不久前，我國(guó)在文昌航天發(fā)射場(chǎng)使用長(zhǎng)征七號(hào)運(yùn)載火箭，成功將天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船送入預(yù)定軌道，為天宮空間站送去了今年的首批物資。其實(shí)，貨運(yùn)飛船除了向空間站運(yùn)輸物資外，還有很多別的功能。那么，貨運(yùn)飛船其他的用途都有哪些呢？

承擔(dān)一定的太空實(shí)驗(yàn)

“造船為建站，建站為應(yīng)用”，空間站具備有人駐留操控和平臺(tái)體積大等特點(diǎn)，是航天員在軌開(kāi)展空間科學(xué)研究和應(yīng)用的理想平臺(tái)。

天舟三號(hào)、天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船與天和核心艙對(duì)接

雖然空間站的支持能力強(qiáng)，但廣泛的空間科學(xué)研究和應(yīng)用帶來(lái)了眾多需求?？臻g站除了主體外，貨運(yùn)飛船也是太空實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的一員，是空間站開(kāi)展空間科研和應(yīng)用的重要補(bǔ)充，在有些場(chǎng)合它具有不可替代的作用。

世界很多國(guó)家研制的貨運(yùn)飛船都具備獨(dú)立自主飛行能力和軌道姿態(tài)控制能力，都有大容量的增壓貨艙，部分飛船還有非加壓貨艙。這些貨運(yùn)飛船中既有裝備大型太陽(yáng)翼的類型，也有在體表覆蓋太陽(yáng)能電池的型號(hào)，為開(kāi)展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用提供了充分和多樣化的物質(zhì)基礎(chǔ)。

另外，航天發(fā)射的成本都極其昂貴，發(fā)射上天的航天器比等重黃金還貴，如果只將貨運(yùn)飛船用于運(yùn)輸物資難免有點(diǎn)浪費(fèi)。

貨運(yùn)飛船可以看作是一個(gè)短壽命的迷你空間站，合理利用其開(kāi)展太空實(shí)驗(yàn)成為了常規(guī)操作。

貨運(yùn)飛船具備獨(dú)立飛行能力，適合需要獨(dú)立開(kāi)展的太空實(shí)驗(yàn)，尤其是那些有更高微重力環(huán)境要求的實(shí)驗(yàn)。例如，日本HTV貨運(yùn)飛船采用的是貼身太陽(yáng)能電池，大氣阻力和太陽(yáng)光壓等外力帶來(lái)的加速較小，成為了很好的太空微重力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

蘇聯(lián)首先研制并將貨運(yùn)飛船投入使用，蘇聯(lián)和繼承者俄羅斯都積極探索使用貨運(yùn)飛船開(kāi)展空間實(shí)驗(yàn)。俄羅斯曾使用進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船執(zhí)行研究發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰等離子體特征。該飛船還用于快速交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)，為后續(xù)聯(lián)盟號(hào)載人飛船的快速對(duì)接奠定了基礎(chǔ)。

美國(guó)天鵝座貨運(yùn)飛船

美國(guó)的天鵝座貨運(yùn)飛船有一個(gè)3米直徑和27立方米體積的貨艙，為開(kāi)展太空實(shí)驗(yàn)提供了很好的場(chǎng)所。美國(guó)宇航局在天鵝座飛船上進(jìn)行過(guò)多次“縱火”實(shí)驗(yàn)，也就是在它寬敞的貨艙內(nèi)點(diǎn)火，觀察現(xiàn)實(shí)規(guī)模的太空火災(zāi)，研究微重力下的火焰擴(kuò)散。

軌道控制有“我”一份

載人空間站工程技術(shù)成熟較晚，貨運(yùn)飛船廣泛用于太空實(shí)驗(yàn)則是本世紀(jì)的事情，而貨運(yùn)飛船更實(shí)用和廣泛的應(yīng)用是用于空間站的軌道控制和姿態(tài)控制。

眾所周知，地球軌道上幾乎沒(méi)有空氣，但對(duì)于以接近第一宇宙速度飛行的空間站來(lái)說(shuō)，稀薄的高空大氣阻力是不可忽視的因素。以國(guó)際空間站為例，它的軌道高度每天都會(huì)由于空氣阻力下降約100米，如果太陽(yáng)活動(dòng)劇烈，地球高層大氣密度增加，軌道高度下降就會(huì)更多。

即使空間站運(yùn)行在距離地球表面約400公里高的軌道上，如果不定期提升軌道高度，用不了多久也會(huì)墜入大氣層燒毀。

另外，很多時(shí)候空間站還要主動(dòng)調(diào)整軌道相位，為載人飛船和貨運(yùn)飛船的對(duì)接任務(wù)提供更好的發(fā)射窗口。同時(shí)，地球軌道上還散布著大量的太空垃圾和以“星鏈”為代表的多個(gè)低軌道巨型通信衛(wèi)星星座?？臻g站為保證航天員的生命安全，會(huì)時(shí)不時(shí)地變軌規(guī)避軌道上的太空垃圾和衛(wèi)星。

控制空間站的軌道姿態(tài)也是貨運(yùn)飛船的主要功能之一。雖然空間站核心艙安裝有軌道控制發(fā)動(dòng)機(jī)，但燃料需要貨運(yùn)飛船補(bǔ)加。因此，科研人員想到使用貨運(yùn)飛船進(jìn)行軌道提升的辦法。

空間站如果有貨運(yùn)飛船對(duì)接駐留時(shí)，主要使用貨運(yùn)飛船的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)提升軌道，而核心艙的發(fā)動(dòng)機(jī)和燃料更多是以備不時(shí)之需。

空間站除了變軌操作外，還要使用姿控發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整飛行姿態(tài)。雖然日常使用大型控制力矩陀螺能滿足空間站的姿態(tài)控制需求，但太空飛行時(shí)累積的姿態(tài)調(diào)整會(huì)讓陀螺轉(zhuǎn)速越來(lái)越快，最后無(wú)法輸出力矩從而失去姿態(tài)調(diào)整能力。

要讓控制力矩陀螺重新“滿血復(fù)活”，需要姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火為陀螺卸載，讓它的轉(zhuǎn)速降低到正常范圍。

一般來(lái)說(shuō)，陀螺卸載操作可以由核心艙的姿控發(fā)動(dòng)機(jī)完成，但一些貨運(yùn)飛船也能進(jìn)行這樣的操作，以減輕核心艙的負(fù)擔(dān)。

俄羅斯進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船

目前，國(guó)際空間站的軌道提升和姿態(tài)控制主要使用俄羅斯的進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船來(lái)完成。2021年，俄羅斯科學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)艙對(duì)接國(guó)際空間站時(shí)，因用力過(guò)猛導(dǎo)致國(guó)際空間站后空翻540度，最后是星辰號(hào)服務(wù)艙和進(jìn)步MS-17貨運(yùn)飛船通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火反推，才讓國(guó)際空間站重新回到正確姿態(tài)。

除了上述貨運(yùn)飛船外，我國(guó)發(fā)射的天舟四號(hào)貨運(yùn)飛船也具備承擔(dān)空間站姿態(tài)和軌道控制的能力。

貨物下行非“我”莫屬

貨運(yùn)飛船將大量貨物和實(shí)驗(yàn)載荷送上太空，對(duì)接空間站，服務(wù)于航天員生活和空間科研應(yīng)用。然而，空間站不是只進(jìn)不出的“吃貨”，常駐航天員的日常生活、空間實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用，除了可以制造出大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果和制成品外，也會(huì)產(chǎn)生大量無(wú)用的廢棄物，因此必須定期將空間站上的垃圾處理掉。

不同于地面有垃圾桶、垃圾車和垃圾站等一整套垃圾處理設(shè)施，狹小的空間站很難處理并再利用垃圾。雖然太空廣袤，但在軌道上亂扔廢棄物不僅會(huì)生產(chǎn)大量的太空垃圾，還會(huì)對(duì)包括空間站在內(nèi)的航天器構(gòu)成安全威脅，這時(shí)就要貨運(yùn)飛船幫忙將廢棄物帶走。

貨運(yùn)飛船擁有巨大的貨艙，上行飛向空間站時(shí)可以容納大量的貨物，而從空間站分離返回地球時(shí)，也能用于存放廢棄無(wú)用的垃圾。

貨運(yùn)飛船在壽命末期會(huì)和空間站分離，并采用主動(dòng)離軌方式再入大氣層燒毀，避免成為太空垃圾。

實(shí)際上，貨運(yùn)飛船從誕生那一天起，就承擔(dān)著下行銷毀垃圾的任務(wù)，既減少了太空軌道上的垃圾，又避免了空間站垃圾的堆積，可謂一舉兩得。

航天員在空間站上進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，雖然會(huì)產(chǎn)生一些廢棄物，但同時(shí)也研制出了很多有用的實(shí)驗(yàn)成果。這些有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)成果需要帶回地面。雖然可以使用像俄羅斯的“聯(lián)盟號(hào)”和我國(guó)的“神舟號(hào)”這樣的載人飛船下行運(yùn)輸，但這些飛船返回艙的下行運(yùn)輸能力有限，無(wú)法滿足將大量實(shí)驗(yàn)成果帶回地面的需求。

美國(guó)SpaceX公司研制的貨運(yùn)龍飛船

近年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，美國(guó)SpaceX公司研制的龍式貨運(yùn)飛船具備了返回功能，可將國(guó)際空間站上大量的實(shí)驗(yàn)成果運(yùn)回地面，這種下行的運(yùn)貨能力在目前是獨(dú)一無(wú)二的。

不過(guò)，我國(guó)在這方面也有相應(yīng)的計(jì)劃。5月15日，天舟貨運(yùn)飛船總設(shè)計(jì)師白明生在央視《面對(duì)面》訪談中透露，未來(lái)我國(guó)的天宮空間站有大量物資運(yùn)回地面的需求時(shí)，也會(huì)設(shè)計(jì)返回式貨運(yùn)飛船。