文/錢衛(wèi)

天鵝座飛船為國際空間站送貨

搭載著天鵝座飛船的宇宙神5火箭點(diǎn)火

分離前的HTV-2

天鵝座飛船的商業(yè)機(jī)會(huì)，實(shí)際上是“撿”來的。在美國宇航局發(fā)布空間站商業(yè)貨運(yùn)合同之初，曾經(jīng)選定了火箭飛機(jī)凱斯特勒公司，但是這家公司后來卻無法履行合同。于是美國宇航局在2007年10月18日決定終止合同，并在2008年2月19日選擇了軌道科學(xué)公司，授予價(jià)值19億美元的商業(yè)貨運(yùn)合同，在2016年前實(shí)施8次貨運(yùn)飛行。軌道科學(xué)公司后來被諾·格公司收購，于是這份合同就落到了諾·格公司手中。

和其他現(xiàn)役型號(hào)相比，“天鵝座”可能是針對(duì)性最強(qiáng)的一個(gè)型號(hào)。它僅僅是為了承擔(dān)國際空間站貨運(yùn)工作而設(shè)計(jì)的，既沒有考慮長期留軌，也沒有考慮進(jìn)化成載人型號(hào)的潛力。而且軌道科學(xué)公司自己甚至沒有研制加壓貨艙（PCM）的能力，這部分是由歐洲泰雷斯-阿萊尼亞公司代工的，也算是和ATV有很近的血緣關(guān)系。軌道科學(xué)公司自己承擔(dān)的是服務(wù)艙研制，而服務(wù)艙上的兩個(gè)圓形太陽電池同樣是歐洲代工，具體負(fù)責(zé)的是荷蘭航天公司。這導(dǎo)致諾·格公司后期想在“天鵝座”上做更多文章、改造成返回式貨船時(shí)，遇到了很大的困難。

載貨能力最差的飛船

軌道科學(xué)公司的天鵝座飛船

國際空間站上的日本HTV貨運(yùn)飛船

和ATV一樣，天鵝座飛船由兩個(gè)基本組件組成：加壓貨運(yùn)艙（PCM）和服務(wù)艙（SM）?；拘蚉CM的空重為1500千克。SM艙由軌道科學(xué)ATK公司建造，技術(shù)基礎(chǔ)是GEOStar和LEOStar衛(wèi)星平臺(tái)，以及為黎明號(hào)探測器開發(fā)的組件，其發(fā)射質(zhì)量為1800千克。基本型“天鵝座”建造了5艘，第一艘沒有載貨，第二艘僅僅載貨589千克，第三艘增加到1260千克，第四艘增加到1494千克，第五艘試圖把載貨量提高到2215千克，卻因?yàn)榘l(fā)射失敗而損毀。

目前，基本型天鵝座已經(jīng)退役，從第四艘開始就改成了“增強(qiáng)型”。增強(qiáng)型的PCM有所拉長，空重達(dá)到1800千克，內(nèi)部體積增加到27立方米，載重量可以達(dá)到3500千克以上。

不過和其他貨運(yùn)飛船相比，“天鵝座”的單位容積載重量是最低的。這與用來發(fā)射它的“心宿二”火箭運(yùn)載能力不足有直接關(guān)系。

加拿大臂2捕獲天鵝座飛船

進(jìn)步飛船和天鵝座飛船并列在一起

轉(zhuǎn)職月球宿舍

有意思的是，“天鵝座”飛船這種大卻不能裝的特色，在美國宇航局的載人重返月球計(jì)劃中，卻體現(xiàn)出了獨(dú)特的價(jià)值。它是目前美國企業(yè)生產(chǎn)的可載人航天器中內(nèi)部空間最大的。其他公司的同類產(chǎn)品都還在PPT上。用它來改造成新的空間站艙段，再合適不過了。

2019年8月，美國宇航局決定向諾·格公司創(chuàng)新系統(tǒng)部授予獨(dú)家合同，研制地月空間站的最小居住艙，后來改名為居住和后勤前哨站，簡稱HALO。HALO艙直接用增強(qiáng)型“天鵝座”改造，分為兩種型號(hào)，一種是6.1米×3米的極簡設(shè)計(jì)，一種是7米×4.4米的擴(kuò)大型設(shè)計(jì)。諾·格公司要在加壓艙外面添加徑向?qū)涌?、散熱器、電池和通信天線。2020年6月5日，美國宇航局授予諾·格公司一份1.87億美元的新合同，以完成HALO的初步設(shè)計(jì)。另外一家美國企業(yè)麥克薩爾公司正在為它建造動(dòng)力和推進(jìn)元件（PPE）集成。

最像“天舟”的日本的HTV

心宿二火箭和天鵝座飛船在廠房中

準(zhǔn)備與國際空間站對(duì)接的天鵝座飛船

日本此前擁有一種國際空間站貨運(yùn)飛船HII轉(zhuǎn)移飛行器（HTV），外號(hào)“白鸛”，是日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）研制的。研制這個(gè)型號(hào)的目的和歐空局基本相同，主要是提升日本的航天科研能力。HTV也是日本第一次研制具有載人能力的航天器。按照日本說法，HTV對(duì)于國際空間站的再補(bǔ)給非常重要，因?yàn)楹教祜w機(jī)退役后，HTV是唯一能夠轉(zhuǎn)運(yùn)105厘米寬的國際標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)機(jī)柜（ISRP）的飛船。HTV有一個(gè)外部有效載荷艙，可以用機(jī)械臂操作。在內(nèi)部，它總共能裝載8個(gè)ISPR，這是“載人龍”和“天鵝座”都做不到的，進(jìn)步飛船就更不行了。HTV和其他貨運(yùn)飛船的另一個(gè)重大差異，就是太陽能電池的安裝方式。其他飛船基本都采用可展開式太陽翼，只有HTV采用了體裝式太陽電池，看起來有一種80年代通信衛(wèi)星的感覺。

天鵝座飛船和聯(lián)盟飛船并列在國際空間站上，前者不是用機(jī)械臂捕獲的

日本第六艘HTV

日本制造的HTV-4飛船與國際空間站對(duì)接

HTV只飛行了9次。2015年5月，日本宣布研制一種新的飛船型號(hào)HTV-X，在HTV基礎(chǔ)上改進(jìn)性能、降低成本。按照早期計(jì)劃，它應(yīng)該在日本的2022年聯(lián)合財(cái)政年度首飛，不過現(xiàn)在推遲到2023年了。HTV-X的基本思路是這樣的：盡可能沿用HTV的加壓貨艙設(shè)計(jì)，但是要增加一個(gè)側(cè)艙口，方便在飛船與運(yùn)載火箭結(jié)合后，再次向飛船內(nèi)添加貨物；采用新的服務(wù)艙，配用新的電子設(shè)備和推進(jìn)系統(tǒng)，并且用來容納非加壓貨物。非加壓貨物裝載在服務(wù)艙頂部，而不是飛船內(nèi)部；姿態(tài)控制系統(tǒng)（RCS）和太陽能電池板集中在服務(wù)艙上，簡化布線和管道，以減少重量和制造成本。另外，把非加壓的貨物裝載到航天器外，可以裝載體積更大的貨物，只要不超過運(yùn)載火箭整流罩的限制就可以。據(jù)說，這樣的改進(jìn)可以把成本在HTV基礎(chǔ)上削減一半。

如此，HTV-X由3個(gè)艙段組成。3.5米長的加壓艙位于后部，設(shè)計(jì)與HTV的加壓艙幾乎相同，但延長了0.2米。一個(gè)2.7米長的中央服務(wù)艙，側(cè)面裝有兩個(gè)太陽能電池板，產(chǎn)生1千瓦的電力，比HTV的200瓦更大，船載電池峰值功率達(dá)到3千瓦，而HTV只有2千瓦；通信鏈路容量由原來的8kbit/s增加到1Mbit/s；姿態(tài)和軌道控制發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)形安裝在服務(wù)艙周圍。最前面是3.8米長的非加壓貨艙，其實(shí)就是一個(gè)帶貨架的空心圓筒。

HTV-X的服務(wù)艙和加壓艙總長度為6.2米，算上非加壓艙可以達(dá)到10米。預(yù)計(jì)HTV-X的發(fā)射質(zhì)量將從HTV的16500千克下降到15500千克，而最大上行載貨能力將從HTV的6000千克增加到7200千克。但是到2021年的最終設(shè)計(jì)時(shí)，加壓艙的側(cè)艙口被放棄了，后期再增加貨物，就要打開主艙門，穿過星箭適配器裝進(jìn)去。

日本現(xiàn)在僅僅為HTV-X開列了3艘飛船的預(yù)算。不過日本在2021年還提出，可以在HTV-X基礎(chǔ)上開發(fā)出一種叫做HTV-XG的型號(hào)，作為日本參加美國阿爾忒彌斯計(jì)劃的貢獻(xiàn)，用來向地月軌道空間站運(yùn)送貨物。

日本的這兩個(gè)型號(hào)，都沒有考慮過改造成為載人飛船，甚至沒有考慮過改造成為返回式飛船。因此在理念上，它恐怕是最接近于天舟飛船的。