2017-04-20 16:06:28|
上世纪，美俄两国开展了太空竞赛模式，为了取得各自在太空领域上的制高点，载人工具和卫星就成了双方不断发展的对象，如今，两国在航天领域上已走在了世界的前列。反观，我国在航天领域上由于起步较晚，可进度一点不落于美俄两国，这成就方面我就不再做过多的阐述了。今晚，中国首艘货运飞船将飞天对接天宫二号，而与中国货运飞船对标的，目前，国际上使用的货运飞船有很多种，比如俄罗斯的 “进步” 货运飞船、欧洲的 “自动转移” 飞行器、美国的 “龙” 飞船，天鹅座飞船，以及日本的HTV货运飞船等都能为国际空间站提供货物运输。在这些货运飞船中，中国天舟能不能做到后来居上呢？宇宙飞船相比与航天飞机，可能非常简陋，本质上就是一个大容器拥有足够强度、并安装了必要设备,甚至大多是一次性的。不过，它却承担了载人航天行动中大部分搬运工作。如今，在航天飞机谢幕后的今天，宇宙飞船依然不断在壮大着自己的家族。
一、俄罗斯的 “进步” 货运飞船——作为世界老牌强国，俄罗斯在飞船领域上的发展是最早的，1957年春,科罗廖夫领导的单位受命开始“东方”工程,研制苏联第一种载人飞船。1961年4月12日,东方1号载着加加林平安完成了世界上第一次载人飞行。可以说，科罗廖夫为俄罗斯进军天空打下了夯实的基础。而史上最具盛名的联盟系列原始设计同样出自科罗廖夫之手联盟号运载飞船，联盟号飞船的出现为苏联率先研制进步号货运飞船提供了样板。1978年第一款进步无人货运飞船被研制出来，它直接使用联盟飞船现成的结构，拥有6.6立方米的运载空间，可载1.3吨货物和1吨燃料。进步号货运飞船自诞生之初，已经历了多个改进型号，首款改进型号货1989年诞生，应用了大量联盟T和联盟TM上的新技术。替代进步M的型号是2008年出现的进步M1，是目前俄最先进的货运飞船，它最大的进化就是和同时代的联盟-TMA-M一样装备数字式控制系统，节省下来的重量能够装载更多物资，它减小了货舱空间，取而代之地安装更大的燃料舱,用于为空间站进行燃料补给。统计称，从1978年的 “进步一号” 到2017年2月22日发射的 “进步MS—05号”，苏联/俄罗斯累计发射了156艘进步号货运飞船。在1993年、1999年先后两次进行 “人造月亮” 实验，打开它携带的直径达22米的太阳伞，在距离地球350千米高的地方向地面反射一道亮光，其亮度相当于月球的两三倍。
二、美国 “龙” 飞船——美国在飞船领域上早期的发展还是稍逊俄罗斯，早期美国载人飞船水星号硬件性能要比同时期的苏联货差很多，后来又不断经历了双子座飞船和阿波罗飞船，尤其是阿波罗飞船，是美国载人航天的技术优势在其第三代作品，这款飞船帮助美国完成了苏联登月的夙愿，让美国在美俄太空竞赛中板回了一城。接着，在航天飞机谢幕世界舞台后，美国 “龙” 飞船和 “天鹅座” 货运飞船相继登台亮相，也是是目前仅有的正在使用的商业货运飞船，在美国的未来航天规划中，美国与国际空间站间进行人员物资摆渡的任务将由私营航天企业SpaceX的 “龙” 号飞船承担。美国太空探索技术公司的“龙”飞船是所有货运飞船中唯一可以运回物品的货运飞船，这是因为盖飞船带有热防护罩，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。该飞船长5.9米，最大直径3.6米，自重只有4.2吨，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由18台推力器组成的反作用控制系统；采用降落伞水上溅落的回收方式；2010年12月8日,首艘龙号无人试验飞船由猎鹰9号火箭发射并进行了成功的测试飞行。迄今为止龙飞船为国际空间站执行了11次货运任务并成功10次。
三、美国 “天鹅座” 飞船——美国轨道科学公司研制的 “天鹅座” 飞船于2013年9月18日进行了首次验证飞行。此后，“天鹅座” 飞船正式完成了几次 “国际空间站” 商业补给服务任务，但在执行第3次商业补给服务任务时失败。“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，由为加压货物舱与通用服务舱组成。采用成熟技术目的是降低成本、风险和研制周期。其服务舱由轨道科学公司制造，继承了该公司的低轨卫星和地球静止轨道卫星平台的电子、推进和电源系统，重量1.8吨，装有电子、推进和电源系统，其中电源系统包括2副砷化镓太阳电池翼，可提供4千瓦的电力。根据美国轨道科学公司与美国航空航天局签署的价值19亿美元的商业补给服务合同，将发射8艘 “天鹅座” 飞船，向 “国际空间站” 运送20吨货物任务。
四、欧空局的ATV飞船——欧洲的货运飞船叫自动转移飞行器，是欧空局联合美、俄等数十家公司联合打造的，全长10米，最大直径为4.5米，重量约10吨，飞行器主推进系统是4台490牛发动机，姿态控制系统是28台220牛推进器。它们除在往返过程中使用外，还用于空间站的轨道维持、姿态控制、空间碎片规避机动。与美国猎户座计划类似，欧空局的ATV飞船也是一个成系列的大型飞船发展计划。ATV最初设计用来取代俄罗斯的进步系列执行国际空间站补给任务，最显著的识别特征是4片非轴对称形排列的太阳能帆板,它能携带接近7.7吨的物资，它的运货能力可达7吨。它有双层巴士大，用途有4类：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；每隔10~45天提升一次“国际空间站”的轨道；能用作垃圾箱，把6.5吨空间站产生的废弃物资带回地球烧毁。在发射了5艘后，欧洲自动转移飞行器已经退役了。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——“先进再入飞行器” 货运飞船，它预计在2018年首飞。
五、日本H-2货运飞船——从2009年起到2014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。H-2转移飞行器呈圆柱形结构由加压后勤货舱、非加压后勤货舱、电子设备舱和推进舱四部分组成。货物补给装在加压后勤货舱以及非加压后勤货舱的暴露货架中，电子设备舱装有电子设备、锂电池和敏感器。推进舱内装有4个推进剂贮箱、主推进装置和反作用控制系统。其中加压舱载重量为4.5吨，可装8个国际标准货柜；非加压舱载重量为1.5吨，包括外露货盘和支撑结构。外露货盘能载3套外露货物。其货物运输能力很强。这是由于它的舱门大，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转移飞行器能够运送更大的物体，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。另外，与其他货运飞船相比，H-2转移飞行器是目前唯一一种可向空间站运送加压与非加压货物的无人飞行器，包括安装在站外的外部实验和在轨更换装置。它还有独特的交会对接技术，与空间站采用“停靠”方式对接，即当H-2转移飞行器与空间站接近到10米距离时，两相对速度接近零， H-2转移飞行器不再被控制，而是呈自由飞行状态，然后由空间站的机械臂将其捕获，与空间站对接口实现对接，因此比较安全。与欧洲类似，日本目前也在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2018年发射。最终，日本将研制载人飞船。
六、中国 “神舟” 到 “天舟”——天舟货运飞船是中国研制的最新一款货运飞船，它的主要任务是用于对中国未来空间站在轨运行期间，提供补给支持。从上面的各国货运飞船数据对比得知，天舟货运飞船的低地轨道上行运载能力约为6.5吨左右，高于俄罗斯联邦航天局研制的进步号M型（2.5吨）以及日本宇宙航空研究开发机构的H-II运载飞船（6.0吨），但低于欧洲空间局的自动运载飞船（7.6吨）。下行运载能力约为6.0吨左右。载荷比即运载货物的质量与货运飞船船体本身的质量之比，天舟号货运飞船的载荷比高达46%，高于日欧的货运飞船。天舟号货运飞船船长约9米，最大直径约3.35米，发射质量低于13吨。根据资料得知，天舟货运飞船将作为我国空间站的五个模块之一，与核心舱、实验舱I、实验舱II、载人飞船（即已经命名的 “神舟” 号飞船）一起，在核心舱统一调度下协同工作，完成空间站承担的各项任务：一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；二是运送航天员工作和生活用品，保障空间站航天员在轨中长期驻留和工作；三是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。对于中国来说，重约13吨、货运能力约为6吨的天舟货运飞船将开启空间站时代的黎明。“天舟” 充分继承了 “天宫一号”、“天宫二号” 和 “神舟” 积累的技术基础，具备为空间站补加推进剂的能力，还具备较长时间独立自主飞行能力。1999年11月20日,中国发射了自己未来载人飞船的第一艘无人试验船神舟1号，开启了中国载人航天的第一步，从 “神舟” 到 “天舟”，这个背后凝结了无数中国航天人的智慧。
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