“船”行太空，客货两相宜

文/迟惑

星际线飞船飞行效果图

2022年5月和6月，是全球载人航天收获颇丰的时节。在中国，天舟四号货运飞船和神舟十四号载人飞船先后发射成功，与中国空间站核心舱对接。在美国，第一次商业载人空间站飞行活动AMOX-1取得成功；波音公司的星际线商业飞船历经挫折，终于飞行成功，在进入轨道并且和国际空间站对接飞行了多天后返回地球，降落在白沙导弹靶场。这是美国新一代载人飞船中第三个飞行成功的。虽然它还没有实现载人飞行，但想来也没有什么无法逾越的技术障碍。这样一来，再考虑到俄罗斯的载人航天活动，全世界目前在研、在用的飞船数量就达到了10多种，呈现出空前繁荣的局面。

在上述飞船当中，最受人们关心和关注的，当然就是各种载人飞船。但货运飞船同样是载人航天的股肱之臣。没有它们，无论哪个国家的空间站都是无法维持的。更有意思的是，如果我们详细回顾世界上主要飞船的历史渊源，会发现，载人飞船、货运飞船和空间站之间，并不是简单的空间对接关系，在技术和思路上有着很多的相通之处。

全球飞船阵营：七客六货

目前世界上一共有“联盟”MS、“神舟”“载人龙”这3种飞船正在承担载人飞行任务，另有美国洛·马公司的“猎户座”、波音公司的“星际线”和中国的新一代载人飞船在研。俄罗斯的“海鹰”飞船据说正在研制，但没有详细进度公布。另外，预定用于发射“海鹰”的“安加拉”火箭研制一直不顺利，很可能影响其发射进度。

目前世界上一共有7种不同型号的货运飞船，分别是俄罗斯的“进步”，中国的“天舟”，美国的“天鹅座”、“货运龙”、“追梦者”飞船，日本的H2火箭转移飞行器（HTV），欧洲的自动转移飞行器（ATV）。不过“追梦者”还在研制中，“货运龙”、ATV和HTV刚刚停产不久。

3种不同的设计思路

这些飞船采用了3种不同的设计思路。第一类货运飞船可以称之为纯货运飞船，也就是仅仅承担把物资从地面送到空间站的责任，然后充当垃圾清运车，返回大气层烧毁。第二类可以称之为多用途类，它们不仅仅要把物资送上空间站，还要在空间站上长期对接，充当一个临时的加压舱段，供航天员在里面工作、休息、生活，当然也可以充当仓库。第三类是可重复使用的飞船。

厂房中的天舟四号飞船

“追梦者”与航天飞机

第一种飞船的代表就是俄罗斯的进步飞船，第二种的代表有中国的天舟飞船、美国的天鹅座飞船，还有ATV和HTV。第三种的代表是“载人龙”和“追梦者”。

这几类飞船之间，并不是泾渭分明的。载人飞船一般都有客货混装的能力，“载人龙”和“星际线”还采用了可拆卸座椅的模式，平时拆掉3个座椅来提高货运能力。有的货运飞船是用载人飞船改造而来，最典型的就是进步飞船,它是在联盟飞船基础上去掉轨道舱以后研制的。

从国际空间站上分离的联盟号飞船

还有的货运型飞船是载人飞船的先导型号，为了突破飞船结构、返回与着陆等相关技术。当这些技术取得成功之后，再进一步突破与载人飞行相关的技术。货运龙飞船就是如此，也就是说，龙飞船与进步飞船的研制模式是相反的。从某种意义上说，货运龙飞船是一种载人飞船的简化型号，这种简化型号可以在同一套设计蓝图的基础上，形成两种不同用途的飞船，对工作量简化有着很重要的意义。追梦者飞船也试图采取这种发展路线，但尚未成功。ATV也曾经考虑改造成载人飞船，但型号中途下马。

有些货运飞船是全新独立研制的，它们从设计之初，就没有考虑过任何载人往返的功能，包括天舟、HTV和天鹅座飞船在内。它们不需要承担航天员进出大气层的责任，因此没有设置返回所需要的烧蚀材料层、降落伞系统、气动控制系统、反冲火箭着陆系统等等，真的就是“单程货运卡车”。部分设计师们一度考虑过，用这类飞船改造成天地往返型号，至少能够带回一些空间试验的样品，但都没有实现。这类任务，如今都是通过载人飞船客货混装实现的。

运货能力差别大

载人飞船一般都是客货混装的，不太方便比较运货能力，所以我们这里只比较了几种货运飞船的运货能力。货运飞船的尺寸差别很大，运货能力差别也很大。

名称 尺寸 加压空间容积 发射质量 上行能力 单位容积载重量ATV 长10.3米，直径4.5米 48立方米 20750千克 7667千克 159.73千克/立方米HTV 长9.8米，直径4.4米 14立方米 16500千克 6000千克 428.57千克/立方米货运龙 长6.1米，直径3.7米 9.3立方米 12519千克 6000千克 645.16千克/立方米进步 长7.23米，直径2.72米 7.6立方米 7200千克 2400千克 315.79千克/立方米追梦者 未发布 未发布 未发布 5000千克 未发布天鹅座 长5.1米，直径3.07米 27立方米 6600千克 3000千克 111.11千克/立方米天舟 长10.6米，直径3.35米 15立方米 13500千克 6500千克 433千克/立方米

猎户座飞船

天鹅座飞船正在靠近国际空间站

我们可以发现一个比较有意思的事实，两类货运飞船的货物上行能力差异很大。进步飞船的货物总上行能力看起来差一些，但这主要是因为它的内部体积比较小，如果用单位空间载重力来衡量的话，它其实仅次于“货运龙”。这是什么原因呢？难道ATV、HTV都是没装满就上天了吗。

要知道，货运飞船并不是凭借自己的力量上天的，而是要依靠火箭。火箭运载能力的大小，实际上决定了货运飞船本身和货物加在一起的重量。天舟四号飞船用长征七号运载火箭发射，ATV用阿里安5火箭发射，HTV用H2火箭发射，货运龙飞船用猎鹰9火箭发射，这些火箭不同的运载能力以及飞船发射质量的差异，决定了飞船载货能力的大小。

对接方式不同

无论客货，上述飞船还可以进行另外一种分类，那就是可以自主对接的和没法自主对接、要靠机械臂抓到对接口上的。其中天舟、ATV、“进步”、“追梦者”属于第一种，其余属于第二种。这两种模式各有优缺点。可以自主交会对接的飞船，对接过程比较自由，不需要等待机械手的空闲时间，但是需要为它们设置雷达、光学敏感器、相应的姿轨控能力，成本比较高；不可以自主交会对接的型号就完全相反。如果今后的空间站大量配备机械臂，或许后一种飞船会更受青睐吧。

日本HTV货运飞船抵达国际空间站

都是载人航天器

无论货运飞船还是载人飞船，都属于载人航天器。这是因为，它们和空间站对接之后，内部环境是要打通的。航天员要穿着舱内航天服进入这两类飞船，去搬运货物或者执行操作。所以，即使是货运飞船，内部也要提供人类可以生存的环境，至少要确保气密性，不能成为空间站上的漏气部位。正因为如此，载人飞船、货运飞船、空间站舱段之间，有着技术上的互通性。随着载人航天活动的持续开展，或许人们能在这3类飞行器之间找到更多的共同点，这样，就能实现最大程度的材料、元器件、设计、工艺和流程通用化。这对降低成本、缩短周期、扩大产能，有着重要的意义。