各有所长的货运飞船

□ 诸葛文

“进步”号货运飞船模型

10月28日， 在为国际空间站发射“天鹅座”货运飞船时，由于运载火箭发生爆炸，导致箭毁船亡。

虽然现在只有俄罗斯的“联盟”号一种载人飞船可以为国际空间站提供乘员的天地往返，但是能为它提供物资运输的货运飞船却有多种，除了“天鹅座”外，还有俄罗斯的“进步”号货运飞船、欧洲的“自动转移飞行器”、日本的“H-2转移飞行器”和美国太空探索技术公司的“龙”货运飞船。

不断进步的“进步”

“进步”号货运飞船是在“联盟”号载人飞船基础上改进研制的，由货物舱、补给舱和服务舱组成，总质量约7吨，有效载荷2.3吨以上。

其货物舱构造与“联盟”号轨道舱相似，可装1.7吨以上的货物。当“进步”号与空间站对接后，乘员进入货物舱搬货到空间站；在其脱离空间站之前，乘员可把空间站上1吨～1.7吨的垃圾转移到货物舱中，再入大气层时随飞船一起烧毁。

其补给舱取代了“联盟”号的返回舱，装有多个推进剂贮箱，其中一部分贮箱装有燃烧剂，另外一部分贮箱装有氧化剂，有的还装有1个水箱，燃烧剂和氧化剂通过对接环上的液体连接器转移到空间站自身的推进系统中。

其服务舱与“联盟”号的仪器/推进舱相同，用于货运飞船与空间站的变轨对接、提高空间站的轨道高度。

第一艘“进步”号货运飞船是1978年1月20日升空的，飞往了“礼炮”6号空间站。1978年～1990年期间，一共发射了43艘“进步”号飞船，为“礼炮”6号、7号空间站提供了大量的货物补给，大大延长了这2座空间站的工作寿命和航天员的在轨时间。不过，“进步”号没有太阳能电池翼，它是用电池供电，此后，苏联/俄罗斯又对“进步”号货运飞船进行了多次改型。

1989年8月，在“进步”号基础上改进的“进步”M首次执行“和平”号空间站任务。它装有一副太阳电池翼，可独立飞行30天；采用了新的服务舱，载货量比“进步”号多100千克；采用了新的对接系统，使空间站内的航天员可以控制无人货运飞船飞向空间站。

在参与国际空间站项目后，为进一步增强补给能力，俄罗斯将“进步”M飞船改进为“进步”M1。其补给舱内增加了几个推进剂贮箱，将12个装有氮和氧的贮箱放置在飞船外部，并把水箱移入货物舱，以增加推进剂携带量；装有新型计算机，用“航向”-MM数字交会测量系统取代了“航向”模拟系统，使飞船与空间站之间的无线电通信距离扩大到30千米，同空间站对接后的联合飞行时间达180天。2000年2月1日，“进步”M1首次升空，执行“和平”号空间站任务。2000年8月6日，第3艘“进步”M1发射，这是第一艘执行国际空间站任务的“进步”系列飞船。“进步”-M1还曾作为空间拖船，将退役的“和平”号空间站拖入地球大气层。

2008年11月26日，俄罗斯发射了新改进的“进步”M-M，它配有运行速度更快的先进数字化控制系统，并应用了新的小型无线电遥测系统，使飞船的飞行控制系统更快、更有效，而且减少了15个船上航电设备模块，使电子器件的总质量轻少了75千克，与空间站的对接更加准确。

大力士“自动转移飞行器”

欧洲的货运飞船叫“自动转移飞行器”，运货能力可达7吨，是迄今运载能力最大的货运飞船，从2008年起到2014年共发射了5个。

体积像双层巴士一样的“自动转移飞行器”有4类用途：向空间站运送补给物资；货物卸载后可用作空间站的附加活动室；提升国际空间站的轨道；把6.5吨空间站产生的废弃物资带入大气层烧毁。

“自动转移飞行器”由加压舱、推进舱和电子设备舱组成，形状像个大圆筒，全长10米，最大直径为4.5米，重量约10吨。

在加压舱中可放1.5吨～5.5吨补给品、科学仪器、食物等货物；还能放置饮用水以及为空间站运送的推进剂和空气（氧和氮）等液体罐和气体罐。与空间站对接后，2名航天员穿上普通服装就能进入飞船的加压舱中把带来的物资搬走,其中的液体罐和气体罐与空间站的管道装置连接流往空间站的储存设备中。当货物卸载任务完成后，自动转移飞行器仍可作为一个实验区，直到它离开空间站。加压舱的最前端是俄罗斯制造的对接设备和用于交会的测量装置，用于实现飞船同国际空间站的自动对接。

“自动转移飞行器”的主推进系统是4台490牛发动机，姿态控制系统用28台220牛推进器。它们除在往返过程中使用外，还用于空间站的轨道维持、姿态控制、空间碎片规避机动。在舱内在还装有充电电池、一次性电池以及太阳敏感器和对接系统的天线。

电子设备舱是“自动转移飞行器”的大脑，装有计算机、陀螺仪、导航系统、控制系统和通信设备多个关键部件。其通信采用S频段，通过GPS实施导航。

“自动转移飞行器”外部装有4个太阳电池翼，每个翼由4块太阳电池板构成，面积达33.6平方米，平均发电功率为4.8千瓦。4个太阳电池翼展开时呈X形，跨度达22.28米，远远看去就像金属制成的蓝色“翅膀”。每个太阳电池翼的转动机构是各自独立的，可以实现最佳对日定向。

根据计划，“自动转移飞行器”今后将不再发射。不过，欧空局将在“自动转移飞行器”基础上研制可以运送货物返回地球的“先进再入飞行器”，预计2017或2018年首飞。

大容量H-2转移飞行器

从2009年到2014年，日本先后向国际空间站发射了5个名叫H-2转移飞行器的货运飞船。这种飞船的货物运载能力约为6吨，最大特点是可运送体积较大的设备。

H-2转移飞行器呈圆柱形结构，由铝合金制成，全长约10米，直径约4.4米，自重10.5吨,由加压货舱、非加压货舱、电子设备舱和推进舱4部分组成。货物补给装在加压货舱以及非加压货舱的暴露货架中；电子设备舱装有电子设备、锂电池和敏感器；推进舱内装有4个推进剂贮箱、主推进装置和反作用控制系统。其加压货舱载重量为4.5吨，可装8个国际标准货柜；非加压货舱载重量为1.5吨，包括外露货盘和支撑结构，外露货盘能载3套外露货物。满载后H-2转移飞行器总重16.5吨。

由于H-2转移飞行器的舱门大，与空间站的接口各边均加宽到约1.2米，所以可以搬运其他货运飞船无法搬送的大型装置。日本认为，在美国航天飞机退役后，H-2转移飞行器可成为唯一能向国际空间站运送大型物体的飞船。

另外，与其他货运飞船相比，H-2转移飞行器还是目前唯一一种可向空间站运送加压与非加压货物的无人飞船，包括安装在站外的外部实验和在轨更换装置。

它还有独特的交会对接技术，与空间站对接采用“停靠”方式，即当H-2转移飞行器与空间站接近到10米距离时，两相对速度接近零，H-2转移飞行器不再被控制，而是呈自由飞行状态，然后由空间站的机械臂将其捕获，与空间站对接口实现对接，此法比较安全。

该货运飞船有三大用途：为“希望”号日本实验舱以及国际空间站其他舱段运送维修所需的消耗品和补给物品；为国际空间站上的航天员运送所需的食品、医疗用品、生活用水和饮用水；为日本以及参加国际空间站计划的其他国家运送实验所需的实验装置和实验材料。

日本计划向国际空间站总共发射6个H-2转移飞行器，每年发射1个。另外，日本拟在H-2转移飞行器基础上研制可从空间站带回货物的H-2转移飞行器-R，计划在2016到2018年之间发射。

可回收的“龙”飞船

美国太空探索技术公司的“龙”飞船是所有货运飞船中唯一可以运回物品的，这是因为该飞船带有热防护罩，可在返回时耐受极高温安全降落，而其他飞船只能在再入大气时烧毁。“龙”飞船长5.9米，最大直径3.6米，自重4.2吨，由前锥体、钝角圆锥体弹道舱和非加压段三部分组成，其中前锥体内装对接机构，在上升阶段起保护作用；钝角圆锥体弹道舱一部分用于搭载加压货物，另一部分是服务段，装有电子设备、反作用控制系统、降落伞和其他支持设备；非加压段用于存储非加压货物，如轨道更换装置，并保障太阳电池翼和散热器的正常工作。其运送载荷最大质量6吨，返回载荷最大质量3吨。

“龙”飞船采用具有广泛继承性的电子系统和由18台推力器组成的反作用控制系统；采用降落伞水上溅落的回收方式；使用高性能热防护罩和侧壁热防护系统。其对接机构为国际空间站通用停靠机构，用空间站机械臂捕获方式对接，这种对接方式可减少飞船上对接系统的质量、成本和复杂性，提高对接的安全性。到2014年9月，“龙”飞船已完成4次商业补给任务。

根据合同，到2016年，将总共发射12艘“龙”飞船，向国际空间站运送20吨货物，并从国际空间站带回样品。