天舟一號整裝待發(fā)：可將6噸貨物送往空間站

17日，長征七號遙二運(yùn)載火箭與天舟一號貨運(yùn)飛船組合體在垂直轉(zhuǎn)運(yùn)中。

　　楊志遠(yuǎn)攝

　　17日7時(shí)30分，位于海南文昌的中國文昌航天發(fā)射場，承載著天舟一號貨運(yùn)飛船和長征七號遙二運(yùn)載火箭組合體的活動(dòng)發(fā)射平臺駛出總裝測試廠房，垂直轉(zhuǎn)運(yùn)至發(fā)射區(qū)，完成最終狀態(tài)確認(rèn)后，預(yù)計(jì)于4月20日至24日擇機(jī)發(fā)射。作為我國首艘太空貨運(yùn)飛船，天舟一號的首飛將揭開我國載人航天工程空間實(shí)驗(yàn)室飛行任務(wù)收官之戰(zhàn)的序幕。

　　太空貨運(yùn)飛船有怎樣的發(fā)展歷史，在人類探索太空的進(jìn)程中扮演何種角色，未來發(fā)展形態(tài)如何？記者專訪了國際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會秘書長、中國航天科工集團(tuán)公司二院二部研究員楊宇光。

　　進(jìn)步一號

　　人類首艘貨運(yùn)飛船，使長駐太空成為可能

　　記者：從發(fā)展歷程來看，貨運(yùn)飛船的可靠性如何？

　　楊宇光：人類第一艘貨運(yùn)飛船是1978年1月20日在蘇聯(lián)拜科努爾航天中心發(fā)射的進(jìn)步一號。發(fā)射兩天后，進(jìn)步一號順利與軌道上運(yùn)行的禮炮6號空間站對接，為航天員尤里·羅曼年科和格奧爾基·格列奇科送去了1.3噸食物、給養(yǎng)、零件備份和科學(xué)儀器，還為空間站帶去了1噸重的推進(jìn)劑和氧氣，這使人類在太空的長期駐留成為可能。

　　進(jìn)步號飛船不但能夠?yàn)榭臻g站運(yùn)輸航天員的生活物資和推進(jìn)劑，還可以為空間站送去維修用的部件和新的科學(xué)試驗(yàn)儀器，這不但延長了在軌科學(xué)試驗(yàn)儀器的壽命，還可以更加靈活多樣地安排新的科學(xué)試驗(yàn)，使得進(jìn)步號飛船一直服役至今。在進(jìn)步號的支持下，和平號空間站創(chuàng)造了人類太空連續(xù)駐留423天的紀(jì)錄。

　　進(jìn)步號飛船本身不像載人飛船那樣可以回收，一般在完成補(bǔ)給任務(wù)后，航天員會將空間站上產(chǎn)生的各種生活垃圾和廢物填入進(jìn)步號，隨之離軌一同銷毀。在進(jìn)步號眾多的任務(wù)中，只有3次因?yàn)榘l(fā)射失敗而導(dǎo)致整個(gè)任務(wù)失敗，但從整個(gè)進(jìn)步號的發(fā)展歷程來看，其可靠性是相當(dāng)高的。在可以預(yù)見的將來，仍將在國際空間站的運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用。

　　龍飛船

　　商業(yè)貨運(yùn)飛船，成為空間站貨運(yùn)的補(bǔ)充力量

　　記者：目前服役中的太空貨運(yùn)工具各具哪些優(yōu)勢？

　　楊宇光：除了進(jìn)步號貨運(yùn)飛船外，國際空間站在最初的設(shè)計(jì)中非常依賴航天飛機(jī)，但2011年航天飛機(jī)退役后，單靠進(jìn)步號貨運(yùn)飛船無法滿足重量超過400噸、擁有6名常駐航天員的國際空間站的運(yùn)營。在這種情況下，歐空局的自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)飛行器ATV和日本研制的HTV，成為國際空間站貨運(yùn)補(bǔ)給的重要補(bǔ)充。

　　歐洲的ATV重量超過20噸，可以為空間站運(yùn)輸約8噸的貨物，加壓貨艙擁有48立方米的巨大容積，重量和貨運(yùn)量在已有的和正在研制的貨運(yùn)飛船中都是最大的。

　　日本的HTV的空載重量約10.5噸，可以將6噸重的貨物送往國際空間站。不過，與進(jìn)步號和ATV不同，HTV不會自動(dòng)與空間站對接，而是飛到空間站附近，由空間站的機(jī)械臂將其“抓捕”并�？吭趪�際空間站和諧號節(jié)點(diǎn)艙的靠泊口上。這在設(shè)計(jì)上極大簡化了交會對接系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在所有的貨運(yùn)飛船中，HTV擁有最大的艙門，可以將國際空間站標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜直接從飛船中轉(zhuǎn)移到空間站內(nèi)，帶來了很多的便利。

　　記者：龍飛船為什么如此引人關(guān)注？

　　楊宇光：龍飛船由美國太空探索公司SpaceX自主研發(fā)，飛船的加壓艙能夠?qū)崿F(xiàn)回收并重復(fù)使用，這也使得龍飛船成為第一種具備大量貨物下行能力的貨運(yùn)飛船，貨物上行能力大約3.31噸，同時(shí)具備將2.5噸貨物運(yùn)回地面的能力，并且可以靈活地配置加壓艙和非加壓艙的貨物比例。

　　在2010年和2012年完成兩次技術(shù)驗(yàn)證飛行后，迄今為止龍飛船為國際空間站執(zhí)行了11次貨運(yùn)任務(wù)并成功10次。2015年6月28日因?yàn)楂C鷹9號火箭發(fā)射失敗而損失了一艘龍飛船。2016年獵鷹9號火箭在發(fā)射臺上慘烈的爆炸也拖延了后續(xù)補(bǔ)給任務(wù)的進(jìn)行。從這個(gè)案例我們可以看出，商業(yè)航天時(shí)代如何在低成本的同時(shí)保證高可靠，依然是亟待解決的難題。

　　當(dāng)然，除了太空探索公司，美國的軌道科學(xué)公司以及重組后的軌道ATK公司自主研制了安塔瑞斯運(yùn)載火箭和天鵝座貨運(yùn)飛船，在一次試驗(yàn)性的飛行后為國際空間站執(zhí)行了6次補(bǔ)給任務(wù)并成功5次。

　　天舟一號

　　不但用于空間站補(bǔ)給，還可作為空間科學(xué)試驗(yàn)平臺

　　記者：我國的貨運(yùn)飛船有何特點(diǎn)？

　　楊宇光：未來中國的載人空間站，將有幾名航天員在軌長期駐留，在乘組輪換期間甚至將有兩艘神舟飛船和更多的航天員短期同時(shí)在軌。顯然，沒有貨運(yùn)飛船的支持，是無法完成長期在軌駐留任務(wù)的。這也是中國航天研發(fā)天舟貨運(yùn)飛船的根本原因。

　　天舟一號是我國自主研制的首艘貨運(yùn)飛船，采用兩艙構(gòu)型，由貨物艙和推進(jìn)艙組成，總長10.6米，艙體最大直徑3.35米，太陽帆板展開后最大寬度14.9米，起飛重量約13噸，物資上行能力約6噸，推進(jìn)劑補(bǔ)加能力約為2噸，具備獨(dú)立飛行3個(gè)月的能力，具有與天宮二號空間實(shí)驗(yàn)室交會對接、實(shí)施推進(jìn)劑在軌補(bǔ)加、開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)試驗(yàn)等功能。

　　一方面，它由運(yùn)載能力達(dá)13.5噸的新一代中型運(yùn)載火箭“長征七號”發(fā)射，可以將重達(dá)6噸的貨物送往中國未來的空間站。其有效載荷比例在目前所有的貨運(yùn)飛船中是最高的。

　　另一方面，天舟貨運(yùn)飛船充分繼承了過去天宮一號、二號空間實(shí)驗(yàn)室和神舟飛船積累的技術(shù)基礎(chǔ)，與進(jìn)步號和ATV類似，天舟貨運(yùn)飛船也具備為空間站補(bǔ)加推進(jìn)劑的能力，并將在天舟一號與天宮二號的對接任務(wù)中驗(yàn)證這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。天舟一號在今年的飛行任務(wù)中將面臨諸多的技術(shù)挑戰(zhàn)。

　　天舟貨運(yùn)飛船不但是中國未來空間站的補(bǔ)給飛船，由于它具備較長時(shí)間的獨(dú)立自主飛行能力，因此還可以作為空間科學(xué)試驗(yàn)的平臺。

　　記者：太空貨運(yùn)飛船以后能作星際飛行嗎？

　　楊宇光：從進(jìn)步一號到現(xiàn)在，貨運(yùn)飛船已經(jīng)為人類在太空的長期駐留履行了近40年的職責(zé)，并仍將在國際空間站和中國空間站的運(yùn)營中發(fā)揮不可替代的重要作用。未來針對近地軌道空間站的貨運(yùn)任務(wù)將朝著更高載荷比、更高效費(fèi)比和更加靈活的方向發(fā)展，隨著技術(shù)的進(jìn)步不斷升級換代。

　　但人類不可能長期只停留在近地軌道。近年來，世界各航天大國都將視野投向了月球甚至火星，并在自己的載人航天計(jì)劃中落實(shí)相應(yīng)的發(fā)展路線圖。實(shí)際上，從美國阿波羅計(jì)劃首次登陸月球，到現(xiàn)在已近半個(gè)世紀(jì)，單純重復(fù)阿波羅計(jì)劃的過程對各國都不是最理想的選擇。因此，建設(shè)月球基地，以及在未來人類實(shí)現(xiàn)登陸火星后，建設(shè)火星基地，成為未來載人航天發(fā)展的重要考慮。

　　月球基地和火星基地的建設(shè)無疑是規(guī)模遠(yuǎn)超國際空間站的巨大工程，其技術(shù)難度和巨大的資金投入成為實(shí)現(xiàn)路徑上的最大障礙，而其中一個(gè)非常關(guān)鍵的因素就是維持基地運(yùn)行的貨物運(yùn)輸，如何降低這一成本是全世界載人航天領(lǐng)域繞不開的重大課題。

　　以月球基地為例，如果能夠通過單級入軌、完全可重復(fù)使用的登月艙，實(shí)現(xiàn)月球基地與繞月軌道之間的往返運(yùn)輸，再利用高比沖的電推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)繞月軌道與近地軌道之間的完全可重復(fù)往返軌道轉(zhuǎn)移飛行器，就可以將月球基地的貨物運(yùn)輸成本降低到近地軌道貨運(yùn)的水平。

　　當(dāng)然，如果未來能在月球基地實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑的制備，不但可以進(jìn)一步降低貨物運(yùn)輸?shù)某杀�，還能夠?yàn)榻M裝巨大的火星飛船奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使人類真正進(jìn)入開發(fā)太陽系的新紀(jì)元。