文|張超定期往返地球和國(guó)際空間站的貨運(yùn)飛船，是全世界最昂貴的物流服務(wù)。日本白鸛9號(hào)（HTV-9）貨運(yùn)飛船前不久，日本白鸛9號(hào)（HTV-9）貨運(yùn)飛船脫離國(guó)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(yùn)飛船于今年5月發(fā)射升空，為國(guó)際空間

文 | 張超

定期往返地球和國(guó)際空間站的貨運(yùn)飛船，是全世界最昂貴的物流服務(wù)。

日本白鸛9號(hào)（HTV-9）貨運(yùn)飛船

前不久，日本白鸛9號(hào)（HTV-9）貨運(yùn)飛船脫離國(guó)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(yùn)飛船于今年5月發(fā)射升空，為國(guó)際空間站送去約4噸物資，在國(guó)際空間站呆了3個(gè)月后，又裝滿垃圾返回地球。

自2009年以來(lái)，日本9艘白鸛號(hào)貨運(yùn)飛船，總計(jì)向國(guó)際空間站運(yùn)輸了超過(guò)40噸補(bǔ)給品，它的接替者——新一代HTV-X貨運(yùn)飛船將于2022年開始為國(guó)際空間站繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)。

運(yùn)完貨就成了“垃圾站”

國(guó)際空間站自1998年在軌開建至今，已經(jīng)運(yùn)行超過(guò)20年，主要由美國(guó)、俄羅斯、日本、加拿大、巴西和歐空局等6個(gè)國(guó)家或組織合作運(yùn)營(yíng)。

至今為止，已有240人次以上的宇航員進(jìn)入過(guò)國(guó)際空間站。從2000年以來(lái)，國(guó)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(bǔ)給，空間站的科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器、每年因軌道衰減用來(lái)助推的燃料等，都需要地球定期發(fā)射貨運(yùn)飛船進(jìn)行補(bǔ)給。

這些貨運(yùn)飛船通常會(huì)在國(guó)際空間站呆上幾個(gè)月，卸載完貨物，還要帶走垃圾，包括廢舊設(shè)備、宇航員生活垃圾等。

一名宇航員每天會(huì)產(chǎn)生2公斤左右的生活垃圾，比如廢舊衣服、食品包裝、毛巾、個(gè)人衛(wèi)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(jié)約空間，通常宇航員會(huì)將垃圾用膠帶扎成“垃圾球”，這些“垃圾球”會(huì)臨時(shí)儲(chǔ)存在空間站上，曾經(jīng)多達(dá)2噸。有統(tǒng)計(jì)顯示，一個(gè)180天的任務(wù)周期，4名宇航員有可能產(chǎn)生大約3000個(gè)“垃圾球”。

這些“垃圾球”會(huì)和其他廢棄物一起，統(tǒng)統(tǒng)裝入貨運(yùn)飛船。

不過(guò)，宇航員的排泄物結(jié)局并不相同。

尿液、體液會(huì)被回收再利用，成為宇航員的飲用水，這些收集起來(lái)的廢液利用率很高，大約有80%-85%；而糞便則會(huì)每10天處理一次，裝入專用的容器中密封固定好，最后統(tǒng)一放到貨運(yùn)飛船上帶回地球或者在進(jìn)入大氣層時(shí)燃燒。

一斤貨物最低運(yùn)費(fèi)7萬(wàn)元

貨運(yùn)飛船，對(duì)國(guó)際空間站的運(yùn)行至關(guān)重要，然而高昂的發(fā)射成本不可能由一個(gè)國(guó)家承擔(dān)，因此除了日本的白鸛號(hào)貨運(yùn)飛船，其他多個(gè)國(guó)家和組織的貨運(yùn)飛船，都在不定期往返國(guó)際空間站。

每隔幾個(gè)月，國(guó)際空間站都會(huì)迎來(lái)新的貨運(yùn)飛船對(duì)接，甚至?xí)霈F(xiàn)幾艘貨運(yùn)飛船同時(shí)在國(guó)際空間站的情況。如下圖，2019年9月28日，國(guó)際空間站對(duì)接有日本白鸛8號(hào)（HTV-8）貨運(yùn)飛船、俄羅斯進(jìn)步73號(hào)（Progress 73）貨運(yùn)飛船、俄羅斯聯(lián)盟12號(hào)、13號(hào)、15號(hào)（Soyuz MS）載人飛船。

比如俄羅斯的進(jìn)步號(hào)飛船，早在1978年就用于禮炮號(hào)空間站補(bǔ)給，載重約2.6噸另加1噸燃料，從國(guó)際空間站開建起，已經(jīng)跟國(guó)際空間站對(duì)接超過(guò)70次，平均每年對(duì)接3-4次。

歐空局的自動(dòng)運(yùn)載飛船（ATV）則在2008年-2014年間執(zhí)行過(guò)任務(wù)，一共發(fā)射過(guò)5架，約每17個(gè)月發(fā)射一次，載貨量為7噸。

美國(guó)則有天鵝座號(hào)飛船和貨運(yùn)龍飛船。

天鵝座號(hào)自2013年首飛后，至今已成功對(duì)接過(guò)13次，載貨量約3.5噸；貨運(yùn)龍飛船自2012年首次對(duì)接國(guó)際空間站成功以來(lái)，已成功對(duì)接過(guò)20次，運(yùn)送載荷最大6噸，返回載荷最大3噸。

由貨運(yùn)飛船承擔(dān)的快遞服務(wù)，運(yùn)費(fèi)自然高得可怕。

就美國(guó)的貨運(yùn)飛船來(lái)說(shuō)，天鵝座飛船每磅（約0.45千克）貨物的運(yùn)輸成本約為43180美元，而貨運(yùn)龍飛船由于可以回收反復(fù)利用，每磅貨物的運(yùn)輸成本“只要”9100美元，折算下來(lái)，每運(yùn)送1斤貨物的運(yùn)輸成本，就高達(dá)7萬(wàn)元人民幣。

美國(guó)花40萬(wàn)美元送了臺(tái)咖啡機(jī)

雖然寄往國(guó)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(lái)”的禮物。

比如有些宇航員需要樂(lè)器，因?yàn)檫@是在太空里打發(fā)時(shí)間的最佳裝備。

德國(guó)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(guó)際空間站里彈過(guò)吉他；美國(guó)宇航員凱爾·林格倫甚至吹奏過(guò)風(fēng)笛……

美國(guó)宇航員斯科特·凱利因?yàn)殚L(zhǎng)期住在國(guó)際空間站，就收到過(guò)雙胞胎哥哥，同為宇航員的馬克·凱利借貨運(yùn)飛船寄來(lái)的“大猩猩套裝”，斯科特·凱利還曾穿著這件套裝，與英國(guó)宇航員蒂姆·皮克在國(guó)際空間站中上演過(guò)一出“大猩猩”追趕人類的惡作劇。

隨著Space X的龍貨運(yùn)飛船投入使用，運(yùn)輸成本大幅下降，美國(guó)甚至在2015年將一臺(tái)咖啡機(jī)送到了國(guó)際空間站，這臺(tái)咖啡機(jī)名叫ISSpresso，專門為太空環(huán)境設(shè)計(jì)，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(tái)咖啡機(jī)的重量大約44磅（約20千克），運(yùn)費(fèi)超過(guò)40萬(wàn)美元（約277萬(wàn)人民幣）。

天宮號(hào)也有自己的貨運(yùn)飛船

早在1992年，中國(guó)就確立了載人航天“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略，第三步正是建造大型永久性空間站，解決較大規(guī)模的、長(zhǎng)期有人照料的空間應(yīng)用問(wèn)題。

今年5月5日，為我國(guó)載人空間站工程研制的長(zhǎng)征五號(hào)B運(yùn)載火箭發(fā)射成功，成功將搭載的新一代載人飛船試驗(yàn)船和柔性充氣式貨物返回艙試驗(yàn)艙送入預(yù)定軌道，拉開了我國(guó)載人航天工程“第三步”任務(wù)序幕。

未來(lái)，長(zhǎng)征五號(hào)B遙二至遙四任務(wù)，將先后完成我國(guó)空間站三個(gè)艙段的發(fā)射任務(wù)。

按照計(jì)劃，我國(guó)空間站將于2022年前后完成建造，目前，執(zhí)行空間站建造階段四次飛行任務(wù)的宇航員乘組已經(jīng)選定，正在開展任務(wù)訓(xùn)練。

建成后的空間站，將命名為“天宮”，其基本構(gòu)型包括天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙，每個(gè)艙段規(guī)模20噸級(jí)。

空間站設(shè)計(jì)壽命10年，可根據(jù)需要，通過(guò)維護(hù)維修進(jìn)一步延長(zhǎng)壽命。額定乘員3人，乘組輪換期間短期可達(dá)6人。

天宮空間站在軌運(yùn)行期間，由神舟載人飛船提供乘員運(yùn)輸，由天舟貨運(yùn)飛船提供補(bǔ)給支持。

天和艙有3個(gè)對(duì)接口和2個(gè)停泊口，對(duì)接口用于神舟飛船、天舟飛船及其他飛行器訪問(wèn)空間站。

從此前發(fā)射成功的天舟一號(hào)貨運(yùn)飛船看，其物資運(yùn)載能力約6噸，推進(jìn)劑補(bǔ)加能力約為2噸，具備獨(dú)立飛行3個(gè)月的能力，運(yùn)載能力位于世界前列。

美國(guó)此前宣布將于2025年停止對(duì)國(guó)際空間站的國(guó)家財(cái)政支持，如果國(guó)際空間站無(wú)法延壽，那么2024年之后，在軌運(yùn)行的大型空間站將只剩下中國(guó)的天宮號(hào)。

中國(guó)也曾表示，歡迎各國(guó)積極參與，利用未來(lái)的中國(guó)空間站開展艙內(nèi)外搭載實(shí)驗(yàn)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