进步号飞船：苏联留给全人类的太空货船
微信号：小火箭
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小火箭出品
本文作者：邢强博士
近期，小火箭和大家一起聊了龙飞船的总体设计与对接方式、阿波罗飞船的返回弹道设计、追梦者空天飞行器的技术传承和航天器上面经常会用到的聚酰亚胺薄膜。基本上，是围绕飞船来进行阐述的。
在逐渐形成小火箭的宇宙飞船系列文章的第1季的过程中，有关要求小火箭讲述苏联的进步号货运飞船的留言累积了很多。那么，小火箭就以进步号货运飞船的小系列来完结小火箭飞船系列文章的第1季吧！
毕竟，作为一款发展最早、技术上最为成熟、改进型号最多、亲眼见证了礼炮-6号、礼炮-7号、和平号和国际空间站等大型航天器的成长历程的飞船，进步号是值得我们送上祝福的。
进步号无人货运飞船正在逐渐接近国际空间站，准备进行自动对接。摄于2017年2月24日的国际空间站。
小火箭的进步号货运飞船系列文章将与大家共同探讨如下7个问题：
进步号飞船与苏联载人飞船的传承关系；
进步号飞船的总体设计情况；
进步号与其他飞船的大小对比；
进步号飞船经历的那些岁月；
进步号的标准载货组成；
进步号与空间站的对接；
进步号再入大气层。
本文是小火箭进步号货运飞船系列文章的第1篇。
1.传承
公元1961年4月12日莫斯科时间上午9时零7分，加加林乘坐东方一号宇宙飞船从拜科努尔航天发射场起飞，在远地点为301公里的轨道上绕地球一周，历时1小时48分钟，于上午10时55分安全返回，降落在萨拉托夫州斯梅洛夫卡村地区，完成了世界上首次载人宇宙飞行，实现了人类进入太空的愿望。
加加林当年乘坐的是东方1号载人飞船。上上图为东方1号飞船模型，上图为东方1号返回舱实物。
东方系列飞船是苏联的第一代载人飞船。（共发射了6艘）
苏联第2代载人飞船是上升号。上升号对载人飞船的安全性和生命保障能力进行了大幅改进。1964年10月13日升空的首艘上升号飞船就搭载了3个人，成为了世界上第一艘搭载多人进入太空的飞船。（美国人在1年后，实施了双子座计划，将2名宇航员送入太空。）
值得一提的是，上升1号飞船中的3个人里，只有一个人是专职的宇航员。他是科马洛夫空军上校，这个人，一会儿小火箭还会提到。另外两个人，分别是一名参与上升号飞船设计的工程师和一名医生。
上升2号飞船则让阿列克谢·列昂诺夫成为了世界上第一位进行太空行走的人类。
联盟号载人飞船是苏联的第3代载人飞船。上图为一艘联盟飞船正对接在和平号空间站上。
在联盟号发展初期，苏联已经在1965年掌握了单人入轨、安全返回、多人入轨、太空出舱等多项宇宙飞船的核心技术。
不过，联盟飞船虽然有充足的技术积累，但是其发展也并非一帆风顺。
1967年4月23日，联盟1号顺利发射。在完成了13圈轨道飞行后，科马洛夫向地面报告工作顺利。此时，科马洛夫成了人类历史上第一位2次进入太空的人。
在飞到第18圈时，飞船的姿态发生明显偏移。地面指挥中心命令飞船返回。在起飞26小时45分钟后，科马洛夫操纵飞船再入大气层并启动了反推火箭。但是，联盟1号的压力传感器失效，这导致主减速伞没能正常打开。科马洛夫随即按紧急程序，手动释放备用伞。悲剧的是，备用伞与之前弹出的引导伞的伞绳缠绕在了一起。这样，主伞和备用伞都没能正常展开，返回舱最终以每小时150公里的速度坠毁，导致科马洛夫上校牺牲。
1971年4月19日，满载众人期望的“礼炮”1号由“质子”火箭发射升空，开启了人类探索太空的空间站时代。详见小火箭的公号文章《苏联的礼炮：空间站技术的最早尝试》
空间站的发展，离不开能够为空间站补充燃料、食物和饮用水以及实验设备的太空货船。
如果把载人飞船的生命保障系统拿掉，把用于安全返回地面的系统也拿掉的话，会节省出大量重量和空间，这样就能够为运货提供方便了。由此，无人货运飞船的发展计划开始实施，并随着苏联空间站项目的发展而稳步推进。上图为苏联礼炮6号空间站。注意，左侧对接了一艘进步号无人货运飞船，右边对接了一艘联盟载人飞船。
联盟飞船是技术成熟，非常靠谱的一款载人飞船。早期的事故让设计师和工程师对飞船的安全与可靠方面的性能更为用心。随着苏联与俄罗斯大量太空探索项目的遍地开花，联盟飞船也逐渐成长为一个庞大的谱系。
作为系出联盟载人飞船同门的进步号无人货运飞船，自然也是这个谱系中的一员。
要不要小火箭也像描述东方和上升两个系列载人飞船那样，把联盟载人飞船的一些标志性事件列出呢？噢，饶了小火箭吧！联盟飞船的事情，小火箭以后专门写一个系列吧！联盟飞船的型号类别实在是太多样了。
联盟飞船的谱系比较复杂，小火箭在这里用类似家谱的方式把联盟飞船的谱系列出，以便和大家一起理清联盟飞船后面缀的由数字和字母组成的型号的传承关系。（这里就不一一列出每一款联盟和进步飞船的图片了。）
由上图可见，进步无人货运飞船是由联盟7K-OK的这一支脉发展而来的。而后来的进步M则与联盟T的技术有很大的关联。
小火箭在图中注明的苏联登月计划，后来因N-1火箭的事情而搁浅了。讲到这里，不禁扼腕叹息，感慨万千。详见小火箭的公号文章《承载苏联载人登月梦想：N-1火箭》。
2.总体
至此，小火箭给出了苏联东方、上升和联盟共3代载人飞船的发展历程简介，并指出了进步号无人货运飞船与联盟载人飞船的技术传承关系。接下来，小火箭将要阐述的是进步号飞船的总体设计。
从这张对接在空间站上的进步号飞船的照片来看，她简直和联盟号是一模一样的：经典的3舱段布局，一对太阳能帆板。好在飞船的加压货舱上写着硕大的“进步”，这或许算是她与联盟飞船最大的区别了。
进步号无人货运飞船采用经典3舱布局，从头到尾，依次为加压货舱、燃料舱和推进器舱。基本上，进步号货运飞船就是大货车与油罐车的结合之后，又加上了能够在太空中飞行的能力的一个小家伙。
1978年1月20日，第一艘进步号无人货运飞船搭乘R-7系列运载火箭发射升空。这款火箭后来更广为人知的名字是联盟火箭。有关该系列的火箭，详见小火箭的公号文章《1863次发射！开启人类航天时代的R-7导弹》。进步号无人货运飞船与联盟号载人飞船使用同样的火箭发射。
早期的进步号货运飞船，发射重量在7.021吨至7.249吨之间（由具体的载货情况决定），最大载货重量为2.3吨（进步1号至进步23号）或2.5吨（进步24号至进步42号）。
进步号飞船长7.94米（同时代的联盟飞船长7.4米），比联盟飞船稍长，这也是外观上两种飞船的一种区别：进步更为苗条一些。两种飞船的核心舱段的直径都是2.2米。不过，到后来的进步MS飞船的时候，进步的长度减小到了7.23米，比起很长一段时期都维持在7.48米的联盟飞船来说，短了一些。
进步号飞船拥有6.6立方米的货舱容积。
这是一张进步号货运飞船的推进系统的珍贵的照片。进步号飞船的推进系统采用偏二甲肼/四氧化二氮液体燃料体系。其主发动机的燃烧室压力为0.88MPa，拥有2.95千牛的推力。进步飞船的发动机可在太空中工作890秒。
3.大小
进步号飞船长7.94米（后期改进型长7.23米），核心舱段的直径2.2米。上图为欧空局的ATV货运飞船、进步号货运飞船和阿波罗飞船的大小对比。进步号是个头儿最小的。
当然，展开太阳能帆板后，进步号会看起来大一些。（不过，欧空局的ATV更能伸展。这款飞船在设计上有一些独到之处，今后小火箭会专门为她写一篇。）
4.岁月
进步号飞船，如果不持续进行改进，不能让性能持续进步的话，那就实在对不住她的名字了。
实际上，进步飞船的改进的确是持续不断的。
在基本款进步号无人货运飞船发射了42艘之后，时间来到了1990年5月份。随着和平号空间站的逐步壮大，她对货运飞船的要求也就越来越高。进步-M飞船的改进计划应运而生。
进步-M飞船的货舱容积为7.6立方米（基本款进步号为6.6立方米），拥有2.6吨的上行货运能力（基本款进步号为2.5吨）。而制导控制系统的升级更是极大地增强了进步飞船的在轨飞行能力：由原来的自主飞行3天的能力跃升为自主飞行30天。
就在进步号货运飞船得到升级后，准备大力推进苏联太空探索事业发展的时候，红色帝国轰然倒塌。空留和平号空间站与进步号飞船在太空中孤零零地漂浮着。
不过，进步-M飞船还是坚强的。她继续为和平号空间站服务。
进步-M飞船一共为和平号空间站运送了43次物资。可以说，如果没有进步飞船，和平号空间站是很难在轨维持正常运营的。苏联不在了，不过苏联留下来的这款小飞船与已显老态的和平号空间站依然在支撑着那些曾经无比辉煌的太空梦想。
至此，进步号系列无人货运飞船已经为礼炮-6号、礼炮-7号以及和平号空间站执行了85次任务，全部发射成功，任务完成得不错。（在1994年、1996年和1997年，出现了3次对接过程中的问题，这个小火箭在下篇文章中讲述。）
这85次任务，小火箭不再一一赘述。进步号在不断进步，然而，能够平静地面对变故，能够从容地应对太空环境的和平号，却没能赢过岁月。进步号跟上了时代的步伐，但是她一直以来支撑着的和平号空间站，终究要走到寿命终结的那一天。
然而，进步号是不甘心的。小火箭在这里，要特别指出2艘对和平号空间站有重要意义的进步号货运飞船。
上图为和平号空间站，由发现号航天飞机摄于1998年6月12日。第一个舱段于1986年2月20日升空的和平号空间站，终于还是要垂垂老去了。
公元1999年7月16日，世界标准时间16点37分33秒，进步-M42号飞船发射升空。小火箭认为，进步号飞船此时虽然无言，但是她知道此次任务的目的，一定是含着泪的。
1999年7月18日，世界标准时间17点53分21秒，进步-M号货运飞船与和平号空间站自动对接，为最后一批留守在和平号空间站的宇航员送来补给。
1999年8月27日，最后一批留守的3名宇航员搭乘联盟TM-29飞船离开。
随后不久，和平号空间站的主控电脑、陀螺仪相继关闭。升空13年了，累计出现2000次故障的和平号，带着1000多处仍未解决的故障，失去了意识和动力，成为了一艘在太空中漂流的古船。
但是，进步M42飞船不会让和平号就这样坠入历史的。
公元1999年9月7日，进步M42飞船发动机的一次奋力的工作打破了和平号空间站的死寂。
是的！这艘卸掉补给品后，总重不足7吨的小飞船，正在奋力顶推重达129.7吨的和平号空间站！她在用自己全部的力气，努力让已经成为一堆毫无意识的钢铁的和平号空间站维持在原有的轨道上。
进步号飞船受全世界对太空探索依然怀有热情的人之托，努力延长和平号的在轨寿命，为她争取哪怕是无比渺茫但仍有一线希望的机会。经历过太多风云的进步号知道和平号的意义，知道那过去的荣耀，也知道未来的梦想。
通常来说，进步-M型货运飞船对接到空间站之后，会与空间站一起在轨飞行1个月（后来对接到国际空间站的时候，可以延长到3个月）。
而这艘拼尽全力维持和平号轨道高度的进步飞船，顶着19倍于自身体重的毫无反应的和平号空间站，在太空中足足飞了200天零13小时。
她以自己的全部力量，全部生命，让和平号空间站在系统关闭后，仍然能够绕地球飞行。（进步M42飞船绕地球飞行了3168圈）。
2000年2月2日，进步M42几乎耗尽了自身的所有能源。她完成了历史交给她的使命。她知道，再待在和平号上的话，自己本身也有成为和平号的负担。当天3点11分52秒，进步M42用最后一丝力气与和平号分离。3小时后，进步M42坠入稠密大气，烧毁。
不过，进步M42是带着希望坠毁的，在她与和平号分离的那一刻，她知道新的货运飞船已经升空。未来，一艘私人赞助的联盟飞船会带着2名工程师登入她奋力维持生命的和平号，来勘察是否有维护升级并改造为一个太空电影工作室的可能。
但是，和平号空间站最终还是没有取得足够的经费。2001年1月24日，进步M1-5飞船升空（未携带任何食物和水，飞船里灌满了燃料，是正常燃料搭载重量的2.5倍）。1月27日，该飞船与和平号对接。
进步M1-5飞船执行了一个令很多人心痛的任务：亲手结束和平号空间站的生命。进步M1-5通过两次点火，将和平号送入一个近地点165公里，远地点220公里的高度极低的椭圆轨道上。3小时后，2001年3月23日，世界标准时间，凌晨5点08分，进步M1-5飞船火力全开，一头将和平号顶入稠密大气，与和平号一起在空中解体。他们的碎片坠入了南太平洋。
在整个和平号空间站15年的生命里，共有31艘联盟载人飞船与其对接。而与和平号对接过的进步号无人货运飞船，则足足有 62艘，恰好是联盟载人飞船数量的2倍。
从2000年8月开始，进步号飞船开始积极参与国际空间站的建设。上图为世界标准时间2000年8月8日20点12分56秒，进步M1-3货运飞船对接在星辰号上。星辰号是国际空间站的核心舱段，通常又被称作国际空间站的俄罗斯舱。
从这时起，进步号货运飞船开始获得NASA的官方编号。为了向老前辈致敬，进步号在NASA序列中保留了进步这个名字。不过，编号有所变化。上图那艘进步M1-3货运飞船的NASA序列为进步1号。那时候，国际空间站还很瘦。上图和上上图都是从亚特兰蒂斯号航天飞机上拍摄的。
2007年8月5日，正在靠近国际空间站的进步M61飞船（NASA序号进步26号）。这艘飞船发射的时候，恰逢航天先驱齐奥尔科夫斯基诞辰150周年。
进步M-66飞船（NASA编号进步33号）正准备与国际空间站对接。摄于2009年2月13日。
2011年10月30日，进步M-13M飞船在拜科努尔航天中心的1号工位发射升空。
2012年9月9日，对接在国际空间站上的进步M-16M飞船飞行在大西洋上空。这张照片恰好拍到了大西洋上的莱斯丽飓风（风眼坐标为北纬33.4°，西经62.1°）
进步M-13M（NASA序号进步45号）正准备与国际空间站对接。
进步货运飞船与联盟火箭
联盟飞船通常是国际空间站上拍摄俄制飞船的主角，但是进步号小家伙儿还是得到机会展露了一下。上图中间是联盟飞船，而左侧照到了天鹅座飞船的一部分，右侧则照到了进步飞船的一部分。
进步号货运飞船，到小火箭发出这篇文章的时候，已经发射升空157次，超过了其他所有类型的飞船。总共只有3次发射失败，而且都发生在2011年之后（进步M-12M、进步M-27M、进步MS-04/65P）。
纵观整个150多次对接，发射成功的进步号只在90年代与和平号对接时出现了一次较为严重的事故。其可靠性和成功率在所有飞船当中是相当出色的。
进步号货运飞船，支撑了礼炮6号、礼炮7号与和平号3款苏联空间站的在轨运行。奋力维持了和平号的寿命，并亲手送和平号空间站回家。之后，又开始努力为国际空间站服务。在她39年的太空货运生涯中，她看到航天飞机来，又目送航天飞机走。
她供养起一代又一代的空间站。她是苏联留给全人类的一款可靠的宇宙飞船。
进步号飞船的发射与对接，很少能够获得像龙飞船、天鹅座飞船那样的关注。小火箭在这里向功勋卓著而又总是默默无闻的进步号致敬！
下一篇，小火箭将继续讲述进步号货运飞船。小火箭会给出进步号飞船的对接设计以及她与国际空间站对接的手绘算例，然后给出进步号飞船的经典货运清单。
暮霭与晨曦中的联盟号（近处）与进步号（远处）。在国际空间站上，每天有16次日出日落。
感谢大家对小火箭的支持！
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