【技术·航天】各国货船大揭秘
货运飞船是执行向地球大气层以外的宇宙空间运送货物等任务的航天器。货运飞船主要用途是向地外空间定期补给食品、燃料、仪器设备等物资，协助提升空间站轨道等，包括航天员用过后的废弃物、垃圾等，也都会由货运飞船带回来。在没有货运飞船之前，在轨空间基础设施尚不完备，早期的空间站由于没有燃料补给、人员缺少食品供给，运行寿命较短，不能实现人在太空的长期驻留。货运飞船的出现，解决了这一问题，实现了人类长期在轨驻留、空间站长期运营的梦想。目前，世界航天大国已相继全面掌握了向大型空间基础设施提供物资补给、加注燃料和提升空间站轨道的能力。从1978年苏联发射首艘货运飞船至今，货运飞船运载能力从2吨多发展到7吨多，可靠性不断提高，舱内容积也有了较大提高，并从一次性使用向可重复使用方向发展。截至2020年底，国外共成功发射并入轨的货运航天器220个，分别为俄罗斯“进步”系列飞船、欧洲的“自动转移飞行器”（ATV）、日本的“H2转移飞行器”（HTV）、美国的“龙”和“天鹅座”飞船，它们完成了对礼炮号空间站、和平号空间站、“国际空间站”的货物、人员补给以及轨道提升。目前，国外在役的货运飞船包括俄罗斯的“进步MS”、日本的HTV、美国的“龙”和“天鹅座”飞船等4种型号，完成对世界上最大的在轨载人航天器——“国际空间站”（ISS）的补给、轨道提升。
自2008年起，NASA向商业公司授予一系列商业补给服务合同，用于向“国际空间站”运送货物和补给品。目前，共有SpaceX、轨道科学和内华达山脉3家公司获得了该合同。已服役的货运飞船是SpaceX公司“龙”飞船和轨道科学公司的“天鹅座”飞船，内华达山脉的“追梦者”尚未正式服役。
“龙”飞船美国于2012年和2013年先后发射了首艘“龙”和“天鹅座”商业货运飞船，两种型号均由私营公司设计、研制和运营，是NASA商业货运和乘员运输计划下的产品。两种飞船运载能力分别为6吨和2~2.7吨，采用全自主、空间站机械臂捕获方式实现与空间站的交会对接。其中，“龙”飞船可携带货物返回并在海上回收，成为世界上首艘可部分重复使用的货运飞船。商业飞船的成功发射，开创了美国低地球轨道载人航天商业运输先河，弥补了航天飞机退役后ISS货物运输的断档。
天鹅座货运飞船
从1973年开始，礼炮号空间站的研制方TsKBEM（现俄罗斯S.P.科罗廖夫能源火箭航天集团公司）先后研制并发射了“进步”、“进步M”和“进步M1”三种型号的“进步”飞船。之前使用的“进步M-M”是“进步M”的子型号，于2008年首飞，10月1日发射了“进步M-M”型号最后一艘飞船——进步M-29M。2015年12月，俄罗斯发射了新型号“进步MS”的第一艘飞船——进步MS-01。相比上一型号，更换了飞船上的遥测系统、无线电通信系统和飞行控制系统，并配备了“全球定位系统”（GPS）和“全球导航卫星系统”（GLONASS）接收器；外部加装立方体卫星部署机构，从进步MS系列第3艘飞船开始每次可携带24颗立方体卫星。飞船采用三舱设计，发射质量约7吨，货舱容积6.6立方米，运载能力2.6吨（含1吨燃料），能够独立飞行30天，每年发射3~4次，完成向ISS运送货物和燃料、运走废弃物以及ISS的轨道维持任务。总体而言，俄罗斯的货运飞船技术高度成熟，并具备每年多艘的生产制造与发射能力。
进步号货运飞船
ATV于2008年首次发射，是欧洲航天局（ESA）研制的一次性使用货运飞船，它是迄今运载能力最大的货运飞船。ATV目前是除俄罗斯“进步”飞船以外，唯一能够提供燃料补给、姿态控制和轨道提升的航天器，货物运载能力约为7吨。ATV采用了模块化设计技术、高精度导航和先进的自主控制技术，可在较少地面控制的情况下进行轨道机动、交会及与ISS的对接。截至目前，欧洲航天局向“国际空间站”发射了5艘“自动转移飞行器”（ATV），全面掌握了货运飞船技术。ATV计划现已终结，欧洲目前不具备独立研制载人飞船的能力，将通过国际合作发展载人飞船技术。ATV退役之前，NASA与ESA达成协议，由ESA在ATV的基础上为“猎户座”第一次“探索任务”（EM-1）提供服务舱，称为“欧洲服务舱”。
“自动转移飞行器”（ATV）
HTV于2009年首次发射，是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）研制的一次性使用货运飞船，用于向ISS运送货物并携带空间站垃圾返回再入大气层烧毁，运载能力约6吨。HTV采用标准模块和国际通用部件，突出了高可靠性和模块化设计。HTV采用独特的交会对接方式：ISS机械臂捕获停靠对接方式。当HTV与ISS接近到10米距离时，两相对速度接近零，HTV不再控制，呈自由飞行状态，由ISS的机械臂将其捕获对接，提高了对接安全性。截至2020年底，日本已经向“国际空间站”发射9艘HTV货运飞船，全面掌握了货运飞船技术。HTV货运飞船在2020年完成第9次任务后宣告退役。根据日本宇宙开发战略本部在2020年公布的修改版《航天基本计划》，日本将在2022年使用HTV-X飞船替代HTV飞船执行“国际空间站”货物补给任务。HTV-X飞船将在保持现有运力的基础上大幅减轻飞船质量，将推进舱和电子设备舱并合并为服务舱，将贴在机身上的太阳能电池片改为太阳能电池翼，并将制造费用从目前的200亿日元（约合1.66亿美元）减少至100亿日元（约合0.83亿美元）左右。HTV-X未来还可能替换其货运部分用于月球探测等任务。
HTV货运飞船
来源：我们的太空
编辑：王艳梅
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