天舟一號(hào)飛船

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天舟一號(hào)的發(fā)射標(biāo)志著中國(guó)載人航天工程完成“三步走”戰(zhàn)略中的“第二步”任務(wù)，為空間站建設(shè)任務(wù)奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。而各個(gè)航天大國(guó)的貨運(yùn)飛船發(fā)展歷史也都有著各自不同的特點(diǎn)。

2017年4月17日，我國(guó)自主研制的首艘貨運(yùn)飛船天舟一號(hào)與長(zhǎng)征七號(hào)遙二運(yùn)載火箭等飛行產(chǎn)品完成總裝測(cè)試等技術(shù)區(qū)各項(xiàng)工作，垂直轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)，計(jì)劃4月20日至24日擇機(jī)發(fā)射。


【進(jìn)步號(hào)：貨運(yùn)飛船“長(zhǎng)子”】貨運(yùn)飛船是從載人飛船演變過(guò)來(lái)的。在20世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)和美國(guó)開(kāi)始發(fā)展體積大、壽命長(zhǎng)、用途廣的空間站。剛開(kāi)始時(shí)，兩國(guó)都是用人貨混裝的載人飛船為空間站提供少量補(bǔ)給，每艘載人飛船一次只能為空間站運(yùn)去幾百千克的物資，因而大大影響了空間站的運(yùn)行壽命和站上航天員在軌工作時(shí)間。前蘇聯(lián)航天專(zhuān)家奇思妙想，從1978年開(kāi)始把“聯(lián)盟”號(hào)載人飛船改裝成無(wú)人貨運(yùn)飛船，去掉了與載人有關(guān)的系統(tǒng)，以便運(yùn)送更多的貨物。這種人貨分開(kāi)的運(yùn)輸方式，既能增加貨物的運(yùn)載量，又可以降低成本，還很安全。改裝后的貨運(yùn)飛船稱(chēng)為“進(jìn)步”號(hào)。圖為2005年，俄羅斯“進(jìn)步M-52”貨運(yùn)飛船執(zhí)行任務(wù)。

第一艘“進(jìn)步”號(hào)貨運(yùn)飛船于1978年1月20日升空，飛往“禮炮”6號(hào)空間站（圖左）。此后，前蘇聯(lián)/俄羅斯又對(duì)“進(jìn)步”號(hào)貨運(yùn)飛船進(jìn)行了多次改型�！斑M(jìn)步”號(hào)系列飛船可以裝1.7至2.4噸的貨物，當(dāng)“進(jìn)步”號(hào)與空間站對(duì)接時(shí)，乘員進(jìn)入貨物艙搬貨到空間站，在“進(jìn)步”號(hào)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(zhuǎn)移到貨物艙中，再進(jìn)入大氣層時(shí)隨飛船一起燒毀。圖右為彩虹號(hào)回收艙，它會(huì)在飛船燒毀時(shí)彈射降落在地面上。

進(jìn)步”號(hào)系列飛船除了運(yùn)貨，還曾兩次用于試驗(yàn)人造月亮。1993年2月4日，“進(jìn)步”號(hào)離開(kāi)了和平號(hào)空間站，它攜帶一把折疊好的巨大“太陽(yáng)傘”——人造月亮。12分鐘以后，它在離空間站160米的地方被打開(kāi)，然后用這把直徑22米的“太陽(yáng)傘”，在距離地球350千米高的地方進(jìn)行了人造月亮的照明試驗(yàn)，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(dāng)于月亮的2-3倍，從南到北掃過(guò)地球。1999年，這一試驗(yàn)再次實(shí)施。

“進(jìn)步”號(hào)系列飛船的安全發(fā)射記錄較為出色，目前是為國(guó)際空間站運(yùn)送物資的主力飛船。圖為2017年2月22日，“進(jìn)步MS-05”飛船運(yùn)抵哈薩克斯坦拜科努爾發(fā)射場(chǎng)，準(zhǔn)備為太空送貨。

【ATV：運(yùn)載“大力士”】歐洲的貨運(yùn)飛船叫自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器（ATV），形狀像個(gè)大圓筒，外表呈蛋殼色，全長(zhǎng)10米，最大直徑為4.5米，重量約10噸。它的運(yùn)貨能力可達(dá)7噸，是迄今運(yùn)載能力最大的貨運(yùn)飛船，從2008年起到2014年共發(fā)射了5個(gè)。圖為2008年3月31日，歐洲首艘自動(dòng)貨運(yùn)飛船(ATV)與國(guó)際空間站進(jìn)行對(duì)接演練。

體積像雙層巴士一樣的自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器有4類(lèi)用途：向空間站運(yùn)送補(bǔ)給物資；在貨物卸載后，可以用作空間站的附加活動(dòng)室；提升國(guó)際空間站的軌道；用作垃圾箱，把6.5噸空間站產(chǎn)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(yùn)飛船。

ATV-5貨運(yùn)飛船被命名為“喬治·勒梅特”號(hào)，以紀(jì)念比利時(shí)的天文學(xué)家，同時(shí)也是宇宙起源大爆炸學(xué)說(shuō)的創(chuàng)始人之一。圖中ATV-5飛船上3個(gè)藍(lán)色的大箱子裝載的是為宇航員提供的848升飲用水，3個(gè)藍(lán)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(nèi)是為俄羅斯服務(wù)艙提供的870公斤推進(jìn)劑。

ATV-5是歐洲航天局第五艘執(zhí)行國(guó)際空間站任務(wù)的貨運(yùn)飛船，于2014年7月發(fā)射。本次發(fā)射總有效載荷達(dá)到20.3噸，創(chuàng)造了“阿里安”火箭發(fā)射的歷史紀(jì)錄。根據(jù)計(jì)劃，自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器今后將不再發(fā)射。不過(guò)，歐洲航天局將在自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器基礎(chǔ)上，研制可以運(yùn)送貨物返回地球的“先進(jìn)再入飛行器”貨運(yùn)飛船，預(yù)計(jì)在2017年或2018年首飛。

【HTV：運(yùn)送大件本領(lǐng)高】從2009年起到2016年，日本先后向國(guó)際空間站發(fā)射了6個(gè)名叫H-2轉(zhuǎn)移飛行器（HTV）的貨運(yùn)飛船。這種飛船的貨物運(yùn)載能力約為6噸，最大特點(diǎn)是可運(yùn)送體積較大的設(shè)備。圖為2016年12月，HTV-6被國(guó)際空間站的機(jī)械臂抓住。

由于H-2轉(zhuǎn)移飛行器的艙門(mén)大，與空間站的接口各邊均加寬到約1.2米，所以可以搬運(yùn)其他貨運(yùn)飛船無(wú)法搬送的大型裝置。例如，與歐洲自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器相比，H-2轉(zhuǎn)移飛行器可運(yùn)送更大的物體，如空間站內(nèi)部書(shū)架大小的設(shè)備架，以及其它大型站外儀器與設(shè)備。圖為2009年9月，HTV-1與國(guó)際空間站對(duì)接后的艙門(mén)。

日本認(rèn)為，在美國(guó)航天飛機(jī)2011年退役后，H-2轉(zhuǎn)移飛行器可成為唯一能向空間站運(yùn)送大型物體的飛船。日本還計(jì)劃在H-2轉(zhuǎn)移飛行器基礎(chǔ)上研制可從空間站帶回貨物的H-2轉(zhuǎn)移飛行器-R，首個(gè)H-2轉(zhuǎn)移飛行器-R計(jì)劃在2016年到2018年之間發(fā)射。圖為2012年7月，美國(guó)宇航局宇航員薩尼塔·威廉姆斯在剛剛對(duì)接到國(guó)際空間站的日本HTV-3貨運(yùn)飛船里工作。

【美國(guó)航天飛機(jī)】自從1981年初，“哥倫比亞”號(hào)研制成功，并首次執(zhí)行任務(wù)以來(lái)，航天飛機(jī)一直是美國(guó)向太空運(yùn)送人員和貨物的主力。但2011年，美國(guó)航天局（NASA）將所有航天飛機(jī)全部退役。從此，美國(guó)向國(guó)際空間站運(yùn)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(hào)即將與國(guó)際空間站對(duì)接。這是美國(guó)航天飛機(jī)的最后一次太空任務(wù)。

【“龍”飛船：帶回物體是絕招】為改變航天飛機(jī)退役后的被動(dòng)局面，在白宮授意下，NASA鼓勵(lì)私營(yíng)企業(yè)開(kāi)發(fā)往返空間站和地面的“太空巴士”。美國(guó)兩個(gè)私營(yíng)公司自行投資研制的商用貨運(yùn)飛船脫穎而出，一個(gè)是美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）研制的載貨型“龍”飛船，另一個(gè)是美國(guó)軌道科學(xué)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(yùn)飛船，長(zhǎng)5.9米，最大直徑3.6米，自重只有4.2噸。其運(yùn)送載荷最大質(zhì)量6噸，返回載荷最大質(zhì)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(yùn)飛船中唯一可以運(yùn)回物品的，這是因?yàn)樵擄w船帶有熱防護(hù)罩，可在返回時(shí)耐受極高溫安全降落，而其他飛船不具有熱防護(hù)罩，只能在再入大氣時(shí)燒毀。同時(shí)，“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(guò)去8年中已經(jīng)獲得NASA價(jià)值65億美元的運(yùn)送補(bǔ)給合同。2017年，SpaceX還將用新研制的載人型“龍”飛船運(yùn)送航天員到國(guó)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(shí)容納7位宇航員，有4個(gè)窗戶(hù)，艙內(nèi)的座椅是由最高等級(jí)的碳纖維和阿爾坎塔拉面料制成。

第二代“龍”飛船自動(dòng)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(jìn)的緊急逃生系統(tǒng)，可迅速把宇航員送到安全區(qū)域。推進(jìn)器由8個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)組成，安裝在飛船的側(cè)面，推進(jìn)器能產(chǎn)生約1.5萬(wàn)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(jìn)行測(cè)試。

【“天鵝座”飛船：成熟技術(shù)降成本】美國(guó)軌道科學(xué)公司（OSC）研制的“天鵝座”飛船于2013年進(jìn)行了首次驗(yàn)證飛行。2014年1月，“天鵝座”正式開(kāi)始為國(guó)際空間站運(yùn)送物資。圖為2015年12月，新一代“天鵝座”貨運(yùn)飛船成功發(fā)射升空，將3.5噸的補(bǔ)給與儀器送往國(guó)際空間站。

“天鵝座”飛船的設(shè)計(jì)，繼承了軌道科學(xué)公司及其合作者經(jīng)飛行驗(yàn)證的航天器技術(shù)，由加壓貨物艙與通用服務(wù)艙組成。采用成熟技術(shù)的目的是降低成本和風(fēng)險(xiǎn)，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(yùn)飛船內(nèi)裝貨。

2014年10月28日，“天鵝座”飛船搭乘安塔瑞斯火箭從美國(guó)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(yīng)執(zhí)行補(bǔ)給任務(wù)，向國(guó)際空間站運(yùn)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(cè)裝置以及高壓氮等儀器和物資。

根據(jù)OSC與美國(guó)航天局簽署的商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)合同，在2016年前，將發(fā)射8艘“天鵝座”飛船，向國(guó)際空間站運(yùn)送20噸貨物任務(wù)。但由于第3艘飛船發(fā)射失敗，所以該計(jì)劃要向后推遲實(shí)施。圖為2017年3月，工作人員正在對(duì)即將執(zhí)行第7次正式發(fā)射任務(wù)的“天鵝座”飛船進(jìn)行檢查。

【天舟一號(hào)】這艘飛船由中國(guó)空間技術(shù)研究院研制，也是中國(guó)首個(gè)貨運(yùn)飛船。天舟一號(hào)主要承擔(dān)為空間實(shí)驗(yàn)室運(yùn)送消耗物品、推進(jìn)劑、維修設(shè)備、維修器材和試驗(yàn)載荷設(shè)備等任務(wù)，并且下行一些空間站廢棄物。

天舟一號(hào)為全密封貨運(yùn)飛船，采用兩艙構(gòu)型，由貨物艙和推進(jìn)艙組成。全長(zhǎng)10.6米，最大直徑3.35米，起飛質(zhì)量約13噸，太陽(yáng)帆板展開(kāi)后最大寬度14.9米，物資運(yùn)輸能力約6.5噸，推進(jìn)劑補(bǔ)加能力約為2噸，具備獨(dú)立飛行3個(gè)月的能力。

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

未來(lái)我國(guó)的空間站在太空軌道運(yùn)行，會(huì)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(dòng)空間站上升，這就需要貨運(yùn)飛船為空間站進(jìn)行燃料補(bǔ)充。天舟一號(hào)與天宮二號(hào)對(duì)接之后，將通過(guò)一些特有的接口將燃料加注到天宮二號(hào)中。除了燃料補(bǔ)加任務(wù)，天舟一號(hào)要與天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室總共進(jìn)行三次交會(huì)對(duì)接，其中自主快速交會(huì)對(duì)接是一項(xiàng)全新的實(shí)驗(yàn)，要求兩個(gè)航天器在6個(gè)小時(shí)左右實(shí)現(xiàn)對(duì)接。

天舟一號(hào)只是開(kāi)始。按計(jì)劃，中國(guó)未來(lái)將用長(zhǎng)征五號(hào)大推力運(yùn)載火箭發(fā)射空間站核心艙。到2020年，將建成由核心艙、實(shí)驗(yàn)艙、節(jié)點(diǎn)艙、載人飛船和貨運(yùn)飛船組成的總重80噸的空間站。到2024年由美國(guó)和俄羅斯等國(guó)家主導(dǎo)的國(guó)際空間站退役后，中國(guó)可能成為全球唯一擁有空間站的國(guó)家。圖為2017年4月17日，海南文昌，為適應(yīng)海南潮濕悶熱的環(huán)境，工作人員給搭載天舟一號(hào)的長(zhǎng)征七號(hào)火箭穿“保溫衣”。

甲午初雪