太空“快遞員”來(lái)聚會(huì)

◆本刊綜合

太空“快遞員”來(lái)聚會(huì)

◆本刊綜合

你們還記得將快遞送到全世界的“超級(jí)飛俠”樂(lè)迪嗎？幾個(gè)月前，它的同行小伙伴——“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船竟然將快遞送到了太空中。

從地球出發(fā)后，經(jīng)過(guò)一天多的快速飛行，“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船成功地將貨物送到“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室手中，然后和它緊緊擁抱在一起。接著，兩個(gè)家伙表演了“太空芭蕾”：轉(zhuǎn)體180°、繞飛……

告訴你們哦，“天舟一號(hào)”貨運(yùn)飛船不是世界上第一個(gè)太空“快遞小哥”?！斑M(jìn)步號(hào)”貨運(yùn)飛船、ATV、“天鵝座”等都是有名的太空“快遞員”。我們來(lái)認(rèn)識(shí)一下它們吧！

既然有載人飛船，為什么送快遞非得勞煩貨運(yùn)飛船呢？它們有什么區(qū)別嗎？

原型：載人飛船

載人飛船將人貨混裝，一次只能給空間站送去幾百千克的物資，效率低，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。

而且它的成本高昂，還給航天員的生命安全帶來(lái)了很大風(fēng)險(xiǎn)。

升級(jí)版：貨運(yùn)飛船

貨運(yùn)飛船由載人飛船演變而來(lái)，但青出于藍(lán)而勝于藍(lán)，能力更強(qiáng)，用途更廣，備受人們青睞。

作為十項(xiàng)全能太空運(yùn)輸專家，它們?cè)谶\(yùn)載能力和運(yùn)輸成本上完爆載人飛船，堪稱各國(guó)空間站的最強(qiáng)后援團(tuán)，很不簡(jiǎn)單喲。

貨運(yùn)飛船既能給航天員送去飲用水、食品等生活物資，補(bǔ)充空間站維持運(yùn)行軌道高度而消耗的推進(jìn)劑，還能運(yùn)送航天員在空間站中做實(shí)驗(yàn)需要用到的儀器、設(shè)備和材料以及建設(shè)、維修空間站的各種零部件。

除了送貨外，貨運(yùn)飛船還能從空間站帶走各種垃圾，安全負(fù)責(zé)地把空間站的科研產(chǎn)品送回地球。

更重要的是，有了能干的無(wú)人駕駛貨運(yùn)飛船，航天員就不用承擔(dān)辛苦而危險(xiǎn)的太空送貨工作了。只需時(shí)不時(shí)地收發(fā)下太空快遞，人們就能在空間站愉快地長(zhǎng)期工作、生活下去。

各家“快遞員”齊亮相

隨著國(guó)際空間站的開(kāi)建，貨運(yùn)飛船迎來(lái)了全盛時(shí)代，美國(guó)、歐洲太空局和日本紛紛成為了貨運(yùn)飛船玩家。

你們不知道吧？全世界已經(jīng)發(fā)射過(guò)約180艘貨運(yùn)飛船。如今，各家特色鮮明的現(xiàn)役貨運(yùn)飛船齊亮相，我們可以一飽眼福了。

“進(jìn)步號(hào)”貨運(yùn)飛船：太空“老大哥”

20世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)和美國(guó)開(kāi)始玩空間站。隨著空間站不斷發(fā)展，太空運(yùn)輸要求越來(lái)越高，前蘇聯(lián)的航天人有點(diǎn)吃不消了。

忍受了數(shù)年后，一天，航天專家們突然福至心靈：不就是送個(gè)太空快遞嘛，干嗎不搞艘無(wú)人駕駛貨運(yùn)飛船呢？

作為貨運(yùn)飛船家族的開(kāi)山怪，“進(jìn)步號(hào)”貨運(yùn)飛船完全以“聯(lián)盟號(hào)”載人飛船為藍(lán)本，可以說(shuō)是去除了所有載人飛行相關(guān)設(shè)備的極簡(jiǎn)版“聯(lián)盟號(hào)”。

它的長(zhǎng)度超過(guò)7米，總重量大約7噸，由貨物艙、補(bǔ)給艙和服務(wù)艙組成，擁有約2.5噸的低軌道太空貨運(yùn)能力。

1978年1月20日，第一艘“進(jìn)步號(hào)”貨運(yùn)飛船發(fā)射升空，把史上第一單太空“快遞”送到了“禮炮”6號(hào)空間站。此后，前蘇聯(lián)（或俄羅斯）對(duì)“進(jìn)步號(hào)”貨運(yùn)飛船進(jìn)行多次改進(jìn)，且發(fā)射了不少貨運(yùn)飛船。截至2016年底，“進(jìn)步號(hào)”及其改進(jìn)版系列飛船共完成了155次太空飛行，其中只有3次失敗紀(jì)錄。憑借這份霸氣的成績(jī)單，外觀樸實(shí)的“進(jìn)步號(hào)”貨運(yùn)飛船鑄就了不朽的航天傳奇。

現(xiàn)役“進(jìn)步-M”系列貨運(yùn)飛船使用Probe-Cone接口與空間站自主對(duì)接，定期為空間站補(bǔ)給物資和燃料。在一次飛行任務(wù)中，它可以運(yùn)輸約1.7噸物資，或?yàn)榭臻g站注入約1.9噸火箭推進(jìn)劑。卸貨后的“進(jìn)步號(hào)”貨運(yùn)飛船用貨物艙帶走空間站的垃圾，重返大氣層并化為一團(tuán)熊熊烈火。

由于體積和對(duì)接口的限制，“進(jìn)步號(hào)”系列貨運(yùn)飛船的運(yùn)載能力比起后來(lái)者相形見(jiàn)絀。服務(wù)過(guò)多個(gè)俄羅斯空間站且為國(guó)際空間站立下汗馬功勞的“進(jìn)步號(hào)”貨運(yùn)飛船，令人不得不感慨：“廉頗老矣。”

ATV：運(yùn)載“大力士”

加入國(guó)際空間站項(xiàng)目后，歐洲小伙伴們分到了補(bǔ)充燃料和運(yùn)輸科研物料的任務(wù)，也要順便送點(diǎn)氧氣、辣條、火腿腸之類的小件。為了不辱使命，歐洲太空局組織研發(fā)了自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器ATV。

ATV是貨運(yùn)飛船中的巨無(wú)霸，長(zhǎng)度超過(guò)10米，直徑達(dá)到了4.5米，形如帶著一個(gè)尖頭的大圓筒，外表呈蛋殼色，重約10噸。

內(nèi)部構(gòu)造像雙層巴士的ATV擁有傲視同儕的大型加壓貨艙和燃料艙，可以攜帶重達(dá)7噸的貨物沖上太空，是迄今為止已發(fā)射使用的運(yùn)載能力最大的貨運(yùn)飛船。

它也使用Probe-Cone接口與國(guó)際空間站自主對(duì)接，一次最多可以補(bǔ)給5.5噸物資，或補(bǔ)充4.5噸火箭燃料。當(dāng)然，它也能帶走空間站中的廢棄物。

2008年3月9日，ATV-1飛船從法屬圭亞那的庫(kù)魯航天發(fā)射場(chǎng)順利升空，浪漫的法國(guó)人把科幻大師儒勒·凡爾納的名字賦予了這艘飛船。

ATV系列貨運(yùn)飛船設(shè)計(jì)精良，但和發(fā)射它的阿麗亞娜火箭一樣，都很昂貴，完成一次發(fā)射需要花費(fèi)5億美元以上。成功發(fā)射5次后，2015年2月15日，ATV-5為計(jì)劃中的飛行任務(wù)畫(huà)上了圓滿的句號(hào)，歐洲太空局“太空快遞公司”也暫時(shí)停業(yè)。

近期，歐洲航天局正在ATV的基礎(chǔ)上研制可以運(yùn)送貨物且能返回地球的“先進(jìn)再入飛行器”貨運(yùn)飛船，預(yù)計(jì)在今年或明年首飛。

“鸛”貨運(yùn)飛船：運(yùn)送大件本領(lǐng)高

根據(jù)H-II系列運(yùn)載火箭的特點(diǎn)，日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)量身定制了簡(jiǎn)稱為“HTV”的貨運(yùn)飛船。2009年9月10日，首艘HTV-1從日本種子島航天發(fā)射場(chǎng)升空。

HTV又被稱為“鸛”貨運(yùn)飛船，然而HTV幾乎是一個(gè)長(zhǎng)9.8米、直徑4.4米的圓柱體，似乎叫“罐”貨運(yùn)飛船更加合適。滿載貨物的HTV重達(dá)16.5噸，可以一次派送6噸太空快遞。

HTV無(wú)法與國(guó)際空間站自動(dòng)交會(huì)對(duì)接，必須先靠泊在空間站10米外，用空間站的機(jī)械臂抓取后再使用接口對(duì)接。由于艙門大，與空間站的接口各邊均加寬到了約1.2米，所以HTV可以運(yùn)送其他貨運(yùn)飛船無(wú)法運(yùn)送的大件物品，比如空間站內(nèi)部書(shū)架大小的設(shè)備架、大型站外儀器等。

從2009年到2016年，日本向國(guó)際空間站共成功發(fā)射了6艘“鸛”貨運(yùn)飛船，這些飛船在派送快遞之余還進(jìn)行了一些重要的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。未來(lái)，“鸛”貨運(yùn)飛船和它的改進(jìn)版貨運(yùn)飛船，還將繼續(xù)向太空派送單程快遞。

“龍”飛船：帶回貨物是絕招

財(cái)大氣粗的美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）對(duì)貨運(yùn)飛船一直不太上心，然而在全部航天飛機(jī)退役后，他們才如夢(mèng)方醒地發(fā)現(xiàn)：美國(guó)既沒(méi)有了能載人的航天器，也沒(méi)有能送貨的飛船！

進(jìn)行一番謀劃后，NASA決定把送快遞的粗活委托給私營(yíng)航天公司，美國(guó)太空探索技術(shù)公司研制的“龍”飛船和美國(guó)軌道科學(xué)公司研制的“天鵝座”飛船就此粉墨登場(chǎng)。

“龍”飛船很小巧，長(zhǎng)約6米，最大直徑為3.7米，重4.2噸，主體形如截去了尖端的子彈。它擁有一個(gè)加壓艙和一個(gè)非加壓艙，理論上可以運(yùn)載6噸物資。

“龍”飛船是唯一可以運(yùn)回貨物的貨運(yùn)飛船，因此開(kāi)辟了往返快遞業(yè)務(wù)。為什么它能帶回貨物呢？

因?yàn)樗袩岱雷o(hù)罩，在返回地球時(shí)，能夠承受約3.3噸有效載荷進(jìn)入大氣層，使用減速降落傘平穩(wěn)著陸。而其他貨運(yùn)飛船沒(méi)有熱防護(hù)罩，在再入大氣層時(shí)只能被燒毀。

2012年5月22日，“龍”飛船以世界上第一艘靠泊國(guó)際空間站的私營(yíng)商業(yè)飛船永載史冊(cè)。在一系列后續(xù)發(fā)射中，“龍”飛船和運(yùn)載它的“獵鷹9”火箭多次發(fā)射失敗。不過(guò)美國(guó)太空探索技術(shù)公司并沒(méi)有縮手縮腳，之后成功研發(fā)了可載人和運(yùn)貨的第二代“龍”飛船。這種飛船的自動(dòng)化程度很高。

“天鵝座”飛船：低成本的“鐵罐頭”

“天鵝座”飛船成本低廉，采用了大量來(lái)自俄羅斯、烏克蘭的廉價(jià)部件，外觀簡(jiǎn)陋得像一個(gè)鐵皮罐頭，由密封加壓貨艙和通用服務(wù)艙組成。

標(biāo)準(zhǔn)型“天鵝座”飛船長(zhǎng)5.1米，直徑為3.07米，可運(yùn)載貨物約1.7噸。在進(jìn)行第五次飛行任務(wù)前，美國(guó)軌道科學(xué)公司把飛船加長(zhǎng)1.2米，推出了運(yùn)載能力為3.5噸的增強(qiáng)型“天鵝座”飛船。

2013年9月18日，第一艘“天鵝座”飛船進(jìn)行了首次驗(yàn)證飛行，2014年1月，正式開(kāi)始為國(guó)際空間站運(yùn)送貨物。“天鵝座”飛船也是靠泊式貨運(yùn)飛船，不能為空間站補(bǔ)充推進(jìn)劑。

迄今為止，“天鵝座”飛船取得了7次發(fā)射6次成功的不錯(cuò)成績(jī)，未來(lái)還將為國(guó)際空間站送兩次快遞。

“天舟一號(hào)”：強(qiáng)壯的“快遞小哥”

“天舟一號(hào)”是我國(guó)自主研制的第一艘貨運(yùn)飛船。它以“天宮”系列航天器為藍(lán)本設(shè)計(jì)，是一次性使用的全密封貨運(yùn)飛船。

“天舟一號(hào)”全長(zhǎng)約10.6米，最大直徑為3.35米，起飛質(zhì)量達(dá)到了13噸，是我國(guó)目前體積最大、重量最重的航天器。與其他國(guó)家的現(xiàn)役貨運(yùn)飛船相比，“天舟一號(hào)”算得上是一位重量級(jí)選手。連我國(guó)的“神舟十一號(hào)”飛船和“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室都不如它的塊頭大。

“天舟一號(hào)”的外觀像兩個(gè)圓柱體連接在一起，由大型密封加壓貨艙和動(dòng)力艙組成。它身強(qiáng)力壯，肚大能容，可以裝下約6噸物資，其中包括火箭推進(jìn)劑、維修設(shè)備、航天員的生活用品和空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備等，運(yùn)載能力相當(dāng)于“神舟”載人飛船的20倍以上。下行墜毀前，它還能帶走約6噸廢棄物。

由于設(shè)計(jì)優(yōu)良，“天舟一號(hào)”具備“皮薄餡多”的優(yōu)點(diǎn)，有效載荷接近發(fā)射重量的48%，如此強(qiáng)悍的運(yùn)載能力在貨運(yùn)飛船大家族中名列前茅。

作為中國(guó)貨運(yùn)飛船的開(kāi)路先鋒，“天舟一號(hào)”在出發(fā)前受了不少苦呢。比如，它一直在減肥：甩掉了“腰部贅肉”，連接框變成鏤空形式，只保留了結(jié)構(gòu)受力部分；去除“皮下脂肪”，壁板盡可能??；除去貨架上的“贅肉”，貨架采用輕質(zhì)高強(qiáng)度材料……

4月20日，在人們的矚目下和巨大的破空聲中，“天舟一號(hào)”發(fā)射升空，直接飛向“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室。

接下來(lái)，它與“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了2次自主交會(huì)對(duì)接，一個(gè)月后，還將首次嘗試6小時(shí)自主快速交會(huì)對(duì)接。在與“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室對(duì)接為組合體的飛行過(guò)程中，“天舟一號(hào)”會(huì)完成3次“太空加油”任務(wù)，為“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行3次在軌推進(jìn)劑加注。

如果你以為“天舟一號(hào)”只負(fù)責(zé)送貨、加油，那你就錯(cuò)了，它還是科學(xué)家。在獨(dú)自飛行期間，它進(jìn)行了一系列空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)只能在擺脫了地球引力的太空環(huán)境中完成。

完成既定任務(wù)后，“天舟一號(hào)”將離軌，隕落至預(yù)定安全海域。

未來(lái)，我國(guó)將建設(shè)自己的空間站，中國(guó)航天事業(yè)將進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代。