“衣食父母”的良苦用心
货运飞船对于长期有人值守的空间站而言就是“衣食父母”。虽然载人空间站在可再生式环控生保系统方面的技术已经有了很大的进步，却仍未能做到完全闭环。比如，航天员每天消耗的水已经可以收集起来重新利用了，而航天员用来维持生命的水、氧气、食物和其他消耗品还要依靠货运飞船来补给。货运飞船这位“衣食父母”支持航天员的驻站时间超过100天，甚至可以超过1年。
作为人类第一型为空间站服务的货运飞船，“进步号”可以说是成就辉煌，先后为“礼炮六号”、“礼炮七号”、“和平号”等空间站和国际空间站提供货运补给服务。从20世纪70年代开始，随着技术的发展，“进步号”的性能也不断提升，仅“进步-M”这个型号的飞船就执行了超过80次任务。不仅如此，“进步号”在承担货运任务的同时，还作为重要的试验任务平台，被用来开展一些高难度的空间试验。例如，苏联/俄罗斯就曾经利用完成补给任务的进步号货运飞船，在与和平号空间站分离之后，展开大型的反射面，验证空间平台的光学中继技术。
与美国私营公司研制的龙飞船、天鹅座飞船，以及欧空局的ATV和日本研制的HTV不同，进步号货运飞船是利用联盟号载人飞船的成熟技术，并根据任务的不同特点进行改进而成的。由于不需要将乘组送回地面，因此“进步号”省去了“联盟号”返回舱上的防热层，使其能够承载更多的货物。此外，为了能够为空间站的推进系统补加推进剂，“进步号”还增加了复杂的燃料和氧化剂补加系统。
常胜将军也“湿鞋”
由于“进步号”的推进系统、自动交会对接系统等关键组成部分基本集成了“联盟号”的技术状态，因此，“进步号”的技术状态非常成熟，可靠性也很高。虽然“进步号”在历史上经历过几次失败，却并非都是飞船本身的问题。有时是由于运载火箭的失败导致任务的整体失败，有时是由于对接系统出现问题导致其无法与空间站对接。其中比较严重的是1997年4月发射的进步M-34号货运飞船，在尝试与和平号空间站对接的过程中与晶体号试验舱发生了严重碰撞，并直接导致试验舱失压。从“进步号”执行的上百次补给任务来看，进步号货运飞船的成功率和可靠性都比较高，也能称得上是“常胜将军”。
然而，无论是载人的联盟号飞船，还是不载人的进步号货运飞船，都是重达7吨的大型航天器，在可靠性上要求甚高。正所谓“常在河边走，怎能不湿鞋”。从本次“进步-M27M”的故障来看，它的“座驾”将其送入了超出预定轨道30公里以外的地方，说明导致任务失败的原因中，这枚承担“座驾”任务的运载火箭难辞其咎。而飞船本身在出现高速旋转后不能稳住自己的姿态，则说明用于姿态角测量的导航设备，以及姿态控制执行机构都可能出现了严重的故障。要知道，在过去的航天任务中，推进系统和导航、制导与控制系统出现故障而导致任务失败的比率并不低。
失败是到达成功的“渡轮”
这次事故给了我们很多启示，例如通信链路的重要性就是其中一个很大的启示。航天器一般把重要指令/参数的传递与大容量的数据传输分开以确保其稳妥可靠。对飞行器生死攸关的遥控指令，以及飞船本身的最主要遥测参数，主要通过航天器上的测控设备进行传输。而对图像、视频和其他一些并不直接影响航天器“生死”的海量数据，则通过专门的数传系统传送。
为了在航天器出现故障的情况下能有更多的机会进行“抢救”，测控系统一般都采取比较保守的设计，发射和接收天线在尽可能宽的范围内都能够收发数据。这样即使航天器姿态失控也能有效地与地面保持联系。对于低轨道的航天器而言，由于经过地面测控站的弧段非常有限，通常利用中继卫星测控链路实现飞行任务的全程覆盖。从时间的角度来说，这样就可以有接近100%的时段对航天器发送“抢救”指令。
在这方面，其实还有一些反面的例子。例如，俄罗斯前些年发射的福布斯-土壤号火星探测器，由于在近地轨道停留的时间非常短，因此没有安装中继卫星测控装置。然而探测器在进入近地轨道后不久就发生了严重的故障。由于测控弧段有限，最终导致整个飞行任务以失败告终。如果当初设计者在探测器上安装了中继卫星测控设备，则有可能在地面测控站覆盖不到的时段与航天器建立测控链路，进而提供更多的挽救机会。
虽然进步号货运飞船只有大约2.3吨的运送能力，但目前仍然是国际空间站货运任务的主力军。在“进步-M27M”之后，将由“进步-M28M”完成此型号飞船的谢幕之旅，新的进步-MS号飞船和联盟-2.1a运载火箭也将粉墨登场。相信国际空间站并不会因为这次货运飞船的失败而“饿肚子”。
作者：杨宇光
来源：飞天科普周刊
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