貨物宇宙船は人を乗せませんが、有人宇宙船ですか？

貨物宇宙船は有人宇宙飛行の基盤です。それらがなければ、どの国の宇宙ステーションも維持できないでしょう。興味深いことに、世界の主要な宇宙船の歴史的起源を詳しく見てみると、有人宇宙船、貨物宇宙船、宇宙ステーションの関係は単なる宇宙ドッキング関係ではなく、技術や考え方に多くの類似点があることがわかります。

世界の宇宙船ラインナップ：旅客機7機、貨物機6機

現在、世界で有人飛行ミッションを実行している宇宙船は、ソユーズMS、神舟、クルードラゴンの3種類です。さらに、ロッキード・マーティン社のオリオン、ボーイング社のスターライナー、中国の新世代有人宇宙船も開発中である。ロシアの宇宙船「シーイーグル」は開発中と言われているが、詳細な進捗状況は公表されていない。また、シーイーグルの打ち上げを予定していたアンガラロケットの開発も順調とは言えず、打ち上げスケジュールに影響が出る可能性もある。

ソユーズ宇宙船が国際宇宙ステーションから分離

星間宇宙船の飛行レンダリング

現在、世界にはロシアの「プログレス」、中国の「天舟」、米国の「シグナス」、「ドラゴンカーゴ」、「ドリームチェイサー」宇宙船、日本のH2ロケット補給機（HTV）、欧州の自動補給機（ATV）の7種類の貨物宇宙船がある。しかし、ドリームチェイサーはまだ開発中であり、カーゴドラゴン、ATV、HTVは製造中止になったばかりです。

シグナス宇宙船が国際宇宙ステーションに接近

3つの異なるデザインアイデア

これらの宇宙船は 3 つの異なる設計コンセプトを採用しています。最初のタイプの貨物宇宙船は純粋な貨物宇宙船と呼ぶことができ、これは地上から宇宙ステーションに物資を届ける役割のみを担い、その後はゴミ収集車として機能し、大気圏に戻って燃え尽きることを意味します。 2 番目のカテゴリは多目的と言えます。これらは宇宙ステーションに物資を運ぶだけでなく、長期間宇宙ステーションにドッキングして、宇宙飛行士が作業、休息、生活するための一時的な与圧キャビンとして機能し、もちろん倉庫としても機能します。 3番目のカテゴリーは再利用可能な宇宙船です。

最初のタイプの宇宙船はロシアのプログレス宇宙船に代表され、2番目のタイプの宇宙船には中国の天舟宇宙船、米国のシグナス宇宙船、ATV、HTVが含まれます。 3番目のタイプは「クルードラゴン」と「ドリームチェイサー」に代表されます。

日本のHTV貨物宇宙船が国際宇宙ステーションに到着

これらのタイプの宇宙船の間には明確な区別はありません。有人宇宙船は通常、乗客と貨物を混在して運ぶことができます。 「クルードラゴン」や「スターライナー」も着脱式座席モデルを採用しており、通常は3つの座席を取り外して貨物容量を増やします。一部の貨物宇宙船は有人宇宙船から改造されたものである。最も代表的なものは、ソユーズ宇宙船から軌道モジュールを取り外して開発されたプログレス宇宙船です。

一部の貨物宇宙船は、宇宙船の構造、帰還、着陸などの関連技術を突破するための有人宇宙船の先駆けモデルです。これらの技術が成功すれば、有人飛行に関連する技術にさらなる進歩がもたらされるでしょう。これは貨物用ドラゴン宇宙船の場合であり、つまりドラゴン宇宙船とプログレス宇宙船の開発モデルは逆である。ある意味、ドラゴン貨物宇宙船は有人宇宙船の簡略化されたモデルです。この簡略化されたモデルは、同じ設計図に基づいて異なる目的の 2 つの宇宙船を形成できるため、作業負荷の簡素化に非常に役立ちます。ドリームチェイサー宇宙船もこの開発ルートを試みていますが、まだ成功していません。 ATVは有人宇宙船への転用も検討されたが、途中でモデルが中止された。

いくつかの貨物宇宙船は当初から独自に開発されました。設計当初から、天舟、HTV、シグナス宇宙船を含む有人往復飛行機能は考慮されていなかった。宇宙飛行士の大気圏への出入りの責任を負う必要がないため、帰還に必要なアブレーション物質層、パラシュートシステム、空気圧制御システム、反動ロケット着陸システムなどを備えていない。まさに「片道貨物トラック」です。かつて、このタイプの宇宙船を地球と空の間を往復するモデルに改造し、少なくとも宇宙実験のサンプルを持ち帰ることを検討した設計者もいたが、いずれも実現しなかった。このようなミッションは現在、乗客と貨物を積んだ有人宇宙船を使用して達成されています。

貨物積載量に大きな差

有人宇宙船は通常、乗客と貨物を混在して運ぶため、それらの貨物積載量を比較するのは不便です。そのため、ここではいくつかの種類の貨物宇宙船の貨物積載量のみを比較します。貨物船は大きさや積載量が大きく異なります。

2 種類の貨物宇宙船の貨物アップリンク機能は非常に異なるという興味深い事実がわかります。プログレス宇宙船の総貨物揚力容量は劣っているように見えますが、これは主に内部容積が小さいためです。単位空間重力で測定した場合、実際にはドラゴン カーゴに次ぐ大きさです。その理由は何でしょうか? ATVとHTVは満載されずに打ち上げられたのでしょうか？

ご存知のとおり、貨物宇宙船は自力で宇宙に行くのではなく、ロケットに頼っています。ロケットの積載量の大きさによって、貨物宇宙船自体の重量と貨物の合計重量が実際に決まります。天舟4号宇宙船は長征7号ロケットで打ち上げられ、ATVはアリアン5ロケットで打ち上げられ、HTVはH2ロケットで打ち上げられ、貨物船ドラゴン宇宙船はファルコン9ロケットで打ち上げられる。これらのロケットの異なる積載量と宇宙船の打ち上げ質量の違いによって、宇宙船の貨物積載量が決まります。

工場内の天舟4号宇宙船

さまざまなドッキング方法

前述の宇宙船は、乗客を運ぶか貨物を運ぶかに関係なく、自律的にドッキングできるものと、自律的にドッキングできず、ドッキングポートをつかむためにロボットアームに頼らなければならないものの2つのカテゴリに分類することもできます。そのうち、Tianzhou、ATV、Progress、Dream Chaserは第1カテゴリに属し、残りは第2カテゴリに属します。どちらのモデルにもそれぞれ長所と短所があります。自律的にランデブーおよびドッキングできる宇宙船の場合、ドッキングプロセスは比較的自由であり、マニピュレータがアイドル状態になるまで待つ必要はありません。しかし、レーダー、光学センサー、および対応する姿勢と軌道の制御機能を備える必要があり、比較的コストがかかります。自律的にランデブーやドッキングができないモデルは、まさにその逆です。将来の宇宙ステーションに多数のロボットアームが装備されれば、おそらく後者のタイプの宇宙船がより普及するだろう。

ドリームチェイサーとスペースシャトル

これらはすべて有人宇宙船である

貨物宇宙船であろうと有人宇宙船であろうと、それは有人宇宙船です。宇宙ステーションにドッキングした後、内部環境を開放する必要があるためです。宇宙飛行士は、貨物を運んだり、作業を行ったりするために、これら 2 種類の宇宙船に入るには宇宙服を着用する必要があります。そのため、貨物宇宙船であっても、内部は人間が生存できる環境を備えていなければなりません。少なくとも気密性は確保され、宇宙ステーションの漏れの原因となる部分になってはなりません。このため、有人宇宙船、貨物宇宙船、宇宙ステーションのモジュール間には技術的な相互運用性が存在します。有人宇宙活動が発展し続けると、おそらく人々はこれら 3 種類の宇宙船の間により多くの共通点を見つけられるようになり、材料、部品、設計、プロセス、手順の最大限の標準化が達成されるでしょう。これはコストの削減、サイクルの短縮、生産能力の拡大にとって非常に重要です。