【图话】各国“太空快递”哪家强？

源济

腾讯网  2017-04-20
各国“太空快递”哪家强？

天舟一号的发射标志着中国载人航天工程完成“三步走”战略中的“第二步”任务，为空间站建设任务奠定坚实的技术基础。而各个航天大国的货运飞船发展历史也都有着各自不同的特点。



2017年4月17日，我国自主研制的首艘货运飞船天舟一号与长征七号遥二运载火箭等飞行产品完成总装测试等技术区各项工作，垂直转运至发射区，计划4月20日至24日择机发射。孙浩/视觉中国




【进步号：货运飞船“长子”】货运飞船是从载人飞船演变过来的。在20世纪70年代，前苏联和美国开始发展体积大、寿命长、用途广的空间站。刚开始时，两国都是用人货混装的载人飞船为空间站提供少量补给，每艘载人飞船一次只能为空间站运去几百千克的物资，因而大大影响了空间站的运行寿命和站上航天员在轨工作时间。前苏联航天专家奇思妙想，从1978年开始把“联盟”号载人飞船改装成无人货运飞船，去掉了与载人有关的系统，以便运送更多的货物。这种人货分开的运输方式，既能增加货物的运载量，又可以降低成本，还很安全。改装后的货运飞船称为“进步”号。图为2005年，俄罗斯“进步M-52”货运飞船执行任务。




第一艘“进步”号货运飞船于1978年1月20日升空，飞往“礼炮”6号空间站（图左）。此后，前苏联/俄罗斯又对“进步”号货运飞船进行了多次改型。“进步”号系列飞船可以装1.7至2.4吨的货物，当“进步”号与空间站对接时，乘员进入货物舱搬货到空间站，在“进步”号飞船脱离空间站之前，乘员可把空间站上1至1.7吨的垃圾转移到货物舱中，再进入大气层时随飞船一起烧毁。图右为彩虹号回收舱，它会在飞船烧毁时弹射降落在地面上。




“进步”号系列飞船除了运货，还曾两次用于试验人造月亮。1993年2月4日，“进步”号离开了和平号空间站，它携带一把折叠好的巨大“太阳伞”——人造月亮。12分钟以后，它在离空间站160米的地方被打开，然后用这把直径22米的“太阳伞”，在距离地球350千米高的地方进行了人造月亮的照明试验，向处于黑夜的欧洲地区反射了一道宽约10千米的亮光，其亮度相当于月亮的2-3倍，从南到北扫过地球。1999年，这一试验再次实施。




“进步”号系列飞船的安全发射记录较为出色，目前是为国际空间站运送物资的主力飞船。图为2017年2月22日，“进步MS-05”飞船运抵哈萨克斯坦拜科努尔发射场，准备为太空送货。




【ATV：运载“大力士”】欧洲的货运飞船叫自动转移飞行器（ATV），形状像个大圆筒，外表呈蛋壳色，全长10米，最大直径为4.5米，重量约10吨。它的运货能力可达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。图为2008年3月31日，欧洲首艘自动货运飞船(ATV)与国际空间站进行对接演练。




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；在货物卸载后，可以用作空间站的附加活动室；提升国际空间站的轨道；用作垃圾箱，把6.5吨空间站产生的废弃物资带回地球烧毁。图为2014年3月，正在组装的ATV-5货运飞船。




ATV-5货运飞船被命名为“乔治·勒梅特”号，以纪念比利时的天文学家，同时也是宇宙起源大爆炸学说的创始人之一。图中ATV-5飞船上3个蓝色的大箱子装载的是为宇航员提供的848升饮用水，3个蓝色的小箱子装载了100公斤空气和氧气，绿色和黄色的小箱子内是为俄罗斯服务舱提供的870公斤推进剂。




ATV-5是欧洲航天局第五艘执行国际空间站任务的货运飞船，于2014年7月发射。本次发射总有效载荷达到20.3吨，创造了“阿里安”火箭发射的历史纪录。根据计划，自动转移飞行器今后将不再发射。不过，欧洲航天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”货运飞船，预计在2017年或2018年首飞。

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【HTV：运送大件本领高】从2009年起到2016年，日本先后向国际空间站发射了6个名叫H-2转移飞行器（HTV）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。图为2016年12月，HTV-6被国际空间站的机械臂抓住。




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。例如，与欧洲自动转移飞行器相比，H-2转移飞行器可运送更大的物体，如空间站内部书架大小的设备架，以及其它大型站外仪器与设备。图为2009年9月，HTV-1与国际空间站对接后的舱门。




日本认为，在美国航天飞机2011年退役后，H-2转移飞行器可成为唯一能向空间站运送大型物体的飞船。日本还计划在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，首个H-2转移飞行器-R计划在2016年到2018年之间发射。图为2012年7月，美国宇航局宇航员萨尼塔·威廉姆斯在刚刚对接到国际空间站的日本HTV-3货运飞船里工作。




【美国航天飞机】自从1981年初，“哥伦比亚”号研制成功，并首次执行任务以来，航天飞机一直是美国向太空运送人员和货物的主力。但2011年，美国航天局（NASA）将所有航天飞机全部退役。从此，美国向国际空间站运送人员和货物均需依靠俄罗斯。图为2011年7月，“亚特兰蒂斯”号即将与国际空间站对接。这是美国航天飞机的最后一次太空任务。




【“龙”飞船：带回物体是绝招】为改变航天飞机退役后的被动局面，在白宫授意下，NASA鼓励私营企业开发往返空间站和地面的“太空巴士”。美国两个私营公司自行投资研制的商用货运飞船脱颖而出，一个是美国太空探索技术公司（SpaceX）研制的载货型“龙”飞船，另一个是美国轨道科学公司（OSC）研制的“天鹅座”飞船。图为2010年试飞的“龙”飞船。




“龙”飞船是世界上第一艘由私人公司研发的货运飞船，长5.9米，最大直径3.6米，自重只有4.2吨。其运送载荷最大质量6吨，返回载荷最大质量3吨。图为2012年成功发射的“龙”飞船。




“龙”飞船还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，而其他飞船不具有热防护罩，只能在再入大气时烧毁。同时，“龙”飞船采用降落伞水上溅落的回收方式。图为2010年12月，“龙”飞船在海上回收。




SpaceX在过去8年中已经获得NASA价值65亿美元的运送补给合同。2017年，SpaceX还将用新研制的载人型“龙”飞船运送航天员到国际空间站并返回。图为第二代载人“龙”飞船（Dragon V2），舱体高约6米，宽约3.7米，最多能同时容纳7位宇航员，有4个窗户，舱内的座椅是由最高等级的碳纤维和阿尔坎塔拉面料制成。




第二代“龙”飞船自动化程度很高，但也可以由船上的宇航员控制。飞船上部署了先进的紧急逃生系统，可迅速把宇航员送到安全区域。推进器由8个发动机组成，安装在飞船的侧面，推进器能产生约1.5万磅推力，可以将飞船升到离地面1500米的高度。图为2015年5月，第二代载人“龙”飞船进行测试。

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【“天鹅座”飞船：成熟技术降成本】美国轨道科学公司（OSC）研制的“天鹅座”飞船于2013年进行了首次验证飞行。2014年1月，“天鹅座”正式开始为国际空间站运送物资。图为2015年12月，新一代“天鹅座”货运飞船成功发射升空，将3.5吨的补给与仪器送往国际空间站。




“天鹅座”飞船的设计，继承了轨道科学公司及其合作者经飞行验证的航天器技术，由加压货物舱与通用服务舱组成。采用成熟技术的目的是降低成本和风险，减少研制周期。图为2015年11月，工作人员往新一代“天鹅座”货运飞船内装货。




2014年10月28日，“天鹅座”飞船搭乘安塔瑞斯火箭从美国弗吉尼亚州瓦勒普斯岛发射升空，但在升空后6秒钟，该飞船发生爆炸。该飞船本应执行补给任务，向国际空间站运送重约2000公斤的物资，其中包括宇航员所需的食品和饮用水，小型科研卫星、流星监测装置以及高压氮等仪器和物资。




根据OSC与美国航天局签署的商业补给服务合同，在2016年前，将发射8艘“天鹅座”飞船，向国际空间站运送20吨货物任务。但由于第3艘飞船发射失败，所以该计划要向后推迟实施。图为2017年3月，工作人员正在对即将执行第7次正式发射任务的“天鹅座”飞船进行检查。




【天舟一号】这艘飞船由中国空间技术研究院研制，也是中国首个货运飞船。天舟一号主要承担为空间实验室运送消耗物品、推进剂、维修设备、维修器材和试验载荷设备等任务，并且下行一些空间站废弃物。




天舟一号为全密封货运飞船，采用两舱构型，由货物舱和推进舱组成。全长10.6米，最大直径3.35米，起飞质量约13吨，太阳帆板展开后最大宽度14.9米，物资运输能力约6.5吨，推进剂补加能力约为2吨，具备独立飞行3个月的能力。




天舟一号全长10.6米，最大直径3.35米，重13吨，它的个头比天宫二号和神舟飞船都要大，是目前我国体积最大、重量最重的航天器。




未来我国的空间站在太空轨道运行，会受到残存大气阻力的影响而逐渐降低轨道高度，为了要保持原有的高度，就必须消耗燃料推动空间站上升，这就需要货运飞船为空间站进行燃料补充。天舟一号与天宫二号对接之后，将通过一些特有的接口将燃料加注到天宫二号中。除了燃料补加任务，天舟一号要与天宫二号空间实验室总共进行三次交会对接，其中自主快速交会对接是一项全新的实验，要求两个航天器在6个小时左右实现对接。




天舟一号只是开始。按计划，中国未来将用长征五号大推力运载火箭发射空间站核心舱。到2020年，将建成由核心舱、实验舱、节点舱、载人飞船和货运飞船组成的总重80吨的空间站。到2024年由美国和俄罗斯等国家主导的国际空间站退役后，中国可能成为全球唯一拥有空间站的国家。图为2017年4月17日，海南文昌，为适应海南潮湿闷热的环境，工作人员给搭载天舟一号的长征七号火箭穿“保温衣”。孙浩/视觉中国

  图片编辑 : 西西