美国新型载人飞船“猎户座”首次无人探索飞行试验任务圆满完成

郭筱曦（北京空间科技信息研究所）

在10多年的规划、准备、研制和挫败之后，美国航空航天局（NASA）的新一代载人飞船“猎户座”（Orion）终于成功发射，其首次无人探索飞行试验（EFT-1）任务于2014年12月5日格林尼治标准时间（GMT）12：05由德尔他-4重型运载火箭从美国卡纳维拉尔角空军基地37B航天发射台发射，12：22进入初始轨道（目标初始轨道为近地点185km/远地点888km、倾角28.8°）。任务持续约4h24min，飞船绕地球轨道飞行两周，总航程超过96600km；在飞行的第二周远地点升至约5800km，随后乘员舱以约8900m/s的速度再入，16：29溅落于太平洋上，之后打捞回收。任务设计本质上近似于1967年用于验证“阿波罗”飞船飞行控制系统和模拟月球任务返回再入时热防护效果的阿波罗－4任务。这是自“阿波罗”计划结束后42年来，美国载人航天器飞到距地如此远的太空。

美国航空航天局对此次试飞的评价为“近乎完美”。美国国内媒体在报道此次任务的时候纷纷使用了“历史性”、“里程碑”、“新纪元”等字眼。

1 任务背景

建造“猎户座”飞船的最初提议是由2003年哥伦比亚号航天飞机事故以及小布什寻求美国总统大选连任的政治因素所致。受政策方向千变万化之苦，“猎户座”计划从立项至今经历了漫长而曲折的演进过程。它原是美国航空航天局“星座”计划中的关键组成部分，本应在2015年首飞。但到了2010年初，遭遇了资金短缺、进度滞后、设计思路分歧等困难而延后，后来又随着“星座”计划的中止而重新调整。如今该飞船被寄予厚望，已成为美国航空航天局实现重返深空载人探索目标的唯一载人航天器，将来用于载人登陆月球、小行星，乃至火星的计划。

“猎户座”虽然外形类似于“阿波罗”飞船，但技术性能有大幅提高，其分系统和元件采用许多创新技术。“猎户座”飞船由乘员舱、服务舱和发射紧急中止系统构成，此次任务未安装太阳电池翼。飞船具有独特的生命保障、推进、热防护和电子系统，结合其他组成部分能实现更长时间的深空任务。

首次无人探索飞行试验发射日期已多次推迟，先从2013年推到2014年9月，后又因让步军事卫星“地球同步空间态势感知”（GEO SSA）系统发射而推到12月4日。在任务的最后准备阶段，美国先后遭遇轨道科学公司“安塔瑞斯”火箭爆炸和维珍银河公司太空船－2坠毁两次重大航天事故，尽管推进此次任务的航空航天局官员表示，无需为此改变既定计划，但航天飞行的风险始终是他们心中的头等大事。

12月4日，在既定发射窗口之内，任务先后受船只误闯发射区域、地面风速多次超限影响而推迟，最后阶段因火箭液氢阀门运转不正常且一时无法排除而取消发射，推迟到第2天同样的发射窗口。

2 任务目标

美国航空航天局和洛马公司为此次试验飞行任务制定了以下目标。

1）成功发射并将飞船送入目标初始轨道；

2）演示验证上升和离轨过程中关键的分离事件，包括服务舱整流罩分离，发射紧急中止系统抛离，乘员舱/服务舱分离，前隔舱盖抛离；

3）演示验证高能再入过程中热防护系统的性能；

4）演示验证下降、着陆和回收作业。

从第一批回传的数据看，基本实现任务目标，飞船系统性能良好。此次试飞收集的数据将在2015年4月关键设计评审（CDR）前分析完成。

3 后续任务计划

“猎户座”飞船/“航天发射系统”（SLS）计划于2018年前后首次组合试飞，执行第一次探索任务（EM-1）。此前确定的第一次探索任务飞行计划是为期10天的高月球轨道任务，后调整为25天，将把一艘无人“猎户座”飞船发射到月球以远7×104km处的一条远距离逆行轨道上。

首次升空的“猎户座”飞船和火箭上面级在轨飞行构型示意图

第二次探索任务是“猎户座”飞船/“空间发射系统”的首次载人任务，在2013年初调整为“载人小行星重定向任务”（ARCM），计划于2021年前后发射。在第二次探索任务发射前，2019年将安排一次任务，用宇宙神-5火箭发射无人的小行星捕获飞船，前往一颗足够小且相对接近的小行星，捕获并在1～2年内将其拖到月球附近。小行星就位后，“航天发射系统”将发射载有两名乘员的“猎户座”飞船到达这颗小行星并进行舱外活动和样品采集。

4 结束语

对美国恢复本土载人航天发射能力意义重大

自载人航天活动开展以来，美国一直依靠联邦机构—美国航空航天局发射航天员到达近地轨道和月球。2011年航天飞机退役后，美国就不再具备本土载人航天发射能力，“国际空间站”乘员轮换依靠俄罗斯“联盟”载人飞船进行，货物补给则由俄罗斯、欧洲和日本的货运飞船及美国商业公司货运飞船实现。

“猎户座”飞船返回舱溅落

如果从单纯经济角度考虑，当前购买俄罗斯飞船座位的花费至少低于航天飞机或“猎户座”飞船的成本，但在美国看来，依赖于其他国家进入太空是不能容忍的。毫无疑问，2014年是“后航天飞机”时代到来后对于美国载人航天具有非凡意义的一年。除商业载人运输合同敲定外，此次“猎户座”飞船试飞任务的成功意味着，美国距离恢复本土载人航天发射能力更近了一步。

美国已开启新一轮的近地轨道以远载人探索活动

20世纪60－70年代，美国成功实施了6次载人登月任务，12人亲自登上月球，24人到达过近地轨道以远的空间，“阿波罗”计划迄今仍是世界载人航天活动的巅峰成就。1972年，阿波罗－17飞船执行了该计划最后一次任务，载人登月计划就此终结，此后42年来，人类再也没有突破过近地轨道空间的限制。

2010年4月，奥巴马政府发布了“21世纪太空探索”新战略，确定的目标是进行月球以远的载人深空探索并构建新的载人航天技术体系，推动美国载人航天事业的持续性发展。2013年7月，《美国航空航天局2013财年授权法案》颁布，明确支持近地轨道以远的载人探索，称其应是该局的核心任务；国会强烈支持研制“航天发射系统”与“猎户座”飞船，作为近地以远载人探索、先进科学任务和国家级优先项目的使能组成部分；并进一步规定，开发载人火星及其以远任务所需的能力和技术，既是航空航天局载人航天和技术开发计划的最重要优先项目，也是美国的国策。

火星始终作为美国可预见的载人空间探索的最终目标

目前，美国制定了以载人登陆火星为最终目标的战略规划并稳步实施。在2014年11月6日举行的新闻发布会上，美国航空航天局主管探索系统开发的助理副局长威廉·希尔表示，“猎户座”飞船此次试验飞行任务是该局（载人）前往火星的第一块基石。美国将发射“洞察”深度钻岩火星着陆器和2020新型漫游车，并可能实施无人火星采样返回任务，为将来载人火星探索奠定技术基础。美国航空航天局希望，最终在21世纪30年代中期用“猎户座”飞船结合使用深空居住舱、空间推进级等实现载人绕火星轨道飞行，之后开展载人登陆火星任务。