科技改變生活 · 科技引領未來
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文|張超定期往返地球和國際空間站的貨運飛船，是全世界最昂貴的物流服務。日本白鸛9號（HTV-9）貨運飛船前不久，日本白鸛9號（HTV-9）貨運飛船脫離國際空間站，再入地球大氣層后于南太平洋上空燒毀。這艘貨運飛船于今年5月發射升空，為國際空間
文 | 張超
定期往返地球和國際空間站的貨運飛船，是全世界最昂貴的物流服務。
日本白鸛9號（HTV-9）貨運飛船
前不久，日本白鸛9號（HTV-9）貨運飛船脫離國際空間站，再入地球大氣層后于南太平洋上空燒毀。
這艘貨運飛船于今年5月發射升空，為國際空間站送去約4噸物資，在國際空間站呆了3個月后，又裝滿垃圾返回地球。
自2009年以來，日本9艘白鸛號貨運飛船，總計向國際空間站運輸了超過40噸補給品，它的接替者——新一代HTV-X貨運飛船將于2022年開始為國際空間站繼續執行任務。
運完貨就成了“垃圾站”
國際空間站自1998年在軌開建至今，已經運行超過20年，主要由美國、俄羅斯、日本、加拿大、巴西和歐空局等6個國家或組織合作運營。
至今為止，已有240人次以上的宇航員進入過國際空間站。從2000年以來，國際空間站始終有宇航員居住。
空間站的空間有限，因此，宇航員的生活補給，空間站的科學實驗儀器、每年因軌道衰減用來助推的燃料等，都需要地球定期發射貨運飛船進行補給。
這些貨運飛船通常會在國際空間站呆上幾個月，卸載完貨物，還要帶走垃圾，包括廢舊設備、宇航員生活垃圾等。
一名宇航員每天會產生2公斤左右的生活垃圾，比如廢舊衣服、食品包裝、毛巾、個人衛生用品、各類塑料、手套、廢紙等等。
為了避免垃圾造成潛在危害，也為了節約空間，通常宇航員會將垃圾用膠帶扎成“垃圾球”，這些“垃圾球”會臨時儲存在空間站上，曾經多達2噸。有統計顯示，一個180天的任務周期，4名宇航員有可能產生大約3000個“垃圾球”。
這些“垃圾球”會和其他廢棄物一起，統統裝入貨運飛船。
不過，宇航員的排泄物結局并不相同。
尿液、體液會被回收再利用，成為宇航員的飲用水，這些收集起來的廢液利用率很高，大約有80%-85%；而糞便則會每10天處理一次，裝入專用的容器中密封固定好，最后統一放到貨運飛船上帶回地球或者在進入大氣層時燃燒。
一斤貨物最低運費7萬元
貨運飛船，對國際空間站的運行至關重要，然而高昂的發射成本不可能由一個國家承擔，因此除了日本的白鸛號貨運飛船，其他多個國家和組織的貨運飛船，都在不定期往返國際空間站。
每隔幾個月，國際空間站都會迎來新的貨運飛船對接，甚至會出現幾艘貨運飛船同時在國際空間站的情況。如下圖，2019年9月28日，國際空間站對接有日本白鸛8號（HTV-8）貨運飛船、俄羅斯進步73號（Progress 73）貨運飛船、俄羅斯聯盟12號、13號、15號（Soyuz MS）載人飛船。
比如俄羅斯的進步號飛船，早在1978年就用于禮炮號空間站補給，載重約2.6噸另加1噸燃料，從國際空間站開建起，已經跟國際空間站對接超過70次，平均每年對接3-4次。
歐空局的自動運載飛船（ATV）則在2008年-2014年間執行過任務，一共發射過5架，約每17個月發射一次，載貨量為7噸。
美國則有天鵝座號飛船和貨運龍飛船。
天鵝座號自2013年首飛后，至今已成功對接過13次，載貨量約3.5噸；貨運龍飛船自2012年首次對接國際空間站成功以來，已成功對接過20次，運送載荷最大6噸，返回載荷最大3噸。
由貨運飛船承擔的快遞服務，運費自然高得可怕。
就美國的貨運飛船來說，天鵝座飛船每磅（約0.45千克）貨物的運輸成本約為43180美元，而貨運龍飛船由于可以回收反復利用，每磅貨物的運輸成本“只要”9100美元，折算下來，每運送1斤貨物的運輸成本，就高達7萬元人民幣。
美國花40萬美元送了臺咖啡機
雖然寄往國際空間站的快遞異常昂貴，但每位宇航員還是可以收到自己需要的私人物品或家屬“寄來”的禮物。
比如有些宇航員需要樂器，因為這是在太空里打發時間的最佳裝備。
德國宇航員托馬斯·賴特爾、加拿大宇航員克里斯·哈德菲爾德都在國際空間站里彈過吉他；美國宇航員凱爾·林格倫甚至吹奏過風笛……
美國宇航員斯科特·凱利因為長期住在國際空間站，就收到過雙胞胎哥哥，同為宇航員的馬克·凱利借貨運飛船寄來的“大猩猩套裝”，斯科特·凱利還曾穿著這件套裝，與英國宇航員蒂姆·皮克在國際空間站中上演過一出“大猩猩”追趕人類的惡作劇。
隨著Space X的龍貨運飛船投入使用，運輸成本大幅下降，美國甚至在2015年將一臺咖啡機送到了國際空間站，這臺咖啡機名叫ISSpresso，專門為太空環境設計，能制作濃縮咖啡、茶和其他熱飲，以替代此前被宇航員吐槽的速溶咖啡。
這臺咖啡機的重量大約44磅（約20千克），運費超過40萬美元（約277萬人民幣）。
天宮號也有自己的貨運飛船
早在1992年，中國就確立了載人航天“三步走”發展戰略，第三步正是建造大型永久性空間站，解決較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。
今年5月5日，為我國載人空間站工程研制的長征五號B運載火箭發射成功，成功將搭載的新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙送入預定軌道，拉開了我國載人航天工程“第三步”任務序幕。
未來，長征五號B遙二至遙四任務，將先后完成我國空間站三個艙段的發射任務。
按照計劃，我國空間站將于2022年前后完成建造，目前，執行空間站建造階段四次飛行任務的宇航員乘組已經選定，正在開展任務訓練。
建成后的空間站，將命名為“天宮”，其基本構型包括天和核心艙、問天實驗艙和夢天實驗艙，每個艙段規模20噸級。
空間站設計壽命10年，可根據需要，通過維護維修進一步延長壽命。額定乘員3人，乘組輪換期間短期可達6人。
天宮空間站在軌運行期間，由神舟載人飛船提供乘員運輸，由天舟貨運飛船提供補給支持。
天和艙有3個對接口和2個停泊口，對接口用于神舟飛船、天舟飛船及其他飛行器訪問空間站。
從此前發射成功的天舟一號貨運飛船看，其物資運載能力約6噸，推進劑補加能力約為2噸，具備獨立飛行3個月的能力，運載能力位于世界前列。
美國此前宣布將于2025年停止對國際空間站的國家財政支持，如果國際空間站無法延壽，那么2024年之后，在軌運行的大型空間站將只剩下中國的天宮號。
中國也曾表示，歡迎各國積極參與，利用未來的中國空間站開展艙內外搭載實驗等合作。
參考資料：
Scitechdaily：Japanese HTV-9 Cargo Ship Completes Space Station Resupply Mission
Air Space：Tossing Out Trash From the Space Station Takes More Planning Than You’d Think
Space.com：NASA's Big Astronaut Trash Problem
Business Insider：Here's how much money it actually costs to launch stuff into space
New Scientist ：Cargo spaceship meets the catcher in the sky
金書東