新一代載人航天器

沈羨云

2009年9月18日，美國航空航天局正式宣布，2010年美國現存的3架航天飛機將全部退役，在此之前，它們將進行6架次飛行，主要完成空間站的基本組裝任務，美國航空航天局同時公布了執行最后一次飛行任務的6名“發現”號航天員名單。

美國自以為豪的航天飛機為什么要退役呢?在制定航天飛機計劃時，人們贊揚它是一種集火箭、衛星和飛船技術優點于一身的、最經濟實惠的新型航天器；同時也一致認為它是一種“巧奪天工”的航天技術大飛躍。但是，經過27年的飛行實踐證明，盡管它在載人航天的發展中起到不可磨滅的作用，可也不是一種理想的天地往返運輸工具，尤其是“挑戰者”號和“哥倫比亞號”的爆炸，5架航天飛機只剩下了3架后，人們普遍認為航天飛機在很多方面都沒有達到原定的設計要求，特別是沒有能大幅度降低載人航天的費用，而且它的致命弱點是技術復雜、機上結構件和設備老舊、安全可靠性很低，使美國人對航天飛機完全喪失了信心。所以，美國航空航天局早就有淘汰航天飛機、發展新一代乘員航天器的想法。

那么，接替航天飛機任務的將是誰呢?誰來完成今后空間站的運送任務和月球、火星的探險任務呢?對于采用什么類型的乘員航天器，美國航空航天局也有一個認識的過程，經歷了三個階段。第一階段是在1986年“挑戰者”號航天飛機爆炸事故發生后數周，美國總統里根提出了發展空天飛機作為航天飛機的替換品。空天飛機是一種能夠以普通飛機的方式起飛，既能在30千米～100千米高的大氣層中飛行，執行航空任務，也能直接進入低地球軌道，完成航天任務的飛行器。由于空天飛機的技術難度大，所需投資多，研制周期長，美國航空航天局沒有成功的把握，因此于1994年取消了這項計劃。第二階段是起始于1996年6月，美國航空航天局提出了發展x－33航天器的計劃。這種航天器與航天飛機很相似，只是它靠自身發動機和內置燃料，無需外掛燃料箱就能進入軌道，其優點是不僅能節省大量人力物力，同時還能節省約90％的發射費用和縮短兩次任務之間的準備時間。但此計劃也因技術困難和經費超支，在經過5年的研究、耗資12.6億美元后，于2001年中止了此計劃。第三個階段是在“哥倫比亞”號航天飛機發生事故后，美國航空航天局又宣布了發展軌道載人航天器的計劃，這個軌道航天器比現在的航天飛機小巧，僅能乘坐4名航天員，優點是其準備升空的時間較短。主要執行兩項任務：一是運送航天員到國際空間站，=是充當備用救生船，以便空間站發生緊急情況時航天員逃生使用。2003年，當軌道載人航天器正在緊張研制之際，對于新一代載人航天器是采用太空艙式結構還是采用帶機翼的飛機式結構發生了爭論。經過對兩種結構的比較，人們普遍認為俄羅斯的“聯盟”號飛船是目前世界上最安全的飛船，飛行36年僅發生過兩起重大事故，因此很多人轉向建造太空艙式載人航天器的一面，最終的結果是決定采用飛船式的結構。為了重返月球，一些人提出采用類似于阿波羅飛船的結構，其優點是阿波羅飛船結構不僅簡單和安全，生產和使用的成本都比較低。而且，阿波羅飛船經過登月的實踐考驗，是一種比較成熟的技術，采用這種技術可以大大縮短開發研制的周期和經費。最后，在2006年8月31日，美國航空航天局正式宣布選用洛克希德一馬丁公司提出的新一代載人航天器“奧賴恩”，這個圓錐狀的飛行器將承擔美國航天員未來重返月球乃至登陸火星的飛行任務，此舉標志著美國新一階段載人航天計劃正式啟動。

新一代載人航天器“奧賴恩”是一個混血兒，它采用了“水星”飛船的火箭發射和返回方式、“阿波羅”號飛船的外形、航天飛機可重復使用的技術。它在繼承了其前輩優點的情況下，融入了計算機、電子、生命支持、推進系統及熱防護系統等領域諸多的最新技術，在性能、可靠性和軌道工作能力等方面明顯技高一籌。與它的前輩比，它有以下幾個突出的優點：

1更可靠、安全

與現在的航天飛機相比，“奧賴恩”的安全性能大大提高。首先，在發射時，“奧賴恩”是將乘員艙安置在航天器的頂部，遠離了容易出現問題的推力引擎和燃料箱，這樣航天員就不用擔心發射過程中泡沫絕緣體或是其他脫落碎片撞擊航天器而引起航天器的爆炸了。第二，在這種新型的航天器里有一個“發射中斷系統”，如果航天器在發射過程中發生爆炸或者故障，地面指揮中心的一套計算機系統將能夠自動發射一枚火箭撞擊航天器，使乘載著航天員的太空艙彈離航天器。接著，這個太空艙會垂直降落，一段時間后艙上的降落傘將自動打開，使太空艙濺落在海面上或者降落在陸地上，從而大大增強航天員生存的機會。第三，它的外形為圓錐狀，這種形狀被認為是航天器重返地球大氣層時最為安全可靠的外形設計。美國航空航天局認為，采用這些措施后，“奧賴恩”的安全系數將是現在航天飛機的10倍。航天飛機的失敗幾率是1:200，而“奧賴恩”是1:2000。

2、性能更強

“奧賴恩”的外表看上去與當年登月的“阿波羅”號飛船很相似，故有人說它是2.0版的“阿波羅”飛船。但是，它們之間是有很大差別的，“奧賴恩”只是選擇性地吸取了阿波羅計劃中可取的部分，而在很多方面進行了技術改進，表現在：1)“奧賴恩”號有5米寬，重量達到25噸，最多可容納6名航天員，而“阿波羅”飛船則遠比它小，一次只能搭乘3名航天員；2)“奧賴恩”配備了太陽能電池板，這將大大減少飛行器對燃料電池和普通電池的需求；3)“奧賴恩”使用了降落傘和氣囊相結合的降落設計，使載人艙在落地后還可重復使用，另外也節省了在海上降落的昂貴搜救成本，“阿波羅”飛船只能濺落在海上；4)“奧賴恩”由高科技合成材料制成，重量降低，運載量更大，生存和生活環境更優越；5)“奧賴恩”攜帶的燃料比“阿波羅”多，這樣航天員可以到月球表面的任何地方，而“阿波羅”僅攜帶了可在月球赤道著陸的燃料；6)“奧賴恩”上的計算機功能強勁，其內裝的自動駕駛儀可保障飛行器自動繞月運行，所有4名航天員均能降落到月球表面；7)“阿波羅”飛船只能使用一次，但“奧賴恩”按照設計方案可重復使用10次，這樣大大降低了每次發射的成本。

3、可承擔多種探險任務

“阿波羅”只能完成登月任務，而“奧賴恩”不僅可以接替航天飛機完成運送航天員和貨物到國際空間站的任務、在軌道上完成對衛星以及哈勃太空望遠鏡檢修，而且更重要的是承擔了飛往月球和火星的任務。為完成后一種任務，需要更大推力的運載火箭。“戰神I”型火箭是美國航空航天局開發的新一代載人火箭，它升空時的推進力可高迭2.13萬馬力。火箭第一級僅用2分鐘就可以把高近百米的“戰神I”型火箭送達58千米高的軌道。自2015年起，“奧賴恩”飛船將配備“戰神”火箭執行載人航天任務。按照美國總統布什2004年提出的太空新計劃，美國2020年之前將再次實現載人登月。隨后，美國將使用改進后的“奧賴恩”飛船和推力更大的運載火箭實現火星登陸，并飛往更遙遠的太空。

據悉，這個新型的栽人探險飛行器的造價達到1040億美元，美國航空航天局最初計劃在2015年3月前啟用“奧賴恩”載人飛船，執行載人航天任務。但由于美國的3架現役航天飛機——“奮進”號、“阿特蘭蒂斯”號和“發現”號都將于2010年退役，因此他們希望把“奧賴恩”的首飛時間提前至2013年9月，以縮短新舊載人航天器之間的“斷檔”期。但是由于資金短缺和技術難題，最近美國航空航天局宣布將放棄新一代載人航天器“奧賴恩”在2013年提前首飛的計劃，希望能在2014年9月前實現“奧賴恩”的首飛，把航天員送到國際空間站。如果一切進展順利，到2020年前“奧賴恩”還將首次執行飛往月球的載人飛行任務。如果用“奧賴恩”進行登月計劃，那么它的發射任務將分為兩部分進行。航天員乘坐的太空艙將通過一枚火箭送上太空，而登月艙和助推火箭則將通過另一枚推力更大的火箭送上太空。進入既定軌道后，太空艙、登月艙和助推火箭將在太空實現對接，然后繼續飛往月球，太空艙最終將借助降落傘返回地球。在實現登月后，“奧賴恩”還將飛往火星，但目前需要解決的是發動機燃料問題。“奧賴恩”號目前使用的是傳統的自燃式液體燃料，如果條件成熟，未來飛往火星的飛船將使用甲烷當燃料，一方面推力更大，另一方面這種燃料可以由航天員在火星上提取制造。(文章代碼：2210)

【責任編輯】蒲暉