157次发射：世界上最勤劳的货运飞船

　　在逐渐形成小火箭的宇宙飞船系列文章的第1季的过程中，有关要求小火箭讲述苏联的进步号货运飞船的留言累积了很多。那么，小火箭就以进步号货运飞船的小系列来完结小火箭飞船系列文章的第1季吧！
　　毕竟，作为一款发展最早、技术上最为成熟、改进型号最多、亲眼见证了礼炮-6号、礼炮-7号、和平号和国际空间站等大型航天器的成长历程的飞船，进步号是值得我们送上祝福的。
　　进步号货运飞船，到小火箭发出这篇文章的时候，已经发射升空157次，超过了其他所有类型的飞船。

　　进步号货运飞船系列文章将与大家共同探讨如下几个问题：

• 进步号货运飞船与苏联载人飞船的传承关系；
  
• 进步号飞船的总体设计情况；
  
• 进步号与其他飞船的大小对比；
  
• 进步号飞船经历的那些岁月；
  
• 进步号的标准载货组成；
  
• 进步号与空间站的对接；
  
• 进步号再入大气层。
  

　　本文是小火箭进步号货运飞船系列文章的第2篇。小火箭在这里将继续完成上述第5、6和7个问题的探讨。
　　5.载货
　　进步号无人货运飞船采用经典3舱布局，从头到尾，依次为加压货舱、燃料舱和推进器舱。基本上，进步号货运飞船就是大货车与油罐车的结合之后，又加上了能够在太空中飞行的能力的一个小家伙。
　　那么，进步号货运飞船通常会以怎样的搭配来运货的呢？ 前文提过，早期的进步号货运飞船，发射重量在7.021吨至7.249吨之间（由具体的载货情况决定），最大载货重量为2.3吨（进步1号至进步23号）或2.5吨（进步24号至进步42号）。后来的进步号货运飞船，最大载货能力能够达到2.6吨。 宇航员打开进步号货运飞船的舱门。哈！这个感觉应该是和过节的时候拆礼物包装盒的感觉很像吧！ 2016年7月17日，一枚联盟火箭将一艘进步飞船送入太空。小火箭就以这艘进步MS-03飞船为例，来说明进步飞船当中的货物到底会有哪些。
　　进步货运飞船的货舱内，液体、固体货物各自会有独立的包装，并且所有的货物包装都有防止乱跑的固定装置，看上去，还是很有序的。
　　燃料舱有1175千克货物：
　　705千克空间站所需燃料；
　　420千克水；
　　28千克压缩氧气；
　　22千克压缩空气；
　　加压货舱有1230千克货物：
　　318千克食品（另附餐巾纸、食物残渣收集袋）；
　　273千克水处理设备；
　　148千克公共卫生用品（厕纸、固体排泄物袋子、垃圾袋、固液分离泵）；
　　135千克个人卫生用品（内衣裤、药品、手持空气质量监测仪、清洗用品、急救包）；
　　19千克温度控制设备（另附空气滤芯、替换的管路）；
　　78千克电池设备；
　　19千克气罐；
　　22千克导航控制设备备件；
　　23千克维护工具套件；
　　31千克私人物品（便携式播放器、电池、信封）；
　　15千克科学实验设备；
　　5千克整理袋；
　　83千克曙光号货舱替换设备；
　　39千克空间站热交换器替换部件；
　　22千克美国宇航员货物。
　　燃料舱有1175千克货物+加压货舱有1230千克货物=2405千克货物。
　　6.对接

联盟载人飞船富有特色的杆-锥式对接系统成了该系列飞船的标志性技术。上图为联盟TMA-03M飞船与MRM-1 Rassvet对接，为国际空间站运送3名宇航员。摄于2011年12月23日。 从这张对接在空间站上的进步号飞船的照片来看，她简直和联盟号是一模一样的：经典的3舱段布局，一对太阳能帆板。好在飞船的加压货舱上写着硕大的“进步”，这或许算是她与联盟飞船最大的区别了。 进步货运飞船的对接机构。浓浓的机械感，给小火箭留下了深刻的印象。 进步M-13M（NASA序号进步45号）正准备与国际空间站对接。 进步M-66飞船（NASA编号进步33号）正准备与国际空间站对接。摄于2009年2月13日。 进步M-26M号 进步号货运飞船的星下点轨迹

　　联盟载人飞船与进步M-20M无人货运飞船
　　联盟与进步两兄弟同时对接在国际空间站上，是不是很亲切，很热闹？其实国际空间站可以接受更多飞船的对接。如小火箭的下图所示：进步号货运飞船的对接瞄准显示系统，黑白色的画面，很有时代感。从国际空间站的俄罗斯舱段向下看，正好是进步MS-03货运飞船正在进行自动对接。嗯，这艘飞船里面载的货物，小火箭已经在上文中详细给出了。进步货运飞船的Kurs自动对接系统的天线
　　说起这套系统，实际上，欧空局的ATV货运飞船上也使用了俄罗斯的自动对接系统来进行备份。
　　苏联第一次载人太空飞行的东方计划里，曾经试着在短时间内从同一发射架，只隔一两天发射两个航天器（1962年东方3号、东方4号，1963年东方5号、东方6号）。这两次火箭的制导控制系统都将两个航天器送至几乎完全相同的轨道。然而因为东方飞船缺乏轨道控制推进器，因此两艘飞船无法交会。虽然一开始两者间距仅有5至6.5公里，但后来则眼瞅着逐渐漂离到了相距数千公里。
　　人类太空飞船第一次与空间站的对接发生在1971年6月7日，由联盟11号载人与礼炮1号空间站完成。
　　提起进步号货运飞船的自动对接，那还是得说一下她少有的一次失误吧！
　　1997年6月25日，进步号货运飞船给和平号空间站运送补给。就在她准备与和平号对接的过程中，她一不小心，一下子就撞上了和平号。
　　这一撞可了不得，进步号创造了人类航天史上最严重的碰撞事故。进步号撞穿了和平号空间站的舱壁。空间站内的空气立刻喷涌而出。好在2名英勇的俄罗斯宇航员临危不惧，没有乘坐逃生飞船离开，而是冒着生命危险找到了洞口，并及时将洞口堵住，保住了和平号空间站。
　　上图为和平号空间站上被进步号飞船撞击后的光谱舱。在舱壁和太阳能帆板上，我们依然能够看到进步号撞击留下的痕迹。从那之后，美国宇航局开始重新考虑与俄罗斯的太空合作细节。1998年6月，撞击事故发生1年后，最后一名在和平号空间站执行任务的美国宇航员搭乘发现号航天飞机离开。
　　不过，总体来说，进步号的可靠性还是非常高的，偶尔淘气一下，算是来争取一下大家的关注吧。
　　有关航天器在轨交会对接的原理，详见相关的书籍。比如目前小火箭手里的两本比较经典的太空技术书籍中对交会对接的算法都有详细介绍：经典的《轨道设计指南》该书第8章讲述了卫星在轨对接的轨道动力学的原理。这本《太空技术》相对来说薄一些。
　　小火箭的好友大多已经对这些方程有了较为深入的研究，在此不再赘述。
　　不过，提到空间对接技术，小火箭觉得不得不提一下巴兹·奥尔德林博士。1963年1月，巴兹·奥尔德林向麻省理工学院提交了博士论文。时年33岁的他详细推导了航天飞行器在轨交会对接的方程，并因此项贡献，获得了麻省理工学院太空工程专业的博士学位。后来，奥尔德林博士与阿姆斯特朗搭乘阿波罗11号，登上了月球表面。上图为第二个踏足月球的人类，奥尔德林博士。摄于1969年7月20日。
　　巴兹·奥尔德林有关交会对接的博士论文有比较好的可读性，小火箭推荐大家阅读。不过，鉴于该文章年代久远，已较难找全原文。小火箭与小火箭好友共同努力，终于获取了麻省理工学院保存的奥尔德林博士论文的全文。给小火箭公号回复  “对接”  2字，可获得论文高清电子版。上图为小火箭截取的奥尔德林博士的毕业论文中的一幅示意图。
　　如果有人不爱计算方程，也不爱阅读相关技术文献的话，小火箭就只好避开公式推导，在这里给出进步号货运飞船与国际空间站自动对接的轨道示意图了：
制表：小火箭理论轨道实际轨道周期88.59±0.37 分钟88.56 分钟倾角51.66±0.06 °51.65 °近地点193±7 公里193.76 公里远地点245±42公里242.47 公里　　进步号飞船的入轨精度还是够用的。
　　3.再入
　　进步M-17飞船刚刚与国际空间站分离。她亮起灯，向国际空间站道别。联盟载人飞船不同，进步号飞船是无法在返回的时候保留完整返回舱的。上图为俄罗斯的一间厂房里堆砌的联盟号飞船的返回舱。这个在西伯利亚地区发现的加压气瓶看起来比较眼熟。按照其被发现的时间，再结合那段时期的飞船发射情况，可以判断它来自于进步MS-04号。按正常情况，进步货运飞船的大部分船体会在再入大气的时候烧毁。这个气瓶之所以保留了下来是因为进步MS-04没能正常发射入轨，而是在升空384秒后失去了控制。这是从国际空间站上拍摄的进步M-10M货运飞船再入大气层烧毁时的画面。该照片摄于2011年10月29日，那时，航天飞机已经全部正式退役，而私人航天公司、日本、欧空局等发射机构的货运飞船尚未挑起重担。进步号货运飞船肩负着为国际空间站的所有舱段提供食物和淡水的重要任务。上图是2014年，进步42号货运飞船再入大气时的场景。美么？这就是进步号货运飞船完成使命后，向这个世界告别时的样子。这是2016年的一艘进步MS货运飞船再入大气时的样子。进步货运飞船没有防热大底，飞船会在再入稠密大气的时候烧毁。空间站的宇航员可以将来不及清洗的内衣、其他难以回收利用的固体残渣或者一些想要彻底丢弃的物品放入货运飞船。按照预定再入弹道，这艘进步号像一颗火流星那样，飞速掠过太平洋上空，剩余的少许残骸坠入了新西兰海域。进步号货运飞船，展示了苏联太空探索技术的另外一面。在这里，对太空的向往不再是像N-1火箭那样的近乎疯狂，也不像能源火箭和暴风雨航天飞机那样给人留下无限的唏嘘与感慨。不再难以复制，也不再无法预知，进步号货运飞船以她的157次发射和出色的任务表现把踏实肯干、低调靠谱的精神展示得淋漓尽致。
　　（ 本文来源：小火箭 ）

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