天舟4号飞船发射成功,可载货6.5吨,与SpaceX龙飞船相比谁更强?

5月10日凌晨,搭载天舟四号货运飞船的长征七号遥五运载火箭,在海南文昌发射中心成功发射升空。

天舟四号发射升空

天舟四号是天舟系列飞船中最新要发射的一艘,与之前的神舟载人飞船不同,天舟货运飞船是专门给空间站拉货用的,相当于一辆“太空卡车”。而且这辆“卡车”相当大,直径达3.35米,长度则达到了10.6米。

巨大的天舟货运飞船

天舟四号货运飞船

与前面的几艘货运飞船相比,天舟四号这次要执行的任务可是非同一般。自神舟13号载人飞船返回地球后,我国空间站的关键技术验证阶段就成功结束了。而接下来就是至关重要的建造阶段。在这个阶段将发射问天号、梦天号实验舱,还有2艘载人飞船和2艘货运飞船,在年底前完成空间站的在轨建造。

天舟四号发射升空

而天舟四号正是我国空间站建造阶段所发射的第一个航天器,将为随后发射的神舟十四号乘组三名航天员6个月的在轨驻留、空间站组装建造,以及开展多种空间应用领域提供物资保障。它装载了共计200多件(套)货物,包括货包货物和直接安装货物以及补加推进剂等。

天和核心舱将与天舟3号、4号和神舟14号形成组合体

天舟4号将见证问天号、梦天号的转位对接

说了这么半天,有些朋友估计会有个疑问:作为货运飞船,天舟四号的能力到底怎么样,在世界上能排第几呢?

目前全世界的货运飞船有好几种,除了我国的天舟飞船之外,俄罗斯的进步号货运飞船历史最悠久,在礼炮号时代就承担了为空间站补给的任务。进步号的一大绝活就是能够进行在轨燃料补加,目前国际空间站还只能依赖进步号飞船来补充发动机所需的燃料。

进步号货运飞船

其它的货运飞船还有美国的货运龙飞船、天鹅座飞船,欧洲的ATV飞船,还有日本的HTV。这几种飞船各有千秋,但有一点是相同的:它们都不具备为空间站补加燃料的能力。

同以上这些飞船相比,我国天舟飞船的拉货本领绝对是杠杠的。最大上行运输能力达到了6.5吨左右,在有史以来的货运飞船中能排到第2位,仅次于欧洲的ATV飞船。ATV的最大货运能力超过了7吨,不过它现在已经彻底退役了。

天鹅座飞船,载货能力3.8吨

因此,单论拉货能力,天舟是妥妥现役货运飞船第一名,力压俄罗斯的进步号、美国的货运龙飞船、天鹅座飞船和日本的HTV。另外天舟飞船的最大起飞重量是13.5吨,载货量与总重量的比值,即载荷比指标则超越了有史以来的所有货运飞船,高居世界第一位。

更厉害的是,天舟货运飞船还具备在轨燃料补加能力,可以为空间站补充大量的燃料。前面说过进步号货运飞船也能运送燃料,但它的最大载重量只有2.5吨左右,一般只会携带几百公斤重的燃料,因此天舟在这方面的能力要比它高出一大截。

天舟飞船具备在轨补回推进剂的能力

除此之外,天舟飞船还可以变换多种构型,目前已发射的还都是全密封飞船,6.5吨左右的货物全部装在加压的密封舱内,但它的货物舱模块在设计之初,就考虑了另外两种半密封和全开放构型,可以运载一些大型的非加压货物,例如空间站外部的构件等。

天舟货运飞船的三种货物舱构型

天舟货运飞船既然有这么多优点,那么有没有哪一种飞船的能力可以超过它呢?如今,马斯克的SpaceX公司风头正劲,而该公司恰好也有一种货运飞船,即货运版的龙飞船。货运龙飞船已经发展到第二代,采用了与载人龙飞船相似的两舱结构。

载人版龙飞船,返回舱侧面有逃逸发动机

它的前半部分是可以往返大气层内外空间的返回舱,作为加压货舱使用,同时返回舱还带有姿轨控发动机。与一般货运飞船不同的是,龙飞船后半段不是带发动机的服务舱(它的发动机装在了返回舱上),而是一段延伸段,外表面是太阳能电池,内部就成了非加压货舱。

由于不需要载人,货运版的龙飞船取消了载人版飞船上的逃逸发动机,以便装载更多的货物。那么货运版龙飞船的能力能否与天舟飞船相媲美呢?咱们来简单地比较一下:

货运版龙飞船,没有逃逸发动机

货运龙飞船的最大上行运输能力达到了6吨左右,大幅超过俄罗斯的进步号和美国另一种天鹅座货运飞船,看起来与天舟飞船的拉货能力相差不大。不过,由于货运龙的货舱分为两部分,前半截是9.3立方米的加压货舱,后半截则不加压。因此,它的加压货物运送能力是达不到6吨的,据估计只有3.5吨左右,在这方面与天舟的差距还是比较大的。

但货运龙的这种设计也带来了好处:后面的非加压段内部容积非常大,有37立方米之多,可以运输一些不需要加压的大构件,比如空间站发电用的柔性太阳翼。不过,货运龙飞船的这种优势在天舟飞船面前就显不出来了,因为天舟的全开放货物舱构型同样也可以运送大量的非加压货物。

龙飞船非加压段装载的柔性太阳翼

既然货运龙飞船的最大运输能力比不上天舟,那是不是说明龙飞船一点优势也没有呢?并不是这样,因为龙飞船还有一项天舟飞船所不具备的优点,那就是可重复使用:货运龙飞船的发动机都位于返回舱,返回地球时所丢弃的只是后面的非加压延长段,返回舱通过空气制动和多个降落伞减速后,会在海上溅落并回收,经整修后的返回舱就可以再次使用。

可回收这个优势除了能降低成本之外,还带来了一大好处,那就是飞船具备了下行运输能力,可将空间站的货物带回到地面上。龙飞船的最大下行运力可达3吨,这给空间站的运营带来了极大的方便,大量的科研样品、设备可以被带回地球。在货运飞船中,截止目前还只有龙飞船能做到这一点。

回收的货运龙飞船

而天舟货运飞船在设计上并没有考虑可回收,它是一次性使用的。它与空间站对接时,可作为“垃圾箱”来使用。与空间站分离后,它会和装载的废弃物一起在大气层中烧毁,只有少量残骸坠落到预定海域,例如南太平洋的尼莫点。目前我国如果想把空间站的物品带回地面,还只能依靠载人飞船。

由此可见,在可重复利用这一方面,天舟的确不如货运龙飞船。不过也不用着急,这个短板将由新一代飞船来弥补。2020年5月5日由长征5B遥一火箭发射的新一代载人飞船试验船,它的返回舱使用气囊缓冲着陆,具备可重复使用的能力。而新一代飞船也有货运版,下行运力可达2.5吨,并且加压货舱的容积比龙飞船还要大。


新一代载人飞船也有货运版

可以预见,我国空间站建成之后,各种型号的载人、货运飞船都会陆续亮相,在地球与空间站之间穿梭往来,这样的热闹场面真是令人神往!

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