短命的“星座”：新一代空天飞船昙花一现

■肖东

“猎户座”飞船（Orion）是美国航空航天局为“星座”计划研发的新一代载人航天器，原定目标是在2015年开始载人到达国际空间站。该飞船计划用同样处于设计状态的“战神1”号运载火箭来发射。这二者是美国“星座”计划的一部分，旨在2020年将人类再次送往月球，并接着征服火星等太阳系内目标。

“猎户座”飞船的外貌与“阿波罗”飞船相似，但内部空间比“阿波罗”飞船大2.5倍，最多可容纳6名宇航员，融入了电脑、电子、维生系统、推进系统及热防护系统等领域的诸多最新技术。同航天飞机比，“猎户座”飞船的使用成本更加低廉，安全系数也提高10倍，而且与航天飞机一样可以回收再用。尽管它是美国新一代的载人飞船，但不少外界人士认为，它深受早期“阿波罗”飞船的设计思路影响，甚至有人说，它就是2.0版的“阿波罗”飞船。

“猎户座”飞船是继航天飞机计划以后的另一个里程碑，也是太空探索方面的一大步。

“太空探索远景”计划

2004年1月14日，时任美国总统的布什对外宣布了“太空探索远景”计划，其中包括了当时被称为“载人探索飞行器”的“猎户座”飞船：

……我们的目标是在2008年开始开发并测试新一代的航天飞船——载人探索飞行器，然后在2014年之前实施其首次载人航天任务。载人探索飞行器将可以替代届时业已退役的航天飞机，将宇航员及科学家运送至空间站中，但其主要目标是将宇航员运送到地球轨道之外的其他地方。这一飞船将是自“阿波罗”指令舱以来的首个同类型航天载具。

“猎户座”飞船完全替代了还在概念阶段的轨道空间飞机，后者是之前X－33试验机计划失败后被提出来作为航天飞机的顶替方案。

2004年7月，迈克尔·格里芬被任命为美国航空航天局局长之前，他以组长之一的身份参与了一个行星学会的研究——将人类送至更远的太阳系空间，该研究为“星座”计划提供了一个可负担且可实现的实施策略，因此可以从中探知未来“猎户座”相关计划的可能发展方向。

根据执行概述，该研究制订了一个“分阶段将人类探索范围延伸至低地球轨道空间以外”的方案，并具体建议分为如下三个阶段：

第一，将重心放在开发新一代载人探索飞行器、完成国际空间站以及退役过时的航天飞机之上。其中，在完成了国际空间站美国舱核心（需要六七次的飞行任务），以及满足其他合作成员对完成国际空间站的需求所必须提供的最少附加分型任务之后，航天飞机将会尽快退役。航天飞机退役将会导致美国低轨道载人航天能力的缺失，而与此同时，退役所节省出来的资金将用来加快新一代飞行器的开发计划，以尽可能减少甚至消除这一空缺时间。

第二，必须开发更多附加组件（包括提高运载系统的功率以适应需要飞行数月的行星际载人航天探索扩展任务），以及居住舱、实验舱、燃料模块和推进模块，以适应将人类运送至月球、火星、拉格朗日点和某些近地小行星附近的目标。

第三，载人行星着陆器的开发将在本阶段完成，以允许实施人类登陆月球，进而于2010年登陆火星的任务。

载人探索飞行器的原始计划后来经过了若干修改，这在美国航空航天局探索系统架构中进行了相关说明。该研究建议2014年开始进行“猎户座”的载人飞行任务，并认同采用月球轨道集合的方法登陆月球。其中，低地球轨道版本的“猎户座”飞船可以将4人～6人运送至国际空间站。与此同时，还会发展一个类似于俄罗斯“进步”号飞船的无人货运飞船版本。

“猎户座”的返回舱重达12吨，这几乎是“阿波罗”指令舱的2倍。和“阿波罗”指令舱一样，它也可以与一个服务模块连接，以提供诸如生命维持以及飞船推进等功能。“猎户座”的外壳类型和“阿波罗”号的相似，而隔热板则与“海盗”号类似，这和航天飞机这种带有机翼的结构完全不同。需要特别说明的是，它的烧蚀式隔热板在每次使用过后便会抛弃，这与“阿波罗”的设计类似，而返回舱本身则可以重复使用大约10次。“猎户座”的着陆方式被设计为在陆地上着陆，而不是在海上着陆。采用这类着陆方式的还有俄罗斯的“联盟”号飞船以及中国的“神舟”系列飞船。不过在紧急情况下，它也可以在水上着陆。目前已选定的可用着陆点包括加利福尼亚州的爱德华兹空军基地、内华达州的卡森平原以及华盛顿州的摩西湖市。在西部海岸选择着陆点可以让大部分的着陆路径在太平洋上空，从而避开了人口密集的地区。

正在返回地球的假想图（返回舱)

“猎户座”飞船与国际空间站接合假想图

正在执行任务的构想图

“猎户座”飞船飞近月球的构想图

“战神1”号在上升阶段的构想图

航天飞机：一段岁月的记忆

登月任务的开发原计划在航天飞机退役后立即提速。其中的登月舱以及重型起飞推进器会同时开发，并且在2018年进入可以执行任务的状态，并最终于2020年在月球表面着陆。登月舱比“阿波罗”登月舱大很多，可以携带重量高达23吨的载荷抵达月球表面。这么大的载荷重量，甚至可以用于支持长期有人照料的月球基地。这一大载荷的特性，对于运送大量物资和科研设备至月球表面基地来说，是非常有意义的。

和“阿波罗”登月舱一样，“猎户座”的登月舱也包含降落和起飞二个过程。在起飞阶段，登月舱可以搭乘4人至环月轨道。在这个基础上，还会衍生出结构近似的、用于火星任务的着陆器。

设计修改及更新

2006年7月下旬，美国航空航天局的第二次设计评审，导致了飞船设计的重大变化。起初，美国航空航天局想使用液体甲烷作为“猎户座”飞船的燃料，但是因为甲烷—氧气动力的火箭技术还不成熟，而且需要在2012年发射“猎户座”飞船，所以在2006年7月下旬批准换成了自燃式推进器。该决定使得美国航空航天局能在2011年前对“猎户座”飞船和“战神1”号火箭进行安全评估，并且能够填补航天飞机退役和第一次“猎户座”飞船的载人飞行之间潜在的空缺。2007年4月20日，美国航空航天局和波音公司签订了“猎户座”飞船合同的一项修改，更新后的合同将“猎户座”飞船的设计时间延长了2年，加入了“猎户座”飞船发射中断系统的飞行测试，并且删除了为国际空间站运送密封货物的功能。在“猎户座”飞船登月舱的最新设计中，服务模块有一个外部的面板，它会在“战神1”号运载火箭的第二次点火阶段后不久脱落。相比之前的结构，这项设计会节省约450千克的重量。

飞船的结构

“猎户座”飞船载人及服务模块的结构包括二个主要部分：一个圆锥形的载人舱和一个圆柱形的服务舱。后者除了提供飞船的推进动力之外，还提供额外的供给。这二者都是在1967年—1975年执行任务的“阿波罗”飞船命令及服务模块的基础上设计的，除此以外，还参考了航天飞机计划中衍生出来的新型技术。探索系统任务部综合办主任尼尔·伍德沃德认为，“使用现有技术和解决方案能降低风险”。

“猎户座”飞船的载人模块计划由洛克希德·马丁公司建造。它的形状与“阿波罗”号指挥舱类似，是一个顶角为57.5°的圆台体。其投影直径为5.02米，长度为3.3米，重8.5吨。它的总体积是“阿波罗”号的2.5倍，内部空间容积约为5.9立方米，可以容纳4名～6名宇航员。与之对比，“阿波罗”飞船的载人模块只能搭载3名人员，但航天飞机则可搭载7名人员。虽然“猎户座”飞船采用了与20世纪60年代开发的“阿波罗”飞船相近的设计理念，但其载人模块将会使用数项较为完善的技术，包括：衍生于波音787飞机驾驶舱的“玻璃驾驶舱”数字化控制系统；类似俄罗斯“进步”号飞船和欧洲自动运载飞船的自动对接系统，该系统允许在紧急情况下由宇航员全权控制；改进过的废弃物管理设备，包括一个微型野营式马桶以及一个在航天飞机和国际空间站中已投入使用的不分性别的“便溺管”；一个氮气/氧气混合空气环境，保持海平面的大气压；一个比之前任何载人飞船更加先进的计算机系统。

载人模块的另一个特性是可以部分重复使用。美国航空航天局计划让每一个载人模块能够执行最多10次飞行任务，以便能形成包含载人及无人驾驶的“猎户座”飞船船队。无论是载人模块还是服务舱，都将使用铝合金来建造，这种材料已被应用于航天飞机的外部燃料箱、德尔塔－4运载火箭以及宇宙神－5运载火箭的建造上。

为了使“猎户座”飞船能够与国际空间站或者其他星际飞船对接，对接系统采用了新的低冲击对接系统设计。飞船及对接接合器均设置了“水星”号和“阿波罗”号上所使用的发射逃逸系统，以及源自“阿波罗”飞船的玻璃纤维推进器保护罩。升空过程中的前2%时间内出现问题，这些装置将保证载人模块安全逃逸。

经过长期研究，美国航空航天局决定选用低密度碳化烧蚀材料作为重返大气层时的隔热材料。低密度碳化烧蚀材料是由玻璃纤维及酚醛树脂构成的蜂窝结构，其中填充以石英纤维。该材料曾在“阿波罗”计划中使用，并用在航天飞机早期飞行任务中特定的部位。

然而，天有不测风云。美国总统奥巴马在2010年2月1日正式提议取消“星座”计划，理由是这一计划“超预算、进度落后而且缺乏新意”。有关法案于同年10月成为法律，包括“猎户座”飞船在内的“星座”计划宣告终结，但相关技术很可能用于未来的太空探索计划。

人类迈向宇宙的步伐不会停止，对未来的宇宙飞船，我们拭目以待。