太空快递

刘进军

太空运输

太空运输，是为空间站、飞船、卫星、月球、火星、小行星等航天器和星球，以及载人飞行的运输活动。太空运输的运载器分为运载火箭、航天飞机、货运飞船，以及未来的太空飞机等。太空运输的方式也多种多样，航天飞机运人也运货，货运飞船只运货不运人。货运飞船是太空运输的一种运载器。世界上著名货运飞船有：苏/俄的“进步”号，欧洲航天局的自动货运飞船（ATV），日本的“东方白鹤”号，美国的“龙”号、“天鹅座”号，以及中国的“天舟”号等。

货运飞船没有人操控，怎样与空间站等航天器自动对接呢？

货运飞船上安装了各种测控仪器微波敏感器、激光敏感器、摄像敏感器、接近敏感器、测距位移传感器、地球敏感器、太阳敏感器、激光测距仪等测量系统，以及高精度导航系统和通信设备。测控仪器能精确测量和控制两个航天器之间的距离、相对速度和姿态。

怎样寻找空间站呢？微波敏感器和激光敏感器捕获空间站的范围一般为15～100千米。当距目标航天器0.5～1千米，微波敏感器和激光敏感器测得与空间站的相对运动参数，自动引导到目标航天器附，慢慢接近和停靠。

怎样测算距离呢？激光测距仪向目标发射一束激光，再接收目标反射的激光束。计时器测定激光束从发射到接收的时间，激光测距仪计算出到目标的距离，精度达到毫米级。精准度堪称百步穿杨。

怎样自动对接呢？货运飞船追踪空间站，首先要捕获目标的十字形对接轴。当两个航天器距离约100米，相对速度0.3～1米/秒时，摄像敏感器和接近敏感器精确测量两个航天器之问的距离、相对速度和姿态。货运飞船启动机动发动机，调整角度、方向和速度，以0.15～0.18米/秒的速度飞向目标，慢慢地、慢慢地靠拢。

当货运飞船抵达空间站的时候，可以自动对接，无须航天员协助：也可以人工操作，精准对接。当飞船慢慢靠近空间站的对接口，10米、5米、1米、0.1米，咔嚓！锁定！成功！飞船精准的自动对接技术，对未来各种航天器对接，人类探索、登陆月球和其他星球都具有重要价值和伟大意义。

世界上著名货运飞船长得什么样？它们各有什么技术、功能、特点？它们的来世今生怎么样？中国“天舟”号货运飞船在世界货运飞船中的地位如何？它到底运送了什么货物、多少货物？下面会给读者朋友们一一道来。

快乐大篷车——“进步”号

1971年4月19日，苏联发射了世界上第一座空间站——“礼炮-1”号空问站。从此，空间站从梦想、理想到真实、成功。空间站发射升空了，许多科学仪器、侦察设备、航天员吃喝拉撤的物资怎么办呢？苏联科罗廖夫火箭与航天设计局，也就是现在的安吉亚公司研制了世界上第一种货运飞船——“进步”号。

苏联/俄罗斯的“进步”号货运飞船是由“联盟”号飞船改进，只运货不载人。“进步”号系列货运飞船执行向空问站定期补给食品、货物、燃料和仪器设备等任务。这是苏联/俄罗斯的快乐大篷车。“进步”号货运飞船共研制了5代：“进步”“进步-M”“进步-MM”“进步-M1”和“进步-MS”。1978年1月20日，第一艘“进步-1”号货运飞船搭乘“联盟”号火箭发射升空，对接“礼炮-6”号空间站。

“进步”号货运飞船由货舱、服务舱和燃料舱组成，长度7.94米，最大直径2.72米，内径2.2米，容积6.6米，发射重量7.020～7.249吨，货物运载重量2.3～2.5吨。“进步”号自主飞行时间为3天，可在空间站停靠6个月。根据有没有压力，货舱又分为压力舱和无压力舱。

常胜将军是对“进步”号货运飞船的褒奖。到2011年7月底，“进步”号系列货运飞船已经安全飞行了30多年，共进行135次发射飞行，对接过“礼炮-6”“礼炮-7”“和平”号空间站和国际空间站。它从无事故，可靠性100%，世界第一，是世界上最安全、最可靠的货运飞船。

天有不测风云，人有旦夕祸福。2011年8月24日，“进步M-12M”号从拜科努尔航天中心发射升空。突然，火箭和飞船骤然下降，发出一道闪光。飞控人员大惊失色：完了！爆炸了！大部分残片在大气层完全燃毁，有些残片落地发生剧烈爆炸，周围相当范围内都有震感，窗户玻璃差点震飞。这是“进步”号货运飞船30多年来遭遇的第一次失败。这次火箭和飞船爆炸，让“进步”号货运飞船蒙受羞辱。荣耀和历史无可挽回，但“进步”号仍是世界上最安全可靠、最当之无愧的航天老兵。

屋漏偏逢连夜雨，船迟又遇打头风。2016年12月1日，俄罗斯第4艘最新一代货运飞船——“进步MS-4”号发射升空。这是“进步”号货运飞船第156次飞行。它起飞382秒后，提前6分钟星箭分离，最终在距离拜科努尔航天中心3500千米的圖瓦共和国上空爆炸。俄罗斯航天专家哀叹道：家道中落，飞船也多灾多难！

从地球到太空——欧洲自动货运飞船（ATV）

欧洲的第一艘自动货运飞船（ATV001）“凡尔纳”号，专门运载了一本书。这本书是科幻小说《从地球到月球》的1900年原版精装本，作者是法国著名科幻作家儒勒凡尔纳。小说讲述了3名火炮俱乐部的大炮迷建造了一门巨炮，把自己送上月球的故事。当年，《从地球到月球》曾打动了无数月球迷、太空迷和科幻迷。

欧洲航天局和阿丽亚娜空间公司研制的自动货运飞船（Automated Transfer vehlcle，ATV），又称为自动转移航天器，共计建造了5艘。欧洲航天局以最著名科学家的名字命名这5艘自动货运飞船：凡尔纳、开普勒、阿玛尔迪、爱因斯坦和勒梅特号。欧洲航天局将第一艘自动货运飞船以儒勒·凡尔纳的名字命名。

自动货运飞船是欧洲有史以来建造的最大、最重、最复杂的飞船。它有两大特点，一是全自动，二是货运量大。2008年3月9日，“凡尔纳”号搭乘“阿丽亚娜-5”号火箭，在法属圭亚那库鲁航天中心升空，飞向国际空间站。

“凡尔纳”号穿着一套银白色的防热外罩，长10.3米，直径4.5米，空重10.47吨，发射重量约20.75吨，有效载荷7.67吨，加压容积48米。，在轨时间可达180天。它的4组x形太阳能帆板张开后，长度达22.3米，发电量3.8千瓦。endprint

“凡尔纳”号飞船以运输货物为主。它能将8吨货物送上太空：1.5吨～5吨各类干货物，840千克水，100千克氧气、氮气，4.7吨燃料。飞船本身载有自用的燃料用来进行会合、再推进和脱离操作，也可给空间站补充燃料。“凡尔纳”号飞船安装了4台通用动力公司的大推力发动机，还有28台阿斯特里姆公司的飞行控制与制动的小型发动机。

美梦成真——“东方白鹳”号

火箭、卫星、空间站、飞船……这是日本的航天梦想！当国际空间站建成时，日本拥有了自己的几个试验舱。当时曾设想：如果日本的货运飞船像一只白鹤一样飞向国际空间站，那该多好啊！日本人的科学精神和坚毅力量，真让梦想成为了现实。

“东方白鹳”号货运飞船，又称为太空转移飞行器-1号。它是一种无人驾驶、自动对接、不可重复使用的货运飞船。“东方白鹳”号货运飞船由日本宇宙航空研究开发机构、筑波宇航研究院、三菱重工，以及日本多所大学共同设计制造。

“东方白鹳”号货运飞船长9.8米，最大直径4.4米，空重10.5吨，内部容积14米，最大运载量为6.2吨，发射重量16.5吨。飞船外形呈圆柱形的，像一听可口可乐，具备完全自动飞行、对接的功能。“东方白鹳”号飞船前面安装了8台摄影、测量与遥感设备；飞船的后面有4台火箭推进器，保证飞船的推进与调姿。

“东方白鹳”号飞船主要由3部分组成：货物舱、设备舱和推进舱。最主要的货物舱可装载6吨货物，长7.4米。中间安装航天电器的设备舱，里面有用于制导控制、动力供应和电信数据处理的电子设备；最后部的推进器舱，包括用于变轨的主发动机、用于姿态控制的反作用推进器、燃料与氧化剂贮箱、高压空气箱等。飞船外层是隔热层。隔热层上安装了16排金黄色的太阳能帆板。

“东方白鹳”号携带着空间站的垃圾返回地球后，在大气层中逐渐焚毁。当到达南太平洋圣诞岛航天器墓地上空时，“东方白鹤”号残骸仅剩10千克左右，与其他飞船残骸一起长眠于美丽的圣诞岛海底。

第一艘私人飞船——“龙”号

“龙”号货运飞船是世界上第一艘私人建造的航天飞船。

“龙”号货运飞船由美国太空探索技术公司研制。“龙”飞船采用与其他飞船不一般的设计，最大特点是可回收再利用。它设计寿命量年，具有多种运载功能，返回舱可多次重复使用，采用先进的复合材料，减轻重量和提高结构强度。由“猎鹰-9”号火箭运载“龙”号飞船发射升空。

“龙”号飞船分为货运飞船和载人飞船。货运飞船命名为“龙”号飞船，载人飞船命名为“龙骑士”号飞船。为了通用性和快速转换，两种飞船有几乎相同的逃生系统、生命支持系统和机载控制系统，必要时从货运飞船转变为载人飞船，成为空间站的逃生舱、救命船。

“龙”号飞船重4200千克，高6.1米，直径3.7米，侧壁角15度，加压舱10米，不加压舱14米，有效载荷3310千克。太阳能帆板分列两边，共8片。推进器燃料为甲基肼，氧化剂为四氧化二氮的混合物。

一条新的太空航线即将开辟，一个令人乍舌的梦想即将实现。

2010年6月4日，世界上第一艘私人的航天飞船从美国肯尼迪航天中心发射，前往国际空间站。“龙-1”号飞船运去了905千克货物，400千克水。货物包括120千克各种美味的太空食品，180千克空间站零部件，66台科学实验仪器等。当返回地球时，“龙-1”飞船将1.5吨科学实验材料、废旧仪器和生活垃圾带回地球。

“笨鸭”起飞——“天鹅座”号

人生的意义是什么？

1954年，戴维·汤普森出生于一个贫穷的家庭，天生愚笨，外号“笨鸭”。他言语不多，但一直在想：一只笨鸭怎样变聪明？一个穷小子怎样当上亿万富翁？一名学渣怎样为人类做最大贡献？汤普森认为只有一条路：努力读书，敢想敢干！1976年，汤普森毕业于麻省理工学院航天专业；1978年，获得加州理工大学航空喷气推进硕士学位。

1981年，汤普森成立了美国轨道科学公司，研制火箭、导弹、反导导弹、卫星、航天飞船等，成就非凡，创造了许多世界纪录。到2015年3月，美国轨道科学公司共执行了482次太空任务和359次火箭发射；79次火箭发射，207次亚轨道火箭发射，78次商业卫星发射，78次政府卫星发射，40次太空运载任务，359次火箭、导弹、反导导弹试验飞行。

美国轨道科学公司是美国最大的航天制造商和国防工业公司之一。它曾进行70多次国家导弹防御系统的反导导弹拦截作战，未来几年还有30个拦截作战警戒的任务。目前，轨道科学公司正在设计和制造95多颗卫星，2018年底前交付用户。汤普森实现了人生的梦想。

“天鹅座”货运飞船是美国轨道科学公司研制的自动货运飞船，用于美国航空航天局商业轨道运输服务。它由轨道科学公司的“安塔瑞斯”火箭或“宇宙神-5”火箭发射升空，专门运输物资前往国际空间站。

“天鹅座”飞船由加压货物舱和服务舱组成。它重1500千克，长5.1米，直径3.07米，内部容积18.9米，运载能力2000千克，设计寿命1个星期到两年。“天鹅座”采用肼和四氧化二氮做推进剂，有两个长方形的砷化镓太阳能帆板，能够产生4千瓦的电力。

2014年10月28日，美国轨道科学公司发射“安塔瑞斯-130”火箭，将“天鹅座-3”货运飞船、美国行星实验室公司的26颗“羊群-1d”地球观测卫星等共计30个航天器送上太空。火箭发射6秒钟后，第一级火箭发动机故障，飞行终止系统激活。“安塔瑞斯-130”爆炸和大火，烧毁了车辆和货物，没有人员伤亡。这是一次航天史上最大发射失败之一，损失多种航天器30個，创造了毁坏卫星最多的世界纪录。

2015年12月6日，美国轨道科学公司老板汤普森下令发射第二代货运飞船——“天鹅座-4”号。新飞船比老飞船大多了。它重1800千克，长6.3米，直径3.07米，运载能力3500千克，内部容积27米。“天鹅座-4”飞船发射成功。它最值得夸耀的是：非常漂亮！它将之前的两个长方形太阳能帆板变成了圆形，咖啡色的太阳能帆板优雅潇洒，美艳惊人。endprint

快递小哥——“天舟”号

2016年9月15日，中国从酒泉卫星发射中心发射“长征-2F”运载火箭，将“天宫-2”号空间站送上太空。随后，“神舟-11”号载人飞船也于当年10月17日发射升空，航天员景海鹏、陈冬进入“天宫2”号空间站，开展太空科学试验。“天宫-2”号的投入使用正在召唤中国的货运飞船。

“天舟”号货运飞船横空出世，由中国空间技术研究院研制。它全长10.6米，最大直径3.35米，起飞重量为12.91吨，太阳能帆板展开后最大宽度14.9米，运送能力约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。中国航天迷送给“天舟”号货运飞船一个昵称——“快递小哥”。

“天舟”号飞船由一个直径3.35米的货物舱和一个直径2.8米的推进舱组成。货物舱用于装载货物，推进舱为整个飞船提供动力与电力。推进舱两侧各有一片3联太阳能帆板。“天舟”号共安装了25牛、120牛、150牛、490牛4种不同推力量级的36台发动机。推进舱后部安装了4台490牛变轨用的主发动机。飞船还安装了3种不同推力量级共32台姿控发动机。

“天舟”飞船的任务是：定期向“天宫-2”号空间站运输水、食品、空气，等生活用品，以及货物、燃料、仪器、设备、补给等。当发射后，它会自动与“天宫-2”号交会对接。航天员要将货运飞船上的物资搬运到空问站内。

“天舟”飞船还有两项任务：充当“天宫-2”号空间站的垃圾桶：航天员将“天宫-2”号空间站的垃圾等搬至“天舟”飞船运走；焚毁垃圾与自身：当脱离空间站，返回地球时，“天舟”飞船会快速下降，进入“死亡轨道”，以流星的方式在南太平洋圣诞岛航天器墓地上空大气层中烧毁，不留一点痕迹。

2017年4月20日19时41分35秒，中国第一艘货运飞船——“天舟-1”号从海南文昌航天发射中心，搭乘“长征-7”号运载火箭发射升空。大约10分钟后，“天舟-1”号与“长征-7”号火箭成功分离。它进入近地点200.033千米，远地点383.375千米，轨道倾角42.808°，轨道周期1小时30分钟21.63秒的预定轨道。

“天舟”号飞船十分先进，也十分争气。它的大小不如日欧的货运飞船，名列第三。“天舟”号的运载能力高于俄罗斯“进步-MS”号、日本“东方白鹳”号，低于欧洲航天局自动货运飞船，列世界第二。“天舟”号货运飞船的载荷比，也就是运载货物的重量与货运飞船本身重量之比，高达48%，高于日欧的货运飞船，为世界第一。“天舟”飞船顺利完成了第一次飞行，第一次对接“天宫-2”号空间站，任务艰巨，贡献巨大，意义重大，永垂世界航天史册。

天机不可泄露

一个精彩的传说开始演绎！“天舟-1”号与“天宫-2”号空间站完美对接。“天舟-1”号在3个月的生命里，将表演太空运输，快速交会对接、前后交会对接、太空装卸、太空加油、侧空翻等太空特技。它还进行半导体光电子材料、金属合金、亚稳材料、纳米材料、复合材料、太空冶炼、高精度测量、辐射环境和大气环境等科学试验等。

“天舟-1”号为“天宫-2”号空间站运送了110个包裹，其中几个包裹里隐藏着高科技秘密。航天专家透露了几种秘密“武器”：“天极”太空望远镜、迷你太空温室、超级数码相机、量子通信仪器、空问应用天地支持系统等。

“天极”太空望远镜搭载在“天宫-2”空间站上的伽马射线偏振探测仪。它的主要科学目标是：探测和研究遥远宇宙中突然发生的伽玛射线暴，并在国际上首次对伽玛暴的偏振性质实现高精度、系统性地测量。“天极”望远镜将深入研究恒星演化、黑洞形成，以及伽玛射线暴爆发的物理机制。

伽马射线暴是宇宙中发生的一种最剧烈的爆炸。天文学家认为：它是巨大恒星在燃料耗尽时塌缩爆炸，或者两颗邻近的致密星体，如黑洞或中子星合并产生的天文现象。伽马射线暴的时间不长，短至千分之一秒，长则数小时，但会在短时间内释放出巨大能量。它的威力极大，一分钟释放的能量相当于几百个太阳100亿年释放能量的总和，甚至扭曲地球磁场。“天极”太空望远镜将更好地理解极端天体物理环境下产生的伽马射线暴，为研究这种宇宙中最猛烈的爆发现象做出重要贡献。

迷你太空温室是一个养殖植物的小温室。为了人类长期在空间站生活和工作，航天员必须种植太空植物和粮食，自给自足。绿色植物可为人类和动物提供必需的食物和氧气。迷你太空温室将栽培两种植物——拟南芥和水稻。科学家将探索在太空环境中如何控制植物开花、成长和结种的技术与方法。这将为建立人类长期太空生存的生命生态支持系统奠定基础。迷你太空温室能为植物生长提供必需的水分供给，以及光照、温度控制。科学家利用可见光图像和荧光图像，研究植物在太空的生长发育。

超级数码相机是一架宽频段成像光谱仪。它安装在“天宫-2”空间站的下方，拥有“火眼金睛”的本领，观测地球、天气地理，样样精通。当“天宫-2”号飞越地球，大陆、海洋、岛屿等瞬间掠过，90分钟左右环绕地球一圈。如果一支航母舰队驶往太平洋，绝逃不出超级数码相机的神眼。

量子通信是一种利用量子纠缠效应进行信息传递的新型的通信技术。量子通信具有高效率和十分安全等特点，是国际量子物理和信息科学的研究热点。“天舟-1”号为“天宫-2”号空间站运送了一台量子密钥分配试验空间终端。它通过高精度自动跟瞄系统与量子密钥分配地面终端配合，在地面站与目标飞行器之间建立起量子信道，并進行空地量子密钥分配试验。这是世界上首次空地量子密钥分配演示实验。它将为载人航天的空地间量子保密通信，以及未来的天地量子保密通信网络建设打下基础。

“天舟-1”号的意义十分重大。它突破和检验了空间站货物运输，快速交会对接、太空加油等关键技术。这标志着中国载人航天工程第二步胜利完成，也正式宣告中国航天迈进“空间站时代”。

编辑：石坚endprint