美國新型載人飛船“獵戶座”首次無人探索飛行試驗任務圓滿完成

郭筱曦（北京空間科技信息研究所）

在10多年的規劃、準備、研制和挫敗之后，美國航空航天局（NASA）的新一代載人飛船“獵戶座”（Orion）終于成功發射，其首次無人探索飛行試驗（EFT-1）任務于2014年12月5日格林尼治標準時間（GMT）12：05由德爾他-4重型運載火箭從美國卡納維拉爾角空軍基地37B航天發射臺發射，12：22進入初始軌道（目標初始軌道為近地點185km/遠地點888km、傾角28.8°）。任務持續約4h24min，飛船繞地球軌道飛行兩周，總航程超過96600km；在飛行的第二周遠地點升至約5800km，隨后乘員艙以約8900m/s的速度再入，16：29濺落于太平洋上，之后打撈回收。任務設計本質上近似于1967年用于驗證“阿波羅”飛船飛行控制系統和模擬月球任務返回再入時熱防護效果的阿波羅－4任務。這是自“阿波羅”計劃結束后42年來，美國載人航天器飛到距地如此遠的太空。

美國航空航天局對此次試飛的評價為“近乎完美”。美國國內媒體在報道此次任務的時候紛紛使用了“歷史性”、“里程碑”、“新紀元”等字眼。

1 任務背景

建造“獵戶座”飛船的最初提議是由2003年哥倫比亞號航天飛機事故以及小布什尋求美國總統大選連任的政治因素所致。受政策方向千變萬化之苦，“獵戶座”計劃從立項至今經歷了漫長而曲折的演進過程。它原是美國航空航天局“星座”計劃中的關鍵組成部分，本應在2015年首飛。但到了2010年初，遭遇了資金短缺、進度滯后、設計思路分歧等困難而延后，后來又隨著“星座”計劃的中止而重新調整。如今該飛船被寄予厚望，已成為美國航空航天局實現重返深空載人探索目標的唯一載人航天器，將來用于載人登陸月球、小行星，乃至火星的計劃。

“獵戶座”雖然外形類似于“阿波羅”飛船，但技術性能有大幅提高，其分系統和元件采用許多創新技術?！矮C戶座”飛船由乘員艙、服務艙和發射緊急中止系統構成，此次任務未安裝太陽電池翼。飛船具有獨特的生命保障、推進、熱防護和電子系統，結合其他組成部分能實現更長時間的深空任務。

首次無人探索飛行試驗發射日期已多次推遲，先從2013年推到2014年9月，后又因讓步軍事衛星“地球同步空間態勢感知”（GEO SSA）系統發射而推到12月4日。在任務的最后準備階段，美國先后遭遇軌道科學公司“安塔瑞斯”火箭爆炸和維珍銀河公司太空船－2墜毀兩次重大航天事故，盡管推進此次任務的航空航天局官員表示，無需為此改變既定計劃，但航天飛行的風險始終是他們心中的頭等大事。

12月4日，在既定發射窗口之內，任務先后受船只誤闖發射區域、地面風速多次超限影響而推遲，最后階段因火箭液氫閥門運轉不正常且一時無法排除而取消發射，推遲到第2天同樣的發射窗口。

2 任務目標

美國航空航天局和洛馬公司為此次試驗飛行任務制定了以下目標。

1）成功發射并將飛船送入目標初始軌道；

2）演示驗證上升和離軌過程中關鍵的分離事件，包括服務艙整流罩分離，發射緊急中止系統拋離，乘員艙/服務艙分離，前隔艙蓋拋離；

3）演示驗證高能再入過程中熱防護系統的性能；

4）演示驗證下降、著陸和回收作業。

從第一批回傳的數據看，基本實現任務目標，飛船系統性能良好。此次試飛收集的數據將在2015年4月關鍵設計評審（CDR）前分析完成。

3 后續任務計劃

“獵戶座”飛船/“航天發射系統”（SLS）計劃于2018年前后首次組合試飛，執行第一次探索任務（EM-1）。此前確定的第一次探索任務飛行計劃是為期10天的高月球軌道任務，后調整為25天，將把一艘無人“獵戶座”飛船發射到月球以遠7×104km處的一條遠距離逆行軌道上。

首次升空的“獵戶座”飛船和火箭上面級在軌飛行構型示意圖

第二次探索任務是“獵戶座”飛船/“空間發射系統”的首次載人任務，在2013年初調整為“載人小行星重定向任務”（ARCM），計劃于2021年前后發射。在第二次探索任務發射前，2019年將安排一次任務，用宇宙神-5火箭發射無人的小行星捕獲飛船，前往一顆足夠小且相對接近的小行星，捕獲并在1～2年內將其拖到月球附近。小行星就位后，“航天發射系統”將發射載有兩名乘員的“獵戶座”飛船到達這顆小行星并進行艙外活動和樣品采集。

4 結束語

對美國恢復本土載人航天發射能力意義重大

自載人航天活動開展以來，美國一直依靠聯邦機構—美國航空航天局發射航天員到達近地軌道和月球。2011年航天飛機退役后，美國就不再具備本土載人航天發射能力，“國際空間站”乘員輪換依靠俄羅斯“聯盟”載人飛船進行，貨物補給則由俄羅斯、歐洲和日本的貨運飛船及美國商業公司貨運飛船實現。

“獵戶座”飛船返回艙濺落

如果從單純經濟角度考慮，當前購買俄羅斯飛船座位的花費至少低于航天飛機或“獵戶座”飛船的成本，但在美國看來，依賴于其他國家進入太空是不能容忍的。毫無疑問，2014年是“后航天飛機”時代到來后對于美國載人航天具有非凡意義的一年。除商業載人運輸合同敲定外，此次“獵戶座”飛船試飛任務的成功意味著，美國距離恢復本土載人航天發射能力更近了一步。

美國已開啟新一輪的近地軌道以遠載人探索活動

20世紀60－70年代，美國成功實施了6次載人登月任務，12人親自登上月球，24人到達過近地軌道以遠的空間，“阿波羅”計劃迄今仍是世界載人航天活動的巔峰成就。1972年，阿波羅－17飛船執行了該計劃最后一次任務，載人登月計劃就此終結，此后42年來，人類再也沒有突破過近地軌道空間的限制。

2010年4月，奧巴馬政府發布了“21世紀太空探索”新戰略，確定的目標是進行月球以遠的載人深空探索并構建新的載人航天技術體系，推動美國載人航天事業的持續性發展。2013年7月，《美國航空航天局2013財年授權法案》頒布，明確支持近地軌道以遠的載人探索，稱其應是該局的核心任務；國會強烈支持研制“航天發射系統”與“獵戶座”飛船，作為近地以遠載人探索、先進科學任務和國家級優先項目的使能組成部分；并進一步規定，開發載人火星及其以遠任務所需的能力和技術，既是航空航天局載人航天和技術開發計劃的最重要優先項目，也是美國的國策。

火星始終作為美國可預見的載人空間探索的最終目標

目前，美國制定了以載人登陸火星為最終目標的戰略規劃并穩步實施。在2014年11月6日舉行的新聞發布會上，美國航空航天局主管探索系統開發的助理副局長威廉·希爾表示，“獵戶座”飛船此次試驗飛行任務是該局（載人）前往火星的第一塊基石。美國將發射“洞察”深度鉆巖火星著陸器和2020新型漫游車，并可能實施無人火星采樣返回任務，為將來載人火星探索奠定技術基礎。美國航空航天局希望，最終在21世紀30年代中期用“獵戶座”飛船結合使用深空居住艙、空間推進級等實現載人繞火星軌道飛行，之后開展載人登陸火星任務。