新一代载人航天器

沈羡云

2009年9月18日，美国航空航天局正式宣布，2010年美国现存的3架航天飞机将全部退役，在此之前，它们将进行6架次飞行，主要完成空间站的基本组装任务，美国航空航天局同时公布了执行最后一次飞行任务的6名“发现”号航天员名单。

美国自以为豪的航天飞机为什么要退役呢?在制定航天飞机计划时，人们赞扬它是一种集火箭、卫星和飞船技术优点于一身的、最经济实惠的新型航天器；同时也一致认为它是一种“巧夺天工”的航天技术大飞跃。但是，经过27年的飞行实践证明，尽管它在载人航天的发展中起到不可磨灭的作用，可也不是一种理想的天地往返运输工具，尤其是“挑战者”号和“哥伦比亚号”的爆炸，5架航天飞机只剩下了3架后，人们普遍认为航天飞机在很多方面都没有达到原定的设计要求，特别是没有能大幅度降低载人航天的费用，而且它的致命弱点是技术复杂、机上结构件和设备老旧、安全可靠性很低，使美国人对航天飞机完全丧失了信心。所以，美国航空航天局早就有淘汰航天飞机、发展新一代乘员航天器的想法。

那么，接替航天飞机任务的将是谁呢?谁来完成今后空间站的运送任务和月球、火星的探险任务呢?对于采用什么类型的乘员航天器，美国航空航天局也有一个认识的过程，经历了三个阶段。第一阶段是在1986年“挑战者”号航天飞机爆炸事故发生后数周，美国总统里根提出了发展空天飞机作为航天飞机的替换品。空天飞机是一种能够以普通飞机的方式起飞，既能在30千米～100千米高的大气层中飞行，执行航空任务，也能直接进入低地球轨道，完成航天任务的飞行器。由于空天飞机的技术难度大，所需投资多，研制周期长，美国航空航天局没有成功的把握，因此于1994年取消了这项计划。第二阶段是起始于1996年6月，美国航空航天局提出了发展x－33航天器的计划。这种航天器与航天飞机很相似，只是它靠自身发动机和内置燃料，无需外挂燃料箱就能进入轨道，其优点是不仅能节省大量人力物力，同时还能节省约90％的发射费用和缩短两次任务之间的准备时间。但此计划也因技术困难和经费超支，在经过5年的研究、耗资12.6亿美元后，于2001年中止了此计划。第三个阶段是在“哥伦比亚”号航天飞机发生事故后，美国航空航天局又宣布了发展轨道载人航天器的计划，这个轨道航天器比现在的航天飞机小巧，仅能乘坐4名航天员，优点是其准备升空的时间较短。主要执行两项任务：一是运送航天员到国际空间站，=是充当备用救生船，以便空间站发生紧急情况时航天员逃生使用。2003年，当轨道载人航天器正在紧张研制之际，对于新一代载人航天器是采用太空舱式结构还是采用带机翼的飞机式结构发生了争论。经过对两种结构的比较，人们普遍认为俄罗斯的“联盟”号飞船是目前世界上最安全的飞船，飞行36年仅发生过两起重大事故，因此很多人转向建造太空舱式载人航天器的一面，最终的结果是决定采用飞船式的结构。为了重返月球，一些人提出采用类似于阿波罗飞船的结构，其优点是阿波罗飞船结构不仅简单和安全，生产和使用的成本都比较低。而且，阿波罗飞船经过登月的实践考验，是一种比较成熟的技术，采用这种技术可以大大缩短开发研制的周期和经费。最后，在2006年8月31日，美国航空航天局正式宣布选用洛克希德一马丁公司提出的新一代载人航天器“奥赖恩”，这个圆锥状的飞行器将承担美国航天员未来重返月球乃至登陆火星的飞行任务，此举标志着美国新一阶段载人航天计划正式启动。

新一代载人航天器“奥赖恩”是一个混血儿，它采用了“水星”飞船的火箭发射和返回方式、“阿波罗”号飞船的外形、航天飞机可重复使用的技术。它在继承了其前辈优点的情况下，融入了计算机、电子、生命支持、推进系统及热防护系统等领域诸多的最新技术，在性能、可靠性和轨道工作能力等方面明显技高一筹。与它的前辈比，它有以下几个突出的优点：

1更可靠、安全

与现在的航天飞机相比，“奥赖恩”的安全性能大大提高。首先，在发射时，“奥赖恩”是将乘员舱安置在航天器的顶部，远离了容易出现问题的推力引擎和燃料箱，这样航天员就不用担心发射过程中泡沫绝缘体或是其他脱落碎片撞击航天器而引起航天器的爆炸了。第二，在这种新型的航天器里有一个“发射中断系统”，如果航天器在发射过程中发生爆炸或者故障，地面指挥中心的一套计算机系统将能够自动发射一枚火箭撞击航天器，使乘载着航天员的太空舱弹离航天器。接着，这个太空舱会垂直降落，一段时间后舱上的降落伞将自动打开，使太空舱溅落在海面上或者降落在陆地上，从而大大增强航天员生存的机会。第三，它的外形为圆锥状，这种形状被认为是航天器重返地球大气层时最为安全可靠的外形设计。美国航空航天局认为，采用这些措施后，“奥赖恩”的安全系数将是现在航天飞机的10倍。航天飞机的失败几率是1:200，而“奥赖恩”是1:2000。

2、性能更强

“奥赖恩”的外表看上去与当年登月的“阿波罗”号飞船很相似，故有人说它是2.0版的“阿波罗”飞船。但是，它们之间是有很大差别的，“奥赖恩”只是选择性地吸取了阿波罗计划中可取的部分，而在很多方面进行了技术改进，表现在：1)“奥赖恩”号有5米宽，重量达到25吨，最多可容纳6名航天员，而“阿波罗”飞船则远比它小，一次只能搭乘3名航天员；2)“奥赖恩”配备了太阳能电池板，这将大大减少飞行器对燃料电池和普通电池的需求；3)“奥赖恩”使用了降落伞和气囊相结合的降落设计，使载人舱在落地后还可重复使用，另外也节省了在海上降落的昂贵搜救成本，“阿波罗”飞船只能溅落在海上；4)“奥赖恩”由高科技合成材料制成，重量降低，运载量更大，生存和生活环境更优越；5)“奥赖恩”携带的燃料比“阿波罗”多，这样航天员可以到月球表面的任何地方，而“阿波罗”仅携带了可在月球赤道着陆的燃料；6)“奥赖恩”上的计算机功能强劲，其内装的自动驾驶仪可保障飞行器自动绕月运行，所有4名航天员均能降落到月球表面；7)“阿波罗”飞船只能使用一次，但“奥赖恩”按照设计方案可重复使用10次，这样大大降低了每次发射的成本。

3、可承担多种探险任务

“阿波罗”只能完成登月任务，而“奥赖恩”不仅可以接替航天飞机完成运送航天员和货物到国际空间站的任务、在轨道上完成对卫星以及哈勃太空望远镜检修，而且更重要的是承担了飞往月球和火星的任务。为完成后一种任务，需要更大推力的运载火箭。“战神I”型火箭是美国航空航天局开发的新一代载人火箭，它升空时的推进力可高迭2.13万马力。火箭第一级仅用2分钟就可以把高近百米的“战神I”型火箭送达58千米高的轨道。自2015年起，“奥赖恩”飞船将配备“战神”火箭执行载人航天任务。按照美国总统布什2004年提出的太空新计划，美国2020年之前将再次实现载人登月。随后，美国将使用改进后的“奥赖恩”飞船和推力更大的运载火箭实现火星登陆，并飞往更遥远的太空。

据悉，这个新型的栽人探险飞行器的造价达到1040亿美元，美国航空航天局最初计划在2015年3月前启用“奥赖恩”载人飞船，执行载人航天任务。但由于美国的3架现役航天飞机——“奋进”号、“阿特兰蒂斯”号和“发现”号都将于2010年退役，因此他们希望把“奥赖恩”的首飞时间提前至2013年9月，以缩短新旧载人航天器之间的“断档”期。但是由于资金短缺和技术难题，最近美国航空航天局宣布将放弃新一代载人航天器“奥赖恩”在2013年提前首飞的计划，希望能在2014年9月前实现“奥赖恩”的首飞，把航天员送到国际空间站。如果一切进展顺利，到2020年前“奥赖恩”还将首次执行飞往月球的载人飞行任务。如果用“奥赖恩”进行登月计划，那么它的发射任务将分为两部分进行。航天员乘坐的太空舱将通过一枚火箭送上太空，而登月舱和助推火箭则将通过另一枚推力更大的火箭送上太空。进入既定轨道后，太空舱、登月舱和助推火箭将在太空实现对接，然后继续飞往月球，太空舱最终将借助降落伞返回地球。在实现登月后，“奥赖恩”还将飞往火星，但目前需要解决的是发动机燃料问题。“奥赖恩”号目前使用的是传统的自燃式液体燃料，如果条件成熟，未来飞往火星的飞船将使用甲烷当燃料，一方面推力更大，另一方面这种燃料可以由航天员在火星上提取制造。(文章代码：2210)

【责任编辑】蒲晖