細品漫話“星際線”

文/ 錢衛

▲ 飛船殼體銑出網格來減重

熟悉美國載人航天歷程的人們在看到“星際線”的時候就會發現它非常眼熟，它和波音在2006年競標美國宇航局“乘員探索飛行器”的方案外觀幾乎一模一樣，只是推進艙的長度略短一點，連圓錐體返回艙的錐度都一樣。如果再向前追溯一點，會發現“星際線”和早年的阿波羅飛船也很像，只是推進艙短了一多半而已。那么，“星際線”到底是一個怎樣的存在呢？

系出名門

按照有關報道的說法，“星際線”確實繼承了“乘員探索飛行器”的很多理念，但所有元器件和分系統都是重新研制的。其實，波音在投標“乘員探索飛行器”的時候也只不過拿出了一個紙面方案而已，談不上有什么具體的硬件，所以“星際線”的確是全新研制的。在“星際線”之前，波音公司實際上從來沒有研制過這種飛船式的天地往返飛行器。或許有讀者會對這種說法提出質疑，在波音公司自己的宣傳中，阿波羅飛船就是波音的產品，怎么會沒有研制過呢？實際上，阿波羅飛船是美國北美飛機公司的產品。只不過在1967年，北美飛機公司和洛克維爾公司就合并了。到了1996年，這家公司因為經營不善而破產，被波音整體收購，波音也因此擁有了宇航科研能力。另外，發射阿波羅飛船用的土星5號火箭也是這家公司的產品。波音收購的宇航企業還包括著名的通信衛星制造商休斯公司、生產德爾它火箭的通用汽車公司、生產大力神火箭的麥道公司。

▲ 制造中的“星際線”，上方的框架內容納降落傘

▲ 飛船研制期間，實施了降落傘極限試驗

雖然“星際線”和阿波羅飛船的返回艙看上去也很像，但是在總體結構上要簡單多了，而且體積要大得多。“星際線”的底部直徑為4.5米，頭部有一個穹頂形的整流罩，用來在發射期間保護對接口。飛船進入宇宙空間后，這個整流罩就被拋掉了。在返回大氣層的過程中，防熱大底向前，對接口向后。雖然也要承受高溫的考驗，但受熱情況不算嚴重。

兩艙飛船

從設計角度說，“星際線”可謂中規中矩，體現了美式飛船的一貫設計理念。

首先，這是一種兩艙式飛船，只有返回艙和推進艙，沒有“神舟”和“聯盟”飛船的軌道艙。這是因為它不打算單獨長期在軌飛行，只是往返于地面和國際空間站之間。既然沒有軌道艙需要保護，“星際線”在發射的時候也不需要裝在整流罩里，而是直接用飛船外側的熱護罩來抵擋上升過程中的氣流沖擊。這樣的設計能夠極大地擴展飛船直徑，使其達到4.56米之多。當然，飛船頭部的對接口需要用一個小型整流罩保護起來。

返回艙的熱護罩分為3個部分，圓錐體上部是一次性使用的可拋熱護罩，下部是固定安裝的重復使用熱護罩，底部是一次性使用的防熱大底。在上部可拋熱護罩下面是降落傘艙。防熱大底里面是軟著陸用的氣囊。

▲ 逃逸救生試驗中的飛船

▲ 星際線飛船安裝在火箭頭部，造型有趣

▲ 星際線飛船的對接口在入軌后就暴露出來

返回艙內部是載人和載貨空間。如果不攜帶大件行李，艙內最多可以坐7個人。不過美國宇航局購買的“星際線”運輸服務只乘坐四五個人，其余空間用來載貨。和其他飛船一樣，座椅之間的距離很小，乘坐并不舒服。但是按照計劃，“星際線”在發射后31分鐘就能進入“穩定軌道”，然后經過幾個小時就能進入國際空間站軌道，再經過幾個小時的精密交會，就可以對接了。所以哪怕乘坐體驗很差，也還算可以忍受。返回艙本身裝有12臺445千牛發動機，用于脫離國際空間站后的機動返回。

返回艙下面是推進艙，主要的電力和推進系統都裝在這里。其中有28臺378牛頓的姿態控制推力器、20臺6672牛頓推力器，最重要的是4臺177929牛頓逃逸救生推力器。推進艙的電源設計非常奇葩，它的太陽電池并不采用展開式結構，而是貼滿了底部。這當然降低了設計制造的難度，同時也不需要為它設計發射階段的整流罩。然而，“星際線”底部面積只有不到16平方米，還需要在上面開出4個圓孔來容納逃逸救生推力器的噴管，所以發電能力是很有限的。不過考慮到它的飛行時間有限、任務比較簡單，或許也算夠用了。

兩艙相加，高度達到了5.03米，看起來矮墩墩的。裝在宇宙神5火箭的頂部，給人一種極為奇特的視覺感受。

陸地回收

“星際線”這次降落在白沙導彈靶場，是多年來美國第一次在陸地上降落和回收的載人飛船。

和海上濺落相比，在陸地上降落的優點很明顯。主要是回收成本比較低，在GPS定位和移動通信技術非常成熟的今天，飛船可以一邊降落一邊報告自己的位置。回收隊甚至不需要動用飛機，用幾輛汽車就能完成整個回收工作。航天員也不用擔心海上生存的問題。“阿波羅”計劃采用海上回收方式，主要是因為當時的落點控制精度不夠高，擔心掉進有人居住地區造成傷亡。龍飛船和“載人龍”的海上回收同樣是這個理由。但是波音公司作為老牌軍火商和飛機制造商，不但和聯邦航空管理局（FAA）、北美防空司令部等單位關系熟絡，而且和陸軍關系也很好，可以協調到屬于陸軍的白沙導彈靶場。白沙靶場不但空域遼闊，而且是美國兩片不受FAA管理的天空之一（另一片是白宮上空）。而且經過數十年航天技術發展后，飛船落點精度控制能力也遠遠超過了“阿波羅”時代。所以波音決定飛船立刻返回之后，著陸回收過程還是比較順利的。

▲ 回收隊用普通卡車就能執行任務

▲ 星際線飛船模擬器內部

▲ 訓練用的星際線飛船，注意艙壁厚度

“星際線”還選擇了3個備用著陸場，分別在猶他州的杜格偉試驗場、亞利桑那州的威爾考克斯-帕拉亞干湖和加利福尼亞州的愛德華茲空軍基地。

既然是在陸地上著陸，就要考慮最后的著陸緩沖問題。和“聯盟”“神舟”不同的是，“星際線”采用了氣囊著陸技術。這次飛行也使這種技術提前得到了驗證。“聯盟”“神舟”都采用反推發動機進行緩沖，這就要在防熱大底后面設置大推力的固體火箭發動機，不但技術要求較高，而且攜帶大量固體推進劑完成整個天地往返飛行，風險也是比較大的。用氣囊著陸，雖然也要在氣囊里設置一些火藥來產生氣體、給氣囊充氣，但劑量畢竟要小得多。另外，無論采用哪種著陸緩沖方式，都要考慮在應急情況下能降落在水里。這就意味著，即使采用緩沖發動機，也要在飛船上設置一套浮囊。“星際線”上的氣囊也可以作為浮囊，因此結構設計上就更加簡單一些。“星際線”要求著陸海域的浪高不能超過4米，風速不能超過每秒13.9米，還不能有雷暴和閃電。另外，載人火星計劃也打算靠氣囊來實現最后的落地，“星際線”也為波音未來再次參與火星探索計劃奠定了技術基礎。

總體評價

在飛船總裝的問題上，波音有一個巨大的優勢，是馬斯克不能相比的。“星際線”的總裝工序在原先的航天飛機軌道器維修維護三號車間里進行，這個車間就位于肯尼迪航天中心，距離發射塔架很近。飛船總裝完成后，只需要極短距離的轉運就可以抵達發射工位。這對于降低發射準備成本、減少運輸風險有巨大的好處。

“星際線”雖然進度比“載人龍”慢一些，但總體設計一直沒有發生大的變化。直到這次發射，依然保留著7人座艙、降落傘回收、推動式逃逸救生系統的基本設計。“載人龍”卻先是放棄了火箭反推回收方案，改用降落傘；最近又放棄了7人座艙方案，減為4人。可以看出，波音作為一家老牌航空航天制造商，雖然航空部門面臨著諸多問題，但航天部門穩扎穩打的作風還在，曾經的北美飛機公司團隊也沒有徹底自廢武功。如果能把質量管理體系重新振作起來，“星際線”的未來還是值得期待的。

▲ 著陸試驗用的模擬飛船，涂裝成藍白格子