世界上最大的貨運飛船：以愛因斯坦和凡爾納為名

小火箭出品

本文作者：邢強博士

本文原題目：

本文是小火箭經典貨運飛船系列文章的第2季的開篇。在小火箭經典貨運飛船第1季中，小火箭與大家一起分析了美國龍飛船的總體設計、龍飛船的對接、龍飛船的載人版改進、蘇聯進步貨運飛船的發展譜系、進步飛船的總體設計、進步飛船創造的人類航天史上最嚴重的碰撞事故、進步飛船的貨運搭配以及進步飛船與和平號空間站的凄美悲壯往事。

在第2季開篇，小火箭將要介紹的，是目前世界上最大最重的貨運飛船：歐洲自動運載器ATV飛船。

說起貨運飛船，我們腦海中或許會爭先恐後地出現兩個型號：一個是代表著傳統飛船設計理念的「進步」飛船，另一個則是在近幾年嶄露頭角吸睛無數的SpaceX公司的「龍」飛船。而實際上，老歐洲也有著自己的貨運飛船。而且，這款飛船是相當有特色的。

歐洲這款叫做自動運載器的飛船是目前在役的貨運飛船中個頭兒最大的。這個大圓桶長10.31米，最大直徑4.482米，儼然就是一輛雙層巴士的大小。該飛船空重10.47噸，一次可將7.5噸重的物資運送到國際空間站。從外面看，展開了太陽能帆板的飛船，其「臂展」達到了22.281米，總面積達33.6平方米，可以為飛船提供4.8千瓦的電力。

品質

一款貨運飛船能夠提升空間站宇航員的生活品質？答案是肯定的。

歐洲自動運載器按設計，有4個用途:

向空間站運送補給物資;

提升國際空間站的軌道;

充當空間站的附加活動室;

返回時作為垃圾筒使用。

這4項用途可以說每一項都與宇航員的生活品質息息相關。

歐洲自動運載器貨物的上行運載能力非常突出，其總載貨量接近俄羅斯「進步」系列飛船載貨量的3倍。

以該系列飛船的第4艘阿爾伯特·愛因斯坦號為例。該飛船在2013年由阿麗亞娜火箭從庫魯航天中心發射升空。滿載貨物的愛因斯坦號的發射質量達到了20.19噸。要知道，提供了空間站一部分的生命保障系統、可供2名乘員長期在軌生活的國際空間站俄羅斯部分核心艙段星辰號的發射質量也就是20.32噸。

一艘貨運飛船的發射質量能夠與國際空間站的重要艙段的質量相當，可見其運載能力之強。愛因斯坦號一口氣就給國際空間站的俄羅斯艙段運來了570千克的水，外加2.48噸的食物、衣物和儀器設備。如果單純依靠俄羅斯進步號飛船的話，按目前的發射密度，國際空間站上的宇航員要多等上1年的時間才能收齊這些好吃的和好玩的。

對接

歐洲自動運載器的自動對接和在軌加註方案繼承和發揚了俄羅斯的技術。這就使得該飛船成為了除進步號貨運飛船之外，唯一同時具備姿態控制、軌道提升和在軌補加3項重要技能的飛船。（當然，中國的天舟1號無人貨運飛船也將挑戰同時具備這3項技能的任務。）

上圖是ATV飛船與國際空間站對接後，剛剛打開艙門時的場景。是不是覺得這個對接的部位有點兒眼熟？

咱們再湊近一些看。哈！讀過小火箭經典貨運飛船第1季文章的工程師和愛好者們應該會一下子就認出來了！這不就是進步貨運飛船的對介面么？詳見小火箭公號文章《157次發射：世界上最勤勞的貨運飛船》。

是的，歐洲運載器ATV飛船的直徑雖大（4.5米），但是其對介面的直徑只有0.8米，與進步號貨運飛船是一樣的。

這是蘇聯/俄羅斯進步號貨運飛船的對介面。與上上圖歐洲貨運飛船的對介面可以做個對比。焉能辨我是蘇歐？

說起對接，小火箭在這裡剛好可以說一說這個帶有濃厚蘇聯風味的歐式對接。

這是國際空間站的俄羅斯艙段。小火箭在上圖標出了GPS天線和激光反射器的位置。遠處正在接近的，就是一艘ATV飛船（ATV-2 開普勒號）。

這是從國際空間站上拍攝的正在接近的ATV-4愛因斯坦號的樣子。這熟悉的界面，再次讓小火箭想起了進步號貨運飛船。

用於輔助對接定位的激光、紅外感測器

提升

古人云，身大力不虧。歐洲貨運飛船的軌道提升能力是比較強的。以第2艘歐洲自動運載器約翰內斯·開普勒號為例：2011年2月24日，該飛船與國際空間站對接後，為國際空間站補充了850千克燃料。

而開普勒號自身仍攜帶有4.534噸的燃料。當年3月18日，開普勒號飛船的發動機點火啟動，在工作了14分鐘42秒後，成功地將國際空間站的軌道向上提升了3900多米。把這項工作交給該飛船來做，給國際空間站的宇航員們省了不少麻煩。

動力

歐洲這款貨運飛船ATV，其對接系統傳承自久經考驗的蘇聯/俄羅斯進步號貨運飛船。那麼，她的動力系統與那個飛船又有著關聯呢？

小火箭認為，ATV飛船的動力系統兼具美國飛船與蘇聯飛船的特點。

這是世界上最大的貨運飛船歐洲ATV的推進艙。注意其尾部的4台軌道控制發動機。

這4台軌道控制發動機的單台推力為490牛。細心的您或許已經發現，這4台發動機看起來有些眼熟。

沒錯，你沒看錯。歐洲ATV飛船的主發動機與美國登月計劃所用的阿波羅飛船上面的姿態控制發動機很有淵源。

小火箭畫了個圈把阿波羅飛船其中一組姿控發動機圈出來了。

這就是推重比達13.74的阿波羅飛船RCS系統使用的R-4D發動機。

碩大的飛船，配上這4台小小的主發動機，是不是覺得有點兒萌？

這是ATV飛船的發動機燃料艙的結構細節。讀過小火箭經典飛船系列第1季的您，應該也能夠一眼認出來：哈！和進步貨運飛船有點兒像。

這是進步貨運飛船的動力系統

舒適

而從提升生活質量的角度來說，最有用處的莫過於增大宇航員們的生活空間了。歐洲ATV自動運載器的內部空間有90%是加壓的，容積高達48立方米。宇航員們裝卸貨物的時候，無需穿戴艙外宇航服，這個設計很貼心。

另外，該飛船的通風系統和空調系統的雜訊很小。喜歡寬敞和安靜的宇航員可以在搬空貨物的貨運飛船里睡個好覺。對於女性宇航員來說，這裡更是好地方了。國際空間站的核心艙段中，設備密布，飲水和洗澡的時候要格外小心，要防止微重力環境中漂浮的水滴造成國際空間站出現短路事故。而在貨運飛船的船艙里，宇航員則可以比較放心地用濕毛巾擦洗身體，甚至可以用一用在核心艙段內極少見到的洗髮香波和沐浴露。

在任意一艘歐洲自動運載器對接在國際空間站上的6個多月的時間裡，國際空間站的宇航員們都可以享受這個多出來的48立方米的安靜舒適且不用過分小心翼翼的空間。這段時光，會是他們日夜期盼，而後又會萬分留戀的。你能找到上圖中，對接到國際空間站上的一艘ATV飛船么？

寬敞的飛船在返回大氣層燒毀之前，宇航員可以將臟衣物、廢棄的儀器設備以及不具備回收價值的其他物品塞到飛船里。這樣，這艘飛船離開國際空間站的還能順便帶走重達6.5噸的垃圾。

先賢

歐洲自動運載器已經發射了5艘。這5艘飛船的名字是很有趣的，都是科學或者科幻事業的先賢。

第1艘ATV飛船叫儒勒·凡爾納號。生於法國的凡爾納被譽為「科幻小說之父」。他的作品對大型潛水艇、探月飛船等概念都有詳細的描繪，將其稱為預言家也不為過。其《海底兩萬里》《80天環遊地球》等作品可謂是科幻小說的巔峰之作。

第2艘飛船叫約翰尼斯·開普勒號。開普勒是德國天文學家、數學家，其開普勒三大定律奠定了軌道動力學的基礎。

第3艘飛船叫愛德華多·阿瑪爾迪號。阿瑪爾迪是二戰後義大利物理學領軍人物，航天技術領域的先驅研究者。

第4艘飛船叫阿爾伯特·愛因斯坦號。他創立了被認作是現代物理學兩大支柱之一的相對論，同時他也是質能等價公式的發現者。

第5艘飛船叫喬治·勒梅特號。勒梅特是生於比利時的一位宇宙學家。

愛因斯坦號貨運飛船正在再入大氣。世界上最重的貨運飛船，以愛因斯坦的名義，回歸故里。

感謝大家對小火箭的支持！

版權聲明：

本文已由邢強博士獨家授權小火箭刊發，禁止非授權轉載，歡迎朋友圈轉發。

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預祝中國首艘無人貨運飛船天舟1號發射順利！

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