“船”行太空，客貨兩相宜

文/遲惑

星際線飛船飛行效果圖

2022年5月和6月，是全球載人航天收獲頗豐的時節。在中國，天舟四號貨運飛船和神舟十四號載人飛船先后發射成功，與中國空間站核心艙對接。在美國，第一次商業載人空間站飛行活動AMOX-1取得成功；波音公司的星際線商業飛船歷經挫折，終于飛行成功，在進入軌道并且和國際空間站對接飛行了多天后返回地球，降落在白沙導彈靶場。這是美國新一代載人飛船中第三個飛行成功的。雖然它還沒有實現載人飛行，但想來也沒有什么無法逾越的技術障礙。這樣一來，再考慮到俄羅斯的載人航天活動，全世界目前在研、在用的飛船數量就達到了10多種，呈現出空前繁榮的局面。

在上述飛船當中，最受人們關心和關注的，當然就是各種載人飛船。但貨運飛船同樣是載人航天的股肱之臣。沒有它們，無論哪個國家的空間站都是無法維持的。更有意思的是，如果我們詳細回顧世界上主要飛船的歷史淵源，會發現，載人飛船、貨運飛船和空間站之間，并不是簡單的空間對接關系，在技術和思路上有著很多的相通之處。

全球飛船陣營：七客六貨

目前世界上一共有“聯盟”MS、“神舟”“載人龍”這3種飛船正在承擔載人飛行任務，另有美國洛·馬公司的“獵戶座”、波音公司的“星際線”和中國的新一代載人飛船在研。俄羅斯的“海鷹”飛船據說正在研制，但沒有詳細進度公布。另外，預定用于發射“海鷹”的“安加拉”火箭研制一直不順利，很可能影響其發射進度。

目前世界上一共有7種不同型號的貨運飛船，分別是俄羅斯的“進步”，中國的“天舟”，美國的“天鵝座”、“貨運龍”、“追夢者”飛船，日本的H2火箭轉移飛行器（HTV），歐洲的自動轉移飛行器（ATV）。不過“追夢者”還在研制中，“貨運龍”、ATV和HTV剛剛停產不久。

3種不同的設計思路

這些飛船采用了3種不同的設計思路。第一類貨運飛船可以稱之為純貨運飛船，也就是僅僅承擔把物資從地面送到空間站的責任，然后充當垃圾清運車，返回大氣層燒毀。第二類可以稱之為多用途類，它們不僅僅要把物資送上空間站，還要在空間站上長期對接，充當一個臨時的加壓艙段，供航天員在里面工作、休息、生活，當然也可以充當倉庫。第三類是可重復使用的飛船。

廠房中的天舟四號飛船

“追夢者”與航天飛機

第一種飛船的代表就是俄羅斯的進步飛船，第二種的代表有中國的天舟飛船、美國的天鵝座飛船，還有ATV和HTV。第三種的代表是“載人龍”和“追夢者”。

這幾類飛船之間，并不是涇渭分明的。載人飛船一般都有客貨混裝的能力，“載人龍”和“星際線”還采用了可拆卸座椅的模式，平時拆掉3個座椅來提高貨運能力。有的貨運飛船是用載人飛船改造而來，最典型的就是進步飛船,它是在聯盟飛船基礎上去掉軌道艙以后研制的。

從國際空間站上分離的聯盟號飛船

還有的貨運型飛船是載人飛船的先導型號，為了突破飛船結構、返回與著陸等相關技術。當這些技術取得成功之后，再進一步突破與載人飛行相關的技術。貨運龍飛船就是如此，也就是說，龍飛船與進步飛船的研制模式是相反的。從某種意義上說，貨運龍飛船是一種載人飛船的簡化型號，這種簡化型號可以在同一套設計藍圖的基礎上，形成兩種不同用途的飛船，對工作量簡化有著很重要的意義。追夢者飛船也試圖采取這種發展路線，但尚未成功。ATV也曾經考慮改造成載人飛船，但型號中途下馬。

有些貨運飛船是全新獨立研制的，它們從設計之初，就沒有考慮過任何載人往返的功能，包括天舟、HTV和天鵝座飛船在內。它們不需要承擔航天員進出大氣層的責任，因此沒有設置返回所需要的燒蝕材料層、降落傘系統、氣動控制系統、反沖火箭著陸系統等等，真的就是“單程貨運卡車”。部分設計師們一度考慮過，用這類飛船改造成天地往返型號，至少能夠帶回一些空間試驗的樣品，但都沒有實現。這類任務，如今都是通過載人飛船客貨混裝實現的。

運貨能力差別大

載人飛船一般都是客貨混裝的，不太方便比較運貨能力，所以我們這里只比較了幾種貨運飛船的運貨能力。貨運飛船的尺寸差別很大，運貨能力差別也很大。

名稱 尺寸 加壓空間容積 發射質量 上行能力 單位容積載重量ATV 長10.3米，直徑4.5米 48立方米 20750千克 7667千克 159.73千克/立方米HTV 長9.8米，直徑4.4米 14立方米 16500千克 6000千克 428.57千克/立方米貨運龍 長6.1米，直徑3.7米 9.3立方米 12519千克 6000千克 645.16千克/立方米進步 長7.23米，直徑2.72米 7.6立方米 7200千克 2400千克 315.79千克/立方米追夢者 未發布 未發布 未發布 5000千克 未發布天鵝座 長5.1米，直徑3.07米 27立方米 6600千克 3000千克 111.11千克/立方米天舟 長10.6米，直徑3.35米 15立方米 13500千克 6500千克 433千克/立方米

獵戶座飛船

天鵝座飛船正在靠近國際空間站

我們可以發現一個比較有意思的事實，兩類貨運飛船的貨物上行能力差異很大。進步飛船的貨物總上行能力看起來差一些，但這主要是因為它的內部體積比較小，如果用單位空間載重力來衡量的話，它其實僅次于“貨運龍”。這是什么原因呢？難道ATV、HTV都是沒裝滿就上天了嗎。

要知道，貨運飛船并不是憑借自己的力量上天的，而是要依靠火箭。火箭運載能力的大小，實際上決定了貨運飛船本身和貨物加在一起的重量。天舟四號飛船用長征七號運載火箭發射，ATV用阿里安5火箭發射，HTV用H2火箭發射，貨運龍飛船用獵鷹9火箭發射，這些火箭不同的運載能力以及飛船發射質量的差異，決定了飛船載貨能力的大小。

對接方式不同

無論客貨，上述飛船還可以進行另外一種分類，那就是可以自主對接的和沒法自主對接、要靠機械臂抓到對接口上的。其中天舟、ATV、“進步”、“追夢者”屬于第一種，其余屬于第二種。這兩種模式各有優缺點。可以自主交會對接的飛船，對接過程比較自由，不需要等待機械手的空閑時間，但是需要為它們設置雷達、光學敏感器、相應的姿軌控能力，成本比較高；不可以自主交會對接的型號就完全相反。如果今后的空間站大量配備機械臂，或許后一種飛船會更受青睞吧。

日本HTV貨運飛船抵達國際空間站

都是載人航天器

無論貨運飛船還是載人飛船，都屬于載人航天器。這是因為，它們和空間站對接之后，內部環境是要打通的。航天員要穿著艙內航天服進入這兩類飛船，去搬運貨物或者執行操作。所以，即使是貨運飛船，內部也要提供人類可以生存的環境，至少要確保氣密性，不能成為空間站上的漏氣部位。正因為如此，載人飛船、貨運飛船、空間站艙段之間，有著技術上的互通性。隨著載人航天活動的持續開展，或許人們能在這3類飛行器之間找到更多的共同點，這樣，就能實現最大程度的材料、元器件、設計、工藝和流程通用化。這對降低成本、縮短周期、擴大產能，有著重要的意義。