近日，歐空局宣布啟動商業貨運競賽，計劃面向歐洲商業公司，征集可在2028年前實現空間站與地面往返的商用貨運飛船解決方案。歐空局為何要開發私人貨運飛船？目前歐洲有哪些商業航天公司已經有了開發貨運飛船的計劃？

歐洲貨運飛船的“前世今生”

世界上第一艘貨運飛船“進步-1號”由蘇聯于1978年1月20日發射。此后的整個20世紀，蘇聯在貨運飛船的建設和發射領域都獨占鰲頭。據統計，蘇聯/俄羅斯相繼發射了173艘進步系列貨運飛船。

不過，進步號貨運飛船的上行運力只有2.3噸，1年需要發射6次才能滿足國際空間站的需求。為了減少對俄羅斯進步號貨運飛船的依賴，歐空局利用這個歷史機遇，牽頭研發了一款消耗性貨運飛船——自動貨運飛船，并借此積累了完整的宇宙飛船研發能力。

自動貨運飛船為圓柱體構造，長9.794米，直徑4.48米，滿載貨物20.7噸，內部尺寸48立方米。該飛船外部覆有鋁箔層和微流星體防護板，采用4片太陽電池翼，呈X形分布，翼展可達22.28米，能夠為飛船提供4.8千瓦的電力。

飛船采用模塊化設計，可將不同的艙段、模塊平行集成、測試，同時考慮后續任務，可兼容不同的任務模塊，主要由集成貨運艙和服務艙2個艙段組成。集成貨運艙占總體積的60%，由服務艙進行推進和控制，分為加壓艙和非加壓艙兩部分。飛船擁有高精度導航系統、高度冗余的飛行軟件，以及具有獨立電源、控制和推進器的完全自主監控和防撞系統。飛船使用基于GPS導航的合作目標自主交會對接技術，可實現與國際空間站“星辰號”俄羅斯艙段的全自動對接。

此外，自動貨運飛船是飛往國際空間站的貨運飛船中，除“進步號”以外，唯一能夠提供燃料補給、姿態控制和軌道提升的航天器。它也是迄今為止已發射使用的運載能力最大的貨運飛船，運輸能力可以達到進步系列飛船的3倍多，每次發射可為國際空間站運輸6.5噸貨物及燃料，并使用另外2.5噸自身攜帶的燃料完成空間站升軌和姿態控制，可以在很長一段時間內保證空間站穩定運行。

自動貨運飛船的單次發射成本為4.8億美元，貨運單位成本為7.4萬美元/公斤。作為對比，貨運龍飛船的貨運單位成本為4.48萬美元/公斤，天鵝座飛船為6.21萬美元/公斤，進步MS飛船為3.2萬美元/公斤。

從2008年到2014年，自動貨運飛船一共成功執行5次任務。隨著貨運飛船商業化的蓬勃發展，自動貨運飛船準備周期長、經濟性差的劣勢愈發凸顯，最終于2014年黯然退役。好在美國宇航局與歐空局達成協議，由歐空局在自動貨運飛船的基礎上為“獵戶座”的“探索任務-1”提供服務艙，稱為“歐洲服務艙”。至此，歐洲已經沒有可以自主發射的貨運飛船。

歐空局的商業化考慮

歐空局之所以想要開發商業化貨運飛船，或許是出于4點考慮。

首先是復刻美國商業航天的成功模式，迎合低成本發展趨勢，通過航天經濟帶動歐洲經濟發展。

物美價廉的產品和服務是航天商業化能夠獲得生存空間的重要籌碼。當前太空探索整體呈現低成本化發展趨勢，美國SpaceX公司已經成功實現了一級火箭的回收以及再發射，火箭發射成本進一步降低。在這種情況下，對現有技術已成熟的貨運飛船進一步控制成本，進行私人運營，也成了國際上航天發展的必然趨勢。美國在該領域已率先實現商業化。

歐空局的這項競賽顯然受到了美國宇航局商業軌道運輸服務計劃的啟發。在計劃中，美國宇航局只是作為用戶，去購買企業的服務，而商業公司則負責整套運營。私營公司將成為研發制造航天器的主力，美國宇航局則負責監管。這是一種非常創新的、高效費比的解決辦法，有助于航天產業化和國家經濟的發展，增強國家在全球經濟中的競爭優勢。

其次是激發創新活力，促進航天事業發展。在商業公司中引入競爭的方式設計、建造和發射貨物運輸系統，既可以降低運輸費用，又將加速歐洲載人航天技術的創新步伐，有助于改進技術能力并降低成本，建立具有較強競爭力的新型航天工業基礎。歐空局可通過與商業公司合作，形成一個可持續的商業航天生態系統，進一步推動歐洲航天事業的發展。

三是歐空局與商業公司各有側重，從而促進歐洲航天全產業鏈發展。目前全球地緣政治格局重構，空間運輸業和商業發射市場的深刻變化伴隨著新的競爭、創新和商業風險。如果歐洲想在瞬息萬變的國際環境中保持與時俱進，成長為與其他國家競爭的全球太空領導者，則需要減輕對航天合作的依賴。

為促進能力發展，歐洲航天部門也要考慮吸引私人投資。這次競賽與歐洲航天發展計劃的要求相吻合，即旨在將歐洲航天的低軌領域進行外包，歐空局則將更多精力投入更長遠、更復雜的深空載人航天探索活動中，形成歐洲航天領域全產業鏈的發展，降低歐洲在航天領域對外界的依賴。

四是貨運飛船的商業化發展將作為載人的前置條件。歐空局局長約瑟夫·阿施巴赫在談到貨運飛船時說：“我們也將以一種不是死胡同的方式來構思它，這意味著它是開放的，它可以在未來發展為載人飛船。”

由于資金原因，歐空局沒有尋求立即研發載人飛行器，而是將商業化貨運飛船作為載人航天的第一步，并有意借鑒龍飛船的發展思路，一代運貨，二代則將專注于載人。

進擊中的歐洲商業航天公司

歐空局希望此次競賽征集到的方案能夠達到上行2噸、下行1噸的可返回運載能力。在第一期計劃（2023年9月～2024年6月）中，歐空局打算選擇2～3家公司來推進其貨運飛船開發，直至確定初步設計并獲得適當的第三方融資。目前歐洲已經有幾家商業公司提出了他們的往返式貨運飛船設計方案。

法國探索公司計劃推出新式軌道飛行器Nyx。該飛船直徑4米，重8噸，有效載荷4噸。與龍飛船類似，它使用返回艙+貨艙兩段式設計，使用開放接口搭建技術模塊，可返回并多次重復利用，可在軌道上加注燃料。對接后飛船可在軌飛行6個月，計劃單位貨運成本為2.14萬美元/公斤。

探索公司的Nyx飛船藝術圖

德國的奧格斯堡火箭工廠計劃推出中型貨運飛船Argo，該飛船計劃采用Fenix發動機，使用不銹鋼結構，具備自動對接功能。該飛船有效載荷3.4噸，加壓貨倉容積約13立方米。該公司還計劃與德國生命科學實驗返回艙開發商Atmos Space Cargo合作，共同開發一體化的充氣式重返艙，以解決再入回收的難題。有趣的是，Argo將與不同的運載火箭兼容，使其能夠靈活地部署發射。

對于歐洲可回收式貨運飛船的演進，人們將拭目以待。也希望有更多產品能夠參與到商業貨運飛船的競爭中來。（作者：王露荻 王昭磊 圖片來源：法國探索公司 把關專家：中國航天科技集團科技委副主任 江帆）

來源: 中國航天報

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