□ 諸葛文

“進步”號貨運飛船模型

10月28日， 在為國際空間站發(fā)射“天鵝座”貨運飛船時，由于運載火箭發(fā)生爆炸，導(dǎo)致箭毀船亡。

雖然現(xiàn)在只有俄羅斯的“聯(lián)盟”號一種載人飛船可以為國際空間站提供乘員的天地往返，但是能為它提供物資運輸?shù)呢涍\飛船卻有多種，除了“天鵝座”外，還有俄羅斯的“進步”號貨運飛船、歐洲的“自動轉(zhuǎn)移飛行器”、日本的“H-2轉(zhuǎn)移飛行器”和美國太空探索技術(shù)公司的“龍”貨運飛船。

不斷進步的“進步”

“進步”號貨運飛船是在“聯(lián)盟”號載人飛船基礎(chǔ)上改進研制的，由貨物艙、補給艙和服務(wù)艙組成，總質(zhì)量約7噸，有效載荷2.3噸以上。

其貨物艙構(gòu)造與“聯(lián)盟”號軌道艙相似，可裝1.7噸以上的貨物。當“進步”號與空間站對接后，乘員進入貨物艙搬貨到空間站；在其脫離空間站之前，乘員可把空間站上1噸～1.7噸的垃圾轉(zhuǎn)移到貨物艙中，再入大氣層時隨飛船一起燒毀。

其補給艙取代了“聯(lián)盟”號的返回艙，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，燃燒劑和氧化劑通過對接環(huán)上的液體連接器轉(zhuǎn)移到空間站自身的推進系統(tǒng)中。

其服務(wù)艙與“聯(lián)盟”號的儀器/推進艙相同，用于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”號貨運飛船是1978年1月20日升空的，飛往了“禮炮”6號空間站。1978年～1990年期間，一共發(fā)射了43艘“進步”號飛船，為“禮炮”6號、7號空間站提供了大量的貨物補給，大大延長了這2座空間站的工作壽命和航天員的在軌時間。不過，“進步”號沒有太陽能電池翼，它是用電池供電，此后，蘇聯(lián)/俄羅斯又對“進步”號貨運飛船進行了多次改型。

1989年8月，在“進步”號基礎(chǔ)上改進的“進步”M首次執(zhí)行“和平”號空間站任務(wù)。它裝有一副太陽電池翼，可獨立飛行30天；采用了新的服務(wù)艙，載貨量比“進步”號多100千克；采用了新的對接系統(tǒng)，使空間站內(nèi)的航天員可以控制無人貨運飛船飛向空間站。

在參與國際空間站項目后，為進一步增強補給能力，俄羅斯將“進步”M飛船改進為“進步”M1。其補給艙內(nèi)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，并把水箱移入貨物艙，以增加推進劑攜帶量；裝有新型計算機，用“航向”-MM數(shù)字交會測量系統(tǒng)取代了“航向”模擬系統(tǒng)，使飛船與空間站之間的無線電通信距離擴大到30千米，同空間站對接后的聯(lián)合飛行時間達180天。2000年2月1日，“進步”M1首次升空，執(zhí)行“和平”號空間站任務(wù)。2000年8月6日，第3艘“進步”M1發(fā)射，這是第一艘執(zhí)行國際空間站任務(wù)的“進步”系列飛船。“進步”-M1還曾作為空間拖船，將退役的“和平”號空間站拖入地球大氣層。

2008年11月26日，俄羅斯發(fā)射了新改進的“進步”M-M，它配有運行速度更快的先進數(shù)字化控制系統(tǒng)，并應(yīng)用了新的小型無線電遙測系統(tǒng)，使飛船的飛行控制系統(tǒng)更快、更有效，而且減少了15個船上航電設(shè)備模塊，使電子器件的總質(zhì)量輕少了75千克，與空間站的對接更加準確。

大力士“自動轉(zhuǎn)移飛行器”

歐洲的貨運飛船叫“自動轉(zhuǎn)移飛行器”，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。

體積像雙層巴士一樣的“自動轉(zhuǎn)移飛行器”有4類用途：向空間站運送補給物資；貨物卸載后可用作空間站的附加活動室；提升國際空間站的軌道；把6.5噸空間站產(chǎn)生的廢棄物資帶入大氣層燒毀。

“自動轉(zhuǎn)移飛行器”由加壓艙、推進艙和電子設(shè)備艙組成，形狀像個大圓筒，全長10米，最大直徑為4.5米，重量約10噸。

在加壓艙中可放1.5噸～5.5噸補給品、科學儀器、食物等貨物；還能放置飲用水以及為空間站運送的推進劑和空氣（氧和氮）等液體罐和氣體罐。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(shè)備中。當貨物卸載任務(wù)完成后，自動轉(zhuǎn)移飛行器仍可作為一個實驗區(qū)，直到它離開空間站。加壓艙的最前端是俄羅斯制造的對接設(shè)備和用于交會的測量裝置，用于實現(xiàn)飛船同國際空間站的自動對接。

“自動轉(zhuǎn)移飛行器”的主推進系統(tǒng)是4臺490牛發(fā)動機，姿態(tài)控制系統(tǒng)用28臺220牛推進器。它們除在往返過程中使用外，還用于空間站的軌道維持、姿態(tài)控制、空間碎片規(guī)避機動。在艙內(nèi)在還裝有充電電池、一次性電池以及太陽敏感器和對接系統(tǒng)的天線。

電子設(shè)備艙是“自動轉(zhuǎn)移飛行器”的大腦，裝有計算機、陀螺儀、導(dǎo)航系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和通信設(shè)備多個關(guān)鍵部件。其通信采用S頻段，通過GPS實施導(dǎo)航。

“自動轉(zhuǎn)移飛行器”外部裝有4個太陽電池翼，每個翼由4塊太陽電池板構(gòu)成，面積達33.6平方米，平均發(fā)電功率為4.8千瓦。4個太陽電池翼展開時呈X形，跨度達22.28米，遠遠看去就像金屬制成的藍色“翅膀”。每個太陽電池翼的轉(zhuǎn)動機構(gòu)是各自獨立的，可以實現(xiàn)最佳對日定向。

根據(jù)計劃，“自動轉(zhuǎn)移飛行器”今后將不再發(fā)射。不過，歐空局將在“自動轉(zhuǎn)移飛行器”基礎(chǔ)上研制可以運送貨物返回地球的“先進再入飛行器”，預(yù)計2017或2018年首飛。

大容量H-2轉(zhuǎn)移飛行器

從2009年到2014年，日本先后向國際空間站發(fā)射了5個名叫H-2轉(zhuǎn)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(shè)備。

H-2轉(zhuǎn)移飛行器呈圓柱形結(jié)構(gòu)，由鋁合金制成，全長約10米，直徑約4.4米，自重10.5噸,由加壓貨艙、非加壓貨艙、電子設(shè)備艙和推進艙4部分組成。貨物補給裝在加壓貨艙以及非加壓貨艙的暴露貨架中；電子設(shè)備艙裝有電子設(shè)備、鋰電池和敏感器；推進艙內(nèi)裝有4個推進劑貯箱、主推進裝置和反作用控制系統(tǒng)。其加壓貨艙載重量為4.5噸，可裝8個國際標準貨柜；非加壓貨艙載重量為1.5噸，包括外露貨盤和支撐結(jié)構(gòu)，外露貨盤能載3套外露貨物。滿載后H-2轉(zhuǎn)移飛行器總重16.5噸。

由于H-2轉(zhuǎn)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。日本認為，在美國航天飛機退役后，H-2轉(zhuǎn)移飛行器可成為唯一能向國際空間站運送大型物體的飛船。

另外，與其他貨運飛船相比，H-2轉(zhuǎn)移飛行器還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船，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(shù)，與空間站對接采用“?？俊狈绞剑串擧-2轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移飛行器不再被控制，而是呈自由飛行狀態(tài)，然后由空間站的機械臂將其捕獲，與空間站對接口實現(xiàn)對接，此法比較安全。

該貨運飛船有三大用途：為“希望”號日本實驗艙以及國際空間站其他艙段運送維修所需的消耗品和補給物品；為國際空間站上的航天員運送所需的食品、醫(yī)療用品、生活用水和飲用水；為日本以及參加國際空間站計劃的其他國家運送實驗所需的實驗裝置和實驗材料。

日本計劃向國際空間站總共發(fā)射6個H-2轉(zhuǎn)移飛行器，每年發(fā)射1個。另外，日本擬在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，計劃在2016到2018年之間發(fā)射。

可回收的“龍”飛船

美國太空探索技術(shù)公司的“龍”飛船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，而其他飛船只能在再入大氣時燒毀?！褒垺憋w船長5.9米，最大直徑3.6米，自重4.2噸，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(nèi)裝對接機構(gòu)，在上升階段起保護作用；鈍角圓錐體彈道艙一部分用于搭載加壓貨物，另一部分是服務(wù)段，裝有電子設(shè)備、反作用控制系統(tǒng)、降落傘和其他支持設(shè)備；非加壓段用于存儲非加壓貨物，如軌道更換裝置，并保障太陽電池翼和散熱器的正常工作。其運送載荷最大質(zhì)量6噸，返回載荷最大質(zhì)量3噸。

“龍”飛船采用具有廣泛繼承性的電子系統(tǒng)和由18臺推力器組成的反作用控制系統(tǒng)；采用降落傘水上濺落的回收方式；使用高性能熱防護罩和側(cè)壁熱防護系統(tǒng)。其對接機構(gòu)為國際空間站通用?？繖C構(gòu)，用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(tǒng)的質(zhì)量、成本和復(fù)雜性，提高對接的安全性。到2014年9月，“龍”飛船已完成4次商業(yè)補給任務(wù)。

根據(jù)合同，到2016年，將總共發(fā)射12艘“龍”飛船，向國際空間站運送20噸貨物，并從國際空間站帶回樣品。