基礎上，研制可以運送貨物返回地球的“先進再入飛行器”貨運飛船，預計在2017年或2018年首飛。

【HTV：運送大件本領高】從2009年起到2016年，日本先后向國際空間站發(fā)射了6個名叫H-2轉移飛行器（HTV）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。圖為2016年12月，HTV-6被國際空間站的機械臂抓住。

由于H-2轉移飛行器的艙門大，與空間站的接口各邊均加寬到約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轉移飛行器可運送更大的物體，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。圖為2009年9月，HTV-1與國際空間站對接后的艙門。

日本認為，在美國航天飛機2011年退役后，H-2轉移飛行器可成為唯一能向空間站運送大型物體的飛船。日本還計劃在H-2轉移飛行器基礎上研制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2016年到2018年之間發(fā)射。圖為2012年7月，美國宇航局宇航員薩尼塔·威廉姆斯在剛剛對接到國際空間站的日本HTV-3貨運飛船里工作。

【美國航天飛機】自從1981年初，“哥倫比亞”號研制成功，并首次執(zhí)行任務以來，航天飛機一直是美國向太空運送人員和貨物的主力。但2011年，美國航天局（NASA）將所有航天飛機全部退役。從此，美國向國際空間站運送人員和貨物均需依靠俄羅斯。圖為2011年7月，“亞特蘭蒂斯”號即將與國際空間站對接。這是美國航天飛機的最后一次太空任務。

【“龍”飛船：帶回物體是絕招】為改變航天飛機退役后的被動局面，在白宮授意下，NASA鼓勵私營企業(yè)開發(fā)往返空間站和地面的“太空巴士”。美國兩個私營公司自行投資研制的商用貨運飛船脫穎而出，一個是美國太空探索技術公司（SpaceX）研制的載貨型“龍”飛船，另一個是美國軌道科學公司（OSC）研制的“天鵝座”飛船。圖為2010年試飛的“龍”飛船。

“龍”飛船是世界上第一艘由私人公司研發(fā)的貨運飛船，長5.9米，最大直徑3.6米，自重只有4.2噸。其運送載荷最大質量6噸，返回載荷最大質量3噸。圖為2012年成功發(fā)射的“龍”飛船。

“龍”飛船還是所有貨運飛船中唯一可以運回物品的，這是因為該飛船帶有熱防護罩，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。同時，“龍”飛船采用降落傘水上濺落的回收方式。圖為2010年12月，“龍”飛船在海上回收。

SpaceX在過去8年中已經獲得NASA價值65億美元的運送補給合同。2017年，SpaceX還將用新研制的載人型“龍”飛船運送航天員到國際空間站并返回。圖為第二代載人“龍”飛船（Dragon V2），艙體高約6米，寬約3.7米，最多能同時容納7位宇航員，有4個窗戶，艙內的座椅是由最高等級的碳纖維和阿爾坎塔拉面料制成。

第二代“龍”飛船自動化程度很高，但也可以由船上的宇航員控制。飛船上部署了先進的緊急逃生系統(tǒng)，可迅速把宇航員送到安全區(qū)域。推進器由8個發(fā)動機組成，安裝在飛船的側面，推進器能產生約1.5萬磅推力，可以將飛船升到離地面1500米的高度。圖為2015年5月，第二代載人“龍”飛船進行測試。

【“天鵝座”飛船：成熟技術降成本】美國軌道科學公司（OSC）研制的“天鵝座”飛船于2013年進行了首次驗證飛行。2014年1月，“天鵝座”正式開始為國際空間站運送物資。圖為2015年12月，新一代“天鵝座”貨運飛船成功發(fā)射升空，將3.5噸的補給與儀器送往國際空間站。

“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，由加壓貨物艙與通用服務艙組成。采用成熟技術的目的是降低成本和風險，減少研制周期。圖為2015年11月，工作人員往新一代“天鵝座”貨運飛船內裝貨。

2014年10月28日，“天鵝座”飛船搭乘安塔瑞斯火箭從美國弗吉尼亞州瓦勒普斯島發(fā)射升空，但在升空后6秒鐘，該飛船發(fā)生爆炸。該飛船本應執(zhí)行補給任務，向國際空間站運送重約2000公斤的物資，其中包括宇航員所需的食品和飲用水，小型科研衛(wèi)星、流星監(jiān)測裝置以及高壓氮等儀器和物資。

根據OSC與美國航天局簽署的商業(yè)補給服務合同，在2016年前，將發(fā)射8艘“天鵝座”飛船，向國際空間站運送20噸貨物任務。但由于第3艘飛船發(fā)射失敗，所以該計劃要向后推遲實施。圖為2017年3月，工作人員正在對即將執(zhí)行第7次正式發(fā)射任務的“天鵝座”飛船進行檢查。

【天舟一號】這艘飛船由中國空間技術研究院研制，也是中國首個貨運飛船。天舟一號主要承擔為空間實驗室運送消耗物品、推進劑、維修設備、維修器材和試驗載荷設備等任務，并且下行一些空間站廢棄物。

天舟一號為全密封貨運飛船，采用兩艙構型，由貨物艙和推進艙組成。全長10.6米，最大直徑3.35米，起飛質量約13噸，太陽帆板展開后最大寬度14.9米，物資運輸能力約6.5噸，推進劑補加能力約為2噸，具備獨立飛行3個月的能力。

天舟一號全長10.6米，最大直徑3.35米，重13噸，它的個頭比天宮二號和神舟飛船都要大，是目前我國體積最大、重量最重的航天器。

未來我國的空間站在太空軌道運行，會受到殘存大氣阻力的影響而逐漸降低軌道高度，為了要保持原有的高度，就必須消耗燃料推動空間站上升，這就需要貨運飛船為空間站進行燃料補充。天舟一號與天宮二號對接之后，將通過一些特有的接口將燃料加注到天宮二號中。除了燃料補加任務，天舟一號要與天宮二號空間實驗室總共進行三次交會對接，其中自主快速交會對接是一項全新的實驗，要求兩個航天器在6個小時左右實現(xiàn)對接。

天舟一號只是開始。按計劃，中國未來將用長征五號大推力運載火箭發(fā)射空間站核心艙。到2020年，將建成由核心艙、實驗艙、節(jié)點艙、載人飛船和貨運飛船組成的總重80噸的空間站。到2024年由美國和俄羅斯等國家主導的國際空間站退役后，中國可能成為全球唯一擁有空間站的國家。圖為2017年4月17日，海南文昌，為適應海南潮濕悶熱的環(huán)境，工作人員給搭載天舟一號的長征七號火箭穿“保溫衣”。

甲午初雪