天舟一号飞船发射在即,作为地空运输的重要工具,货运飞船可以定期为长期在轨飞行器提供补给,以保障飞行器和宇航员长期在轨驻留,下面来看看世界各国的货运飞船。各位亲在阅读的同时,不要忘记订阅小宇宙!

货运太空飞船是一种专门运送货物到达太空一次性使用的航天器,主要任务是补给空间站的推进剂消耗,空气泄漏,运送空间站维修和更换设备,延长空间站的在轨飞行寿命,同时要为宇航员运送工作和生活用品,保障空间站航天员在轨中长期驻留和工作,除此之外,还要运送空间科学实验设备和用品,支持和保障空间站具备开展较大规模空间科学实验与应用的条件。

事实上,货运飞船是从载人飞船演变过来的。在20世纪70年代,苏联和美国开始发展体积大、寿命长、用途广的空间站。开始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1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。

中国:天舟一号货运飞船

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天舟一号货运飞船,由中国空间技术研究院(中国航天科技集团五院)研制的一款货运飞船,也是中国首个货运飞船。具有与天宫二号空间实验室交会对接、实施推进剂在轨补加、开展空间科学实验和技术试验等功能。

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。

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飞船由3.35米直径的货物舱和2.8米直径的推进舱组成。货物舱用于装载货物,而推进舱为整个飞船提供动力与电力。推进舱两侧各有一翼太阳能帆板(共三板),后部安装了4台变轨用主发动机。此外飞船还安装了24台姿控发动机。

天舟一号最大特点是承担推进剂补加任务,补加能力约为2吨。它拥有两个独立设计的推进剂储箱,不仅为天宫二号携带一箱推进剂,用于自身控制的推进剂也可以“转让”。推进剂补加是“慢工出细活”的过程,需要5天左右时间。货运飞船的设计是3到5天完成对接,因为没人,不用很着急,可以用更多圈次来节省调姿所需的燃料。燃料省得越多,可用于补加的就越多。

天舟一号上搭载了非牛顿引力实验等10余项应用载荷共40台设备,要进行13项太空试验。设备可以装在货物仓内部或悬挂在船体外侧,这样既提高了空间利用率,也最大程度满足了不同试验的需求。

美国:龙货运飞船

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龙飞船由太空民企——美国太空探索技术公司(SpaceX)牵头研发,是全球屈指可数的商用太空飞船之一,也世界上第一艘由私人公司研发的航天飞船。第一代货运龙飞船于2010年12月8日试飞成功,2012年5月22日发射成功,2012年10月7日,首次向国际空间站运送了455公斤的货物。

龙飞船是所有货运飞船中极少数可以带回货物的货运飞船,由于飞船带有热防护罩,可在返回时耐受高温安全着陆,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,自重只有4.2吨。

龙飞船主要由前锥体、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。其运送载荷约3吨多。

龙飞船采用具有广泛继承性的电子系统和18台推力器组成的反作用控制系统,回收方式为降落伞水上溅落,对接方式为国际空间站通用的机械臂捕获方式,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,提高了对接安全性。到2017年2月,“龙”飞船已完成9次商业补给任务。

美国:天鹅座货运飞船

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天鹅座货运飞船是美国轨道科学公司应美国国家航空航天局商业轨道运输服务发展计划而开发的无人补给飞船,于2013年9月29日首飞成功。天鹅座宇宙飞船由两个基本部分组成,分别为加压货物模组(PCM)与服务模组(SM)。由于不同的任务需求,天鹅座飞船拥有标准型(左)和扩展型(右)两个版本。

标准型天鹅座货运飞船高3.66米,直径3.07米,自重1,500千克,净载重2,000千克,续航能力最长可达2年。天鹅座宇宙飞船参考SpaceX天龙号太空船以及其他商业轨道运输服务方案的作法,通过机械臂捕获方式对接在谐号节点舱的通用接驳位。在一般任务中,天鹅座宇宙飞船会持续停泊在国际太空站30天左右。一般型号的天鹅座飞船没有返回地面的能力,但可以将陈旧设备与垃圾进行装载,在再入大气层时焚毁。

扩展型天鹅座飞船高4.86米,直径3.07米,自重1,800千克,将加压货物模组扩展至27平方米,载运火箭部分也改使用推进力更强的卡斯托30XL火箭发动机,同时太阳能电池模组重量的减轻可增加700公斤的有效载荷。更为重要的是扩展型天鹅座飞船可以将货物运回地球。

俄罗斯:进步号货运飞船

其实,世界上第一艘货运飞船就是由前苏联航天专家研制的,也许小伙伴们已经发现,进步号货运飞船于联盟号载人飞船外形极为相似,1978年,前苏联航天专家把联盟号载人飞船改装成无人货运飞船,即去掉了联盟号飞船上的座椅、环境控制与生命保障、返回着陆和应急救生等与载人有关的系统,以便运送更多的货物。

事实证明,这种人货分开的运输方式,既能增加货物的运载量,又能降低成本,还很安全,可以说是苏联的一个创新。改装后的飞船称为进步号,每次飞行可为空间站送去2吨多物资。现在,俄罗斯每年向国际空间站发射4艘货运飞船,它们不仅为“国际空间站”运去货物,还带回大量的空间站垃圾,在再入大气层时烧毁。进步号货运飞船为国际空间站的正常运行做出了巨大贡献。

进步号飞船,由仪器舱和货舱组成,货舱容积6.6立方米,可运送2.6吨各类货物。燃料舱带1吨燃料,可自行飞行4天,与空间站对接飞行时间可达2个月。所有食品都储存在特制容器中,可以在几个月内保持新鲜。飞船还载有实验用的动植物及用于空间站供氧系统的装置。最新型“进步MS”系列飞船具有额外的防护太空垃圾和微陨石的能力。

进步号货运飞船采用的是“锥-杆式”对接,无法通过机械臂捕获,只能主动与国际空间站进行对接。为国际空间站运送完补给后,进步号货运飞船会保持对接,充当一个高科技垃圾箱。它与空间站对接完成装卸任务后,即自行进入大气层烧毁。由于是联盟号飞船衍生而来,所以进步号货运飞船可以试用任何联盟号飞船的火箭进行发射。

日本:希望号货运飞船

日本HTV货运飞船(H-II Transfer Vehicle,HTV)统一命名为KOUNOTORI,直译为白鹳,白鹳在文化中有送子之意,因此译为希望号,是日本航空航天探索局(JAXA)专门为国际空间站(ISS)计划研发、由三菱重工制造的无人货运飞船。

希望号飞船于2009年9月11日首次成功发射,前往国际空间站进行运补物资任务。HTV太空船长度约10米,直径4.4米,最大重量16.5吨,有效载荷最大可达6吨,飞船配备28台姿态调整引擎和4台轨道修正引擎,可通过国际空间站机械臂捕获与国际空间站对接。

希望号货运飞船的有效载荷由加压舱和无压舱组成,加压舱主要放置食物、水和宇航员生活用补给品以及大型舱内实验设备,加压舱组与国际太空站一样维持1个大气压和20℃,宇航员可以在不穿宇航服的情况下,直接进入加压舱搬运物资。无压舱则主要放置国际太空站站外试验仪器,可使用机械臂吊出。希望号货运飞船是目前唯一可以运舱外实验装置与组件的货运飞船。

欧洲:自动运载飞船

自动运载飞船(Automated Transfer Vehicle,ATV)由欧洲航天局设计建造,于2008年3月8日首飞,4月3日与国际太空站星辰号服务舱对接。这是货运飞船首次与国际太空站完成全自动对接,无地面航控人员或空间站宇航员辅助操作介入。

自动运载飞船与联盟号相似,无法通过机械臂捕获,需要进行主动对接,功能上也类似进步号太空船,但是设计容量为后者3倍。可携载液体(燃料或水)以及其它较易碎的货物,宇航员无需宇航服即可取用。飞船长9.8米,直径4.5米,自重1.04吨,最大有效载荷7.5吨,可由亚利安5号火箭进行发射。自动运载飞船无法返回地面,但同样可以清运空间站垃圾,在再入大气层时焚毁。

自动运载飞船共建造了5艘,于2014年进行了最后一次发射。目前欧洲航天局正在研制可以运送货物返回地球的货运飞船,预计在2017年或2018年首飞。