兵马未动，粮草先行。
在中国空间站全面转入建造阶段之后，天舟四号货运飞船将于2022年5月率先出发。货运飞船所运输的物品不外乎就是三类，一是人用的，二是空间站用的，三是科学实验用的。未来我国空间站将实现长期有人驻留，货运飞船的运力就成为了能否长期驻留的决定性因素。
▲与天舟四号同一批次的天舟三号货运飞船
货运飞船的出现与空间站的发展息息相关，在没有货运飞船之前，早期的空间站物资供给主要依靠载人飞船挤出来的剩余空间，往往只能补充几百千克的基本生活物资，无论是苏联的礼炮1-5号、还是美国的天空实验室，都难以实现长期驻留。随着阿波罗时代后空间站时代的到来，如何长时间在轨驻留成为了航天工作者们必须考虑的问题。
那都是用于运货，各国货运飞船有什么区别呢？
1. 苏联/俄罗斯的货运飞船
为应对空间站时代的到来，1973年起，研制礼炮号空间站的科罗廖夫设计局便开始研制进步号货运飞船。为节约成本，科研人员以联盟号载人飞船为基础，设计出了延续至今的进步号系列货运飞船。
▲进步号ms货运飞船（图片来源：中国载人航天）
1978年1月20日，人类第一艘货运飞船——进步1号成功发射。两天后，进步1号与礼炮6号空间站对接，为航天员尤里罗曼年科和格奥尔基格列奇科送去了1.3吨生活物资和仪器设备，还为空间站带去了约1吨重的推进剂和氧气。
▲进步号m货运飞船（图片来源：中国载人航天）
进步号的后续型号在俄乌冲突之前依然承担了国际空间站相当份额的补给工作。其最新型号进步ms安装了俄罗斯最新的国产遥测、通信和飞控系统（不再依赖乌克兰的子系统），配备了“全球定位系统”（gps）和“全球导航卫星系统”（glonass）两套接收器，外部加装立方星部署机构。发射质量约7吨，货舱容积6.6立方米，运载能力2.6吨（含1吨燃料），即上行运输货重比（货运重量与飞船发射总重的比值）为0.37。
2. 美国的货运飞船
在很长一段时间美国为空间站运货不依靠货运飞船，因为他们有航天飞机。
1977年，航天飞机试验机企业号完成了载人试验飞行，1981年，哥伦比亚号完成了sts-1太空飞行任务。相比于同时期运载能力不足3吨的进步号货运飞船，航天飞机货舱可以轻松塞进29吨物资，不仅能把哈勃望远镜和空间实验室这些巨物送入太空，还能带货返回地球。
但是挑战者号航天飞机和哥伦比亚号的失事也暴露了航天飞机的一系列问题，因此2011年之后，航天飞机正式成为历史，nasa不得不支持spacex公司开发龙飞船，以及后来成为诺格子公司的轨道科学公司的天鹅座飞船。
▲货运龙飞船（图片来源：中国载人航天）
货运龙飞船由两舱组成，位于前方的锥形加压舱用来运输生活用品等一般物资，位于尾部的非加压舱，则用来运输安装在空间站外部的货物。目前最新型的第二代货运龙飞船可以重复使用五次，能运送大约3吨的物资并带回2吨物资。天鹅座则有着3.5吨的上行运力，但不能下行运输。
▲天鹅座货运飞船
3. 欧洲和日本的货运飞船
在航天飞机之后，商业航天时代之前，国际空间站的补给只能依靠俄罗斯的进步号艰难维持，因此欧空局的atv和日本的htv货运飞船便抓住这个青黄不接的机会，填补了需求。
atv即自动转移飞行器，于2008年首飞。atv目前是除俄罗斯“进步”飞船和中国“天舟”以外，唯一能够提供推进剂补加、姿态控制和轨道提升的航天器，货物运载能力约为7吨。atv采用了模块化设计技术、高精度导航和先进的自主控制技术，可在较少地面控制的情况下进行轨道机动和交会对接。目前随着spacex货运龙的成熟，atv已经退役。
▲欧空局atv货运飞船
htv则是日本的货运飞船，于2009年首次发射，由日本宇宙航空研究开发机构（jaxa）研制，用于向国际空间站运送货物并携带垃圾返回再入大气层烧毁，运载能力约6吨。
货运飞船运载哪些货物取决于空间站的任务，在科研任务的驱动下，htv为了运输大型科研仪器，有目前货运飞船最大的舱门。之后jaxa计划用htv-x飞船替代htv。
▲日本htv货运飞船（图片来源：中国载人航天）
htv-x飞船将在保持现有运力的基础上大幅减轻重量，将推进舱和电子设备舱并合并为服务舱，将体装（贴在舱体上）的太阳能电池片改为太阳电池翼，并将制造成本砍半，且可能会被改造为日本未来的月球轨道货运飞船。
4. 中国的天舟系列
2017年4月20日，天舟一号成功发射，2021年5月29日，天舟二号成功发射，2021年9月20日，天舟三号成功发射。
到目前为止， 天舟系列货运飞船总计生产了两个批次，第一批次包含天舟一号、天舟二号。其中天舟二号是天舟一号的备份船，也是与天和核心舱对接的第一艘货运飞船。第二批次则包含了我们熟悉的天舟三号、本月即将发射天舟四号和未来的天舟五号等3艘飞船。在这个批次，天舟飞船正式进入组批生产阶段。
▲天舟二号货运飞船（来源：我们的太空）
天舟货运飞船采用两舱构型，由货物舱和推进舱组合而成，总长10.6米，最大直径3.35米，最大起飞重量13.5吨，物资上行能力达6.9吨，货重0.51，属于世界领先水平。在轨寿命不小于1年，供电能力不小于2700瓦。具备全相位自主交会对接能力，可多次完成推进剂在轨补加。
天舟系列有三款货舱：全密封货物舱、半密封货物舱、全开放货物舱。其中全密封型主要用于运输航天员消耗品、需要在增压条件的设备载荷；半密封型除了运输密封舱内货物外，还可运送包括太阳翼等舱外物资；全开放型主要用于大型舱外货物的运输。
相比于第一批次，天舟三号、四号、五号对结构和重量进行了进一步的优化，在提高系统可靠性的同时降低成本。除了软硬件上的升级，还减少了微波雷达、目标适配器等被证明非必须的装置。
本月，天舟四号作为空间站建造阶段首发船，将与天和核心舱的后向端口对接，与天舟三号、天和核心舱组成三舱组合体。
参考文献：
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[2]钱航, 张新龙. 中国的天地货物运输体系——长征七号火箭和天舟货运飞船[j]. 天文爱好者, 2021(9):6.
[3]刘进军. 太空快递——漫谈世界各国的货运飞船[j]. 航空世界, 2017.
[4]佟艳春. 日本首艘航天货运飞船htv任务结束[j]. 导弹与航天运载技术, 2009(6):1.
[5]郭筱曦, 许国彩. 别了,欧洲货运飞船!——最后一个"自动转移飞行器"升空[j]. 国际太空, 2014, 000(011):64-74.
科学审核：杨宇光，中国航天科普大使，国际宇航联空间运输委员会副主席
责任编辑：王鹏鹏
