载人飞船迎来换代潮

文/ 杜骏豪

载人航天是人类走出地球摇篮的第一步。不同于发射一般的卫星，载人航天要求航天器有着完备的生命保障系统，确保航天员可以安全进入太空并返回地面。换句话说，其实就是发射时坐着可控的特大号“二踢脚”安全达到第一宇宙速度、再入大气层时摩擦产生几千摄氏度的等离子体，还能确保航天员没事儿。

目前，仅中、美、俄三国拥有自主载人航天能力。能够把人类送入太空的成熟航天器经历了多次更新换代，包括美苏争霸诞生的第一代、第二代载人飞船，美苏两国极度“烧钱”的航天飞机，以及目前还在役的中俄第三代载人飞船。而当前，各大航天领军国家都在着手研制新一代载人飞船。

第一代载人飞船

苏联东方号载人飞船、美国水星号载人飞船是世界上第一代载人飞船，目前均已退役。

第一代载人飞船解决了有无的问题。1961年4月12日，“东方1号”搭载航天员尤里·加加林进入太空，拉开了载人航天时代的大幕。仅不到一个月后的同年5月5日，在错失“第一个具有载人航天能力国家”的称号后，美国名为“自由7号”的水星号飞船将阿伦· 谢泼德送入亚轨道。虽然他在全程仅15分钟的飞行过程中只有大约5分钟是处在失重状态，但依旧被认定为美国进入太空第一人。第一代载人飞船的特点是体积小、质量低、技术含量低、成本低，狭小的空间只可承载1人，且为一次性使用的。

第二代载人飞船

苏联上升号载人飞船和美国双子星座号载人飞船属于第二代载人飞船，目前也均已退役。

苏联上升号飞船是东方号飞船的改良衍生版本，而美国双子星座号飞船是水星号飞船的放大衍生版本。二代飞船相较于一代飞船，本身的技术升级并不明显。其衍生目的都是为了短时间内实现承载多人、飞行多天、太空行走等高阶目标。

第二代载人飞船特点亦是体积小、质量低、技术含量低、成本低，也是一次性使用的，但是可载乘员为2～3人。其中双子星座飞船去掉了逃逸塔，转而使用弹射座椅确保航天员在发射前期的安全。采取这种设计也是迫不得已，因为受限于当时火箭的运输能力，需要把逃逸塔所占的发射质量留给更多的航天员和科学仪器。

第一代和第二代载人飞船是美苏争霸最白热化阶段的产物。美苏争霸时期投入了巨量资金进行航天科技研究，其技术迭代速度之快令人咂舌。从1957年10月4日苏联第一颗人造地球卫星发射成功，到1969年7月20日美国阿姆斯特朗踏上月球，竟然只有不到13年的时间！同时，接近“资金无限”的竞争催生了一系列天马行空的新技术与新思想。当然，随着东欧剧变、苏联解体，苏联的部分极度夸张、运输能力放在今天也极度惊人的“赛博朋克”设想并未实现，淹没在时间之中。假如苏联还存在的话，人类可能已经登上火星了。

▲ 2016年10月30日，天宫二号释放伴星，拍摄的神舟十一号和天宫二号组合体可见光图像，下半部分是神舟飞船

▲ 1969年7月16日，父亲带着孩子在现场观看阿波罗11号飞船发射，巨大的土星五号火箭喷出百余米长的火舌飞向月球

▲ 处在月球轨道上的“阿波罗15号”指令与服务舱段

▲ 挑战者号航天飞机爆炸解体后可怕的场景

▲ 挑战者号航天飞机爆炸后飞行主管Jay Greene惊愕的表情，照片中部的电视显示了实时的恐怖爆炸画面

▲ 2003年1月16日，“哥伦比亚号”最后一次发射的画面

第三代载人飞船

第三代载人飞船包括苏联/俄罗斯的联盟号载人飞船、中国的神舟载人飞船，以及美国为了载人登月研制的阿波罗飞船。目前中、俄第三代飞船在役，美国第三代飞船已经退役了。

联盟号飞船是迄今为止发射次数最多的飞船。自1966年第一艘联盟号飞船发射，到2020年4月9日“联盟MS-16”载人飞船发射，这一艘“吃老本”飞船已经进行了170次发射，经历了4次升级换代，衍生出39种不同构型，其中144次载人发射运送航天员达383人次。技术成熟、发射成功率高、成本低是俄罗斯始终没有放弃联盟号飞船的主要原因。联盟号飞船老骥伏枥，颇有“后世以计数，二世、三世至于万世，传之无穷”之势。

细心的读者可能发现，“联盟”与“神舟”外观十分相似。二者都是三舱段构型，即返回舱、轨道舱与推进舱。他们都可乘载3人、且均只能一次性使用。

▲ 2003年2月1日，“哥伦比亚号”再入大气层时解体

中国的神舟飞船虽然在外观设计上参照了苏联联盟号飞船，但是其设计理念、设计标准、使用技术都要比联盟号飞船先进。中国载人航天发展过程中，借鉴了美俄(苏)的发展道路，但没有从一、二代开始从头研发，而是直接瞄准第三代飞船。中国航天工业起步晚，但在弯道拼尽全力的追赶非常成功。中国的神舟飞船发射产出投入比非常高，前期每艘神舟飞船都会攻克新的大型技术难题，诸如“神五”初探太空、“神六”多人多天航行、“神七”太空行走、“神八”无人自动对接、“神九”载人手动对接。“神箭”送“神舟”，中国的“神舟”飞船是中国人遨游天际梦想的开始。神舟飞船在中国空间站建立后还将执行多次任务，让我们拭目以待。

美国的阿波罗飞船与中、俄的第三代飞船差异较大，因为该飞船不仅是为了将人类送入低地球轨道，还要配合登月舱将人类送入地月转移轨道。阿波罗飞船指令与服务舱段是两舱式构型飞船。从1969年到1972年，共计有21名航天员乘坐阿波罗飞船踏上登月之旅，12人成功登上月面，成为那个时代的传奇。

▲ 1988年11月15日，性能强大的“能源号”运载火箭发射“暴风雪号”航天飞机史诗般的场景。这是这只钢铁巨兽的第一次航行，也是遗憾的最后一次。

▲ 使用Google Earth软件时，偶然在俄罗斯茹科夫斯基机场一众退役飞机残骸内，发现落魄的暴风雪号航天飞机，其编号为3K

航天飞机

美国载人飞船之所以退役，是因为启动了太空运输系统（STS）也就是公众所熟知的航天飞机计划。

航天飞机与之前的几代载人飞船有很大不同，它拥有飞机的外形，体积及质量大、技术含量高，最多可载7人且可重复使用。

航天飞机也是美苏太空争霸的结果。设计航天飞机的初衷是为了重复使用载人航天器，降低以往高昂的一次性载人发射成本。然而，事与愿违。

单架航天飞机造价约30亿美元（以“奋进号”为标准），最初美国宇航局认为每架航天飞机都可以重复使用100次以上，每次任务平摊下来的成本低于3000万美元。事实上，5架航天飞机共计仅进行了135次飞行，以每架飞机平均飞行27次计算，每次飞行的成本超过1亿美元。当然这还没有算上维护和检修的成本。

即便不提成本，航天飞机也令美国的航天探索之路充满了挫折坎坷，5架正样航天飞机仅3架全身而退。1986年1月28日，挑战者号航天飞机发射升空73秒后爆炸解体。2003年2月1日，哥伦比亚号航天飞机返回着陆时在得克萨斯州北部上空解体坠毁。两次任务共造成14位航天员遇难。

▲ 世界第一次载人飞行任务，尤里·加加林在“东方1号”舱内的照片。其头盔上醒目的苏联“CCCP”是发射前紧急喷涂上的，以防止他在苏联偏远地区着陆后被当成国外的空降间谍

▲ 用于进行DEMO-2试验飞行的载人龙飞船

看到美国搞出了航天飞机，苏联也不甘人后，开展了雄心勃勃的暴风雪号航天飞机计划。为了显得比美国厉害，苏联航天飞机设计指标比美国的要高，这也造成了该项目烧钱不断。该项目是苏联太空探索历史上耗资最大的项目，在一定程度上加速了苏联解体的进程。

暴风雪号航天飞机共制造了5架正样，仅有1架完工，在其生命周期中仅进行了一次轨道飞行任务。1988年11月15日，在由强大的能源号运载火箭发射3小时25分钟后，暴风雪号航天飞机顺利自动着陆在拜科努尔航天发射场。在这次堪称完美的首飞后，由于缺乏资金，且苏联局势江河日下，该项目最终被取消。

2002年5月12日，连日大雨造成厂房倒塌，摧毁了这唯一的一艘遨游过宇宙的航天飞机，令人无比唏嘘。

2020年5月31日，载人龙飞船完成了DEMO-2首次载人试飞任务，以上就是所有人类载人航天史上有服役经历的载人航天器。我们可以看到明显的递变规律：发射质量越来越大、功能越来越完善、航天员舒适度越来越高，并且在寻求重复使用、降低成本的新途径。这就是各国积极发展新一代载人飞船的主要原因。

▲ 现场星舰MK1实物

新一代载人飞船

新一代载人飞船如万花筒般井喷，在研飞船总计达6款，人类航天史上首次出现如此盛况。各航天大国以及私人航天公司都参与到了这一场必然的改革潮流中。

其中，有中国的新一代载人飞船、俄罗斯的鹰号载人飞船、美国的猎户座载人飞船、美国波音公司的星际线飞船和美国太空探索技术公司的载人龙飞船，以及极具科幻色彩的太空探索技术公司正在研制的“星船”。“星船”作为一款载人-货运两用火箭，能否实现马斯克的殖民火星梦想，让航天爱好者充满了无限遐想和期待。

5 月8 日，中国新一代载人飞船试验船完成首飞并成功着陆。5月31日，美国太空探索技术公司的新一代载人飞船也进行了第一次载人飞行。

目前，各国新一代载人飞船研制都在按计划有条不紊地推进。除俄罗斯的鹰号载人飞船研制进度不容乐观外，其他几款载人飞船都在紧锣密鼓进行。在可预见的未来，世界载人航天将迎来新一轮高潮。