日本HTV货运飞船：运送大件有绝活

（原载《太空谈索》杂志2017年第5期）

日本当地时间2009年10月31日凌晨2点32分，装有1.6吨垃圾的日本HTV飞船（转移飞行器）脱离国际空间站。11月2日，HTV接收到再入指令后，坠入大气层焚毁。这标志着日本自2009年9月11日发射的HTV系列飞船的首艘验证飞行器完成了使命，也同时意味着日本继美国、俄罗斯和欧空局之后，也开始正式加入无人货运飞船俱乐部。

总体设计概况

HTV是日本独立研制的无人货运飞船，其主要任务是向国际空间站运送补给。在日本得知美国的航天飞机即将退役，而日本在国际空间站上的希望号舱段的实验计划与日俱增的情况下，日本对拥有自己的货运飞船的渴望便愈发强烈。

2009年，HTV飞船的飞行试验取得成功。该飞船基本上呈圆柱体外形，直径4.4米，高约9.8米，空重10.5吨。HTV的上行载荷能力为6吨，约为俄罗斯“进步”号货运飞船的2倍，比“欧洲自动运载器（ATV）”的7.5吨的运载能力略低。

不过，虽然日本HTV飞船的运力低于欧空局的ATV，但是在细节上的设计考虑使其在执行货运任务时有比较独特的竞争力。HTV飞船的货舱舱口为1.27米×1.27米，比起和俄罗斯”进步”号飞船采用同源技术的欧空局ATV飞船的0.8米×0.8米尺寸的舱口来说，大了不少（面积为2.52倍）。这样一来，尽管HTV的货舱比ATV的要小一些，但是在运送大型试验设备的时候，ATV的舱口就成为了瓶颈，而HTV则能够把任务承接下来。

HTV飞船的庞大尺寸给日本的火箭带来了不小的压力。国际空间站的日本核心舱段”希望”号，是一个长11.2米、外径4.4米、内径4.2米的圆筒形状模组。HTV飞船的外径和希望号舱段相同，而长度仅仅短了1.4米，其发射质量高达14.5吨。因此，日本需要研制推力更强的火箭才行。

于是，H-IIB运载火箭应运而生。该火箭的研制与HTV货运飞船的研制同步进行。而2009年9月11日的HTV飞船的首次飞行试验同时也是日本H-IIB运载火箭的首次发射。H-IIB运载火箭是在H-IIA运载火箭的基础上开发出来的。H-IIA火箭主要用来执行地球同步轨道卫星的发射任务，其同步轨道运载能力为4吨。H-IIB运载火箭在H-IIA火箭的基础上，芯级增加了1台LE-7A发动机，变为了2台。助推器则由原来的2台增加为4台。这样，H-IIB火箭的同步轨道运载能力比H-IIA提升了50%，同时，其近地轨道能力增至16.5吨，刚好可以用来满足HTV飞船的发射。

对接自有特色

与欧空局的ATV飞船不同，日本的HTV飞船的对接系统没有借用俄罗斯的技术，而是由三菱电机开发，尝试走日本自己的技术路线。HTV飞船的对接系统由近傍通讯系统、PROX天线、PROX-GPS天线、PROX沟通设备以及硬件指令面板构成。HTV飞船向依靠相对GPS定位技术飞到国际空间站下方。然后，在安装在国际空间站的日本核心舱段希望号下方的接收会合激光的反射器和飞船的激光雷达的共同作用下，实施会合机动。

当HTV飞船与国际空间站的相对距离为10米时，飞船关闭姿轨控发动机，开始进入“自由飘浮”状态，等待着被国际空间站上的航天员操纵的加拿大臂将自己捕获，并随后被拉到对接口位置实施对接。

实验内容多样

日本的HTV飞船是连接国际空间站日本核心舱段“希望”号与地球表面上的日本多所太空探索相关研究机构之间的纽带。HTV飞船因此也就承担了大量的实验任务。

日本早稻田大学研制的用于研究宇宙射线与暗物质的“量能器电子望远镜”就是由HTV飞船送入太空的。该望远镜最终与“希望”号舱段连接成功。而以发射商业卫星起家的日本航天发射部门当然不会放过任何挣钱的机会。HTV飞船专门设计了带载和释放小卫星的机构。第5艘HTV飞船进入太空时，就顺便释放了欧空局的2颗立方星和巴西的1颗小卫星。

另外，HTV飞船还曾经把6种酒送入了国际空间站。当然，国际空间站是不提倡航天员在太空飞行的任务中饮用这么多白酒的。这些酒实际上是用来做太空环境静置实验的。6种酒在国际空间站被放置1年后，会交给专业的分析和测评机构，以便分析太空环境对酒类口味的影响。

HTV飞船6号机的实验任务对未来的太空探索有比较积极的意义。该飞船携带了全套的太空垃圾清理设备。该设备由日本宇宙开发局研制。设备的核心部件是一根700米长的绳子。绳子一端系在HTV飞船上，另一端则在太空中漂浮。当航天员发现并追踪到大块的太空垃圾后，会设法用绳子将其和HTV飞船连到一起。这样，随着HTV飞船执行完任务再入大气层烧毁的时候，也就能顺便清理一些太空垃圾了。