各國(guó)再造新型登天巴士

諸葛炎

通過(guò)競(jìng)賽選飛船

2009年4月6日，在俄羅斯聯(lián)邦航天局舉辦的載人飛船設(shè)計(jì)大賽中，俄羅斯能源火箭航天集團(tuán)的方案最終獲得冠軍，并同時(shí)獲得俄羅斯聯(lián)邦航天局新一代載人飛船的設(shè)計(jì)合同，即負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)俄羅斯新一代載人飛船“羅斯號(hào)”(暫定名，俄羅斯簡(jiǎn)稱(chēng)“未來(lái)載人運(yùn)輸系統(tǒng)”)，合同金額為8億盧布。

俄羅斯目前使用的飛船是“聯(lián)盟TMA”，不久將對(duì)這種飛船進(jìn)行升級(jí)，即用全新數(shù)字操作系統(tǒng)取代模擬控制系統(tǒng)。新飛船的內(nèi)部空間變得更加寬敞，自重和造價(jià)大幅降低，可提高飛船各系統(tǒng)的可靠性和工作精確度。它還將安裝一個(gè)高速中央處理器，使飛船的飛行控制、能源供應(yīng)以及艙內(nèi)設(shè)備運(yùn)作都得到保證，并大大節(jié)約成本，因?yàn)樵撝醒胩幚砥鲗⒃O(shè)計(jì)成可拆卸部件，能反復(fù)回收多次使用。

“聯(lián)盟”系列飛船擬服役到2015年。接著，就將使用“羅斯號(hào)”新一代載人飛船，其原型是俄羅斯曾在幾年前大力宣傳的“快船號(hào)”?！傲_斯號(hào)”定于2010年6月前完成設(shè)計(jì)，投資約2300萬(wàn)美元，外觀和與美國(guó)正在研制的新一代載人航天器“獵戶(hù)座”(又譯“奧賴(lài)恩”)類(lèi)似。

它是一種可回收飛船，預(yù)計(jì)其錐型乘員艙能在15年的壽命期內(nèi)重復(fù)使用多達(dá)10次，且可靠性不低于99.5％，以降低天地往返的運(yùn)輸成本。俄羅斯中央機(jī)器制造科學(xué)研究所2009年4月6日說(shuō)，該所專(zhuān)家已經(jīng)研制出可“自我修復(fù)”的飛船外殼新材料。這種材料尚處于試驗(yàn)的最初階段，將應(yīng)用于未來(lái)的飛船。在飛船外殼因微小隕石或太空垃圾撞擊而遭受輕微損壞時(shí)，它將能自動(dòng)收縮修復(fù)至原來(lái)狀態(tài)，從而恢復(fù)其密封性。

“羅斯號(hào)”最多可載6人，并可向空間站運(yùn)送至少500千克貨物，比現(xiàn)有最先進(jìn)的“聯(lián)盟TMA”運(yùn)載量大1倍(“聯(lián)盟TMA”只能運(yùn)載3人和250千克貨物)。它易于改裝進(jìn)行不同組合，有多種用途，不僅能夠用于往來(lái)于空間站的飛行，把6名航天員和500千克的貨物送至近地軌道的空間站，也可把4名航天員和100千克的貨物送至近月軌道，進(jìn)行載人登月。其中“繞地型”飛船可能重12噸，“月球型”飛船可能重16.5噸。此后，還能用于載人登火星。

“羅斯號(hào)”在軌道上自主飛行30天，滿(mǎn)足飛往月球的需求。當(dāng)飛船作為空間站救生艇時(shí)，與繞地空間站的對(duì)接時(shí)間可達(dá)1年之久；與繞月空間站的對(duì)接時(shí)間能在太空中飛行200天以上。它的返回艙在返回地面時(shí)能實(shí)現(xiàn)在軌道上的水平機(jī)動(dòng)運(yùn)行，在起飛后的任何時(shí)段都能夠?qū)嵤?duì)航天員的救生，并綜合借鑒“暴風(fēng)雪”航天飛機(jī)計(jì)劃與“聯(lián)盟號(hào)”飛船的熱防護(hù)系統(tǒng)，這些都大大增加了它的安全系數(shù)。該飛船能夠?yàn)樘章每吞峁┌踩孢m的服務(wù)，起飛過(guò)載不超過(guò)4g，是太空旅游理想工具。

它能夠被送入大傾角軌道(比如極軌道)，還可開(kāi)展無(wú)人飛行器在軌維護(hù)，甚至用于清除太空垃圾，也將作為未來(lái)載人火星飛行的“核心”技術(shù)。其降落方式很像是科幻電影中描寫(xiě)的飛碟。船上裝有使用環(huán)保燃料(可能是乙醇)的制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，采用效率更高的垂直降落方式。在穿越濃密的大氣層后，新飛船可不依賴(lài)降落傘，而依賴(lài)這套特殊的制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)安全著落。至今，各國(guó)的宇宙飛船在降落時(shí)均需依賴(lài)降落傘，且制動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用的燃料也可能污染到環(huán)境。

2009年4月2日，俄羅斯進(jìn)步中央專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)局戰(zhàn)勝赫魯尼切夫國(guó)家科研生產(chǎn)航天中心，獲得開(kāi)發(fā)新一代運(yùn)載火箭“羅斯，M”的合同，價(jià)值3.75億盧布?！傲_斯-M”為兩級(jí)火箭，初期型號(hào)可把23噸重的有效載荷送入近地軌道，今后還將研制運(yùn)載能力為30噸和50噸的型號(hào)。位于阿穆?tīng)栔莸臇|方航天發(fā)射場(chǎng)也正在加緊建設(shè)。按照目前的計(jì)劃，新一代運(yùn)載火箭與新一代飛船將從新建成的東方發(fā)射場(chǎng)起飛，2015年發(fā)射無(wú)人飛船，2018年發(fā)射載人飛船。

鏈接：有關(guān)新一代載人飛船“羅斯號(hào)”的詳情目前還不知道，但其原型“快船號(hào)”是由可多次使用的返回艙和一次使用的軌道艙、服務(wù)艙組成(所有最貴重的裝備和多次使用的電子設(shè)備都集中在返回艙內(nèi))。該飛船是將軌道艙與服務(wù)艙結(jié)合在一起。軌道艙中包括對(duì)接硬件設(shè)備、臥榻、衛(wèi)生問(wèn)及其他生命保障系統(tǒng)。圓環(huán)型的服務(wù)艙環(huán)繞在軌道艙之外，裝有飛船軌道發(fā)動(dòng)機(jī)裝置以及用于熱控系統(tǒng)的設(shè)備。當(dāng)返回艙再入的時(shí)候，它與軌道艙，服務(wù)艙聯(lián)合體分離一次即可，所以更安全。軌道艙，服務(wù)艙聯(lián)合體僅使用一次是出于技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的考慮，以使結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，簡(jiǎn)化降落傘系統(tǒng)和著陸裝置。

2013年，俄羅斯擬發(fā)射新一代貨運(yùn)飛船“渡船號(hào)”，其運(yùn)載量達(dá)13噸，而目前使用的“進(jìn)步號(hào)”貨運(yùn)飛船僅為2噸。

水上測(cè)試乘員艙

2009年4月8日，美國(guó)在卡納維拉爾角空軍基地，對(duì)新一代載人航天器“獵戶(hù)座”乘員艙的全尺寸模型進(jìn)行了水上測(cè)試。

進(jìn)入21世紀(jì)以后，美國(guó)對(duì)宇宙飛船又重新產(chǎn)生了興趣，認(rèn)為它比航天飛機(jī)更安全，成本也低許多。美國(guó)洛馬公司負(fù)責(zé)研制的“獵戶(hù)座”計(jì)劃在2015年以后投入使用，前往國(guó)際空間站，并于2020年運(yùn)送美國(guó)航天員重返月球。

“獵戶(hù)座”和“阿波羅”飛船異常相似，但比“阿波羅”飛船大2倍，所以運(yùn)載能力大大增加，一次可搭載4～6名航天員，它有多種組合，是一種既能飛向空間站，又可抵達(dá)月球甚至火星的“萬(wàn)能之舟”；由于發(fā)射時(shí)與火箭串聯(lián)在一起，并有逃逸裝置，所以安全系數(shù)比航天飛機(jī)高10倍；它把人貨分開(kāi)運(yùn)輸，近地軌道載人量為6人，載貨量可達(dá)100～120噸，因此既安全，又經(jīng)濟(jì)；它使用太陽(yáng)能作為動(dòng)力，其發(fā)動(dòng)機(jī)使用液態(tài)甲烷和液態(tài)氫的混合體，而“阿波羅”飛船使用的是電池和其他液體燃料；其外部防護(hù)層可以替換，即該飛船能重復(fù)使用，而“阿波羅”是一次性使用飛船。

為了安全和增加運(yùn)載能力，用于重返月球的“獵戶(hù)座”在發(fā)射階段比較新奇，其月球著陸器，脫離地球軌道級(jí)與乘員艙分別發(fā)射，然后在太空對(duì)接在一起，靠脫離地球軌道級(jí)的推力進(jìn)行數(shù)天的月球之旅t而“阿波羅”飛船本身裝有登月艙和服務(wù)艙，所以只進(jìn)行一次發(fā)射即可。這種采用模塊式設(shè)計(jì)與太空對(duì)接結(jié)構(gòu)，不僅便于利用最新技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，而且便于根據(jù)不同用途做出相應(yīng)改裝。

鏈接：“獵戶(hù)座”所使用的“月球著陸囂”可載4人在月面登陸，航天員還計(jì)劃利用它把貨物運(yùn)到月球表面留作儲(chǔ)備，而“阿波羅”飛船登月艙只能載2人在月面登陸。其“月球著陸器”在月面著陸期間，留在月球軌道飛行的乘員艙為無(wú)人自動(dòng)飛行，而“阿波羅”飛船留在月球軌道的指令艙，服務(wù)艙為有人駕駛。在“措戶(hù)座”登月初期，航天員將在月表停留7天，然后逐漸延長(zhǎng)，最終很可能會(huì)在月球上停留長(zhǎng)選6個(gè)月的時(shí)間，以進(jìn)行長(zhǎng)期深入的月球杯索活動(dòng)，這一時(shí)間接近目前國(guó)際空間站上每批長(zhǎng)期考察組的停留時(shí)間，而“阿波羅”飛船的航天員在月表停留不到4天。從理論上講，只要是科學(xué)家們感興趣的地

區(qū)，登月航天員可以控制新型“月球著陸器”降落在月球上任何區(qū)域，而“阿波羅”飛船登月艙只能降落在月球赤道附近區(qū)域。

“獵戶(hù)座”與“阿波羅”也有相同之處。例如，“獵戶(hù)座”的外形酷似“阿波羅”飛船，對(duì)此權(quán)威人士解釋說(shuō)，這是因?yàn)楹教煳锢韺W(xué)原理并沒(méi)有發(fā)生變化，這也再次證明當(dāng)初的“阿波羅”設(shè)計(jì)者有多么正確；新的“月球著陸器”仍采用“阿波羅”飛船登月艙的設(shè)計(jì)理念，即由上升級(jí)和下降級(jí)組成，上升級(jí)是航天員完成登月使命后將他們送回月球軌道的飛行艙，下降級(jí)是一個(gè)有四條腿、通過(guò)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟著陸的著陸平臺(tái)。

從月球返回地球時(shí)，“獵戶(hù)座”有可能面臨高達(dá)約2760的高溫。美國(guó)航空航天局于2009年4月7日透露，通過(guò)大量研究，他們已為“獵戶(hù)座”選定名為Avcoat的隔熱材料作為外部防護(hù)層，其成分主要是石英纖維和甲酚醛環(huán)氧樹(shù)脂等，這種材料可以讓“獵戶(hù)座”足以抵御這一高溫。

其他國(guó)家競(jìng)角逐

蘇聯(lián)和美國(guó)都是以載人飛船工程起步的，然后帶動(dòng)整個(gè)載人航天科學(xué)技術(shù)和工程系統(tǒng)的發(fā)展。而長(zhǎng)期以來(lái)，由于歐洲和日本一直沒(méi)有發(fā)展自己的運(yùn)輸器，所以只能依附美俄，難有創(chuàng)新和大的作為，此教訓(xùn)引起了世界各國(guó)的注意。所以，為了發(fā)展載人航天，中國(guó)、歐洲、印度、日本等國(guó)家或組織也在積極研制各自的載人飛船。

到2008年底，中國(guó)已成功發(fā)射了3艘載人飛船，定于2011年發(fā)射的“神舟8號(hào)”已基本定型，此后進(jìn)入批量生產(chǎn)階段?！吧裰?號(hào)”飛船將有兩個(gè)重要使命，一是突破空間交會(huì)對(duì)接技術(shù)，二是實(shí)現(xiàn)載人運(yùn)輸飛船定型。定型后飛船不再做大的改動(dòng)，其外形結(jié)構(gòu)上與目前基本一致，內(nèi)部裝修更加舒適和人性化，并具備三個(gè)特點(diǎn)：一是可靠性、安全性更高；二是能夠運(yùn)輸3人飛行7天，具備與空間站交會(huì)對(duì)接的能力；三是國(guó)產(chǎn)化水平高，能夠批量生產(chǎn)，短時(shí)間高密度發(fā)射。它將成為我國(guó)空間實(shí)驗(yàn)室和空間站至地球的天地往返運(yùn)輸工具，也能為其他國(guó)家提供人員和貨物的天地運(yùn)輸服務(wù)。美國(guó)總統(tǒng)的科技顧問(wèn)最近表示，在美國(guó)航天飛機(jī)2010年退役后和“獵戶(hù)座”2015年首飛前的5年“斷檔期”內(nèi)，除了使用俄羅斯“聯(lián)盟”飛船外，美國(guó)不排除使用中國(guó)“神舟”飛船向國(guó)際空間站運(yùn)送美國(guó)航天員的可能性。

印度規(guī)劃委員會(huì)已在2009年2月23日批準(zhǔn)了印度空間研究組織的載人航天計(jì)劃，預(yù)計(jì)耗資1240億盧比，分兩個(gè)階段實(shí)施：2013～2014年執(zhí)行一次不載人飛行任務(wù)；2014～2015年問(wèn)執(zhí)行一次兩人飛行任務(wù)。印度已開(kāi)始研制能載3名航天員執(zhí)行7天任務(wù)的兩艙式飛船，重3噸，并計(jì)劃于2015年使用印度“地球靜止軌道運(yùn)載火箭”發(fā)射進(jìn)入低地球軌道。它包括應(yīng)急異常中斷系統(tǒng)等，以后還將裝備交會(huì)對(duì)接系統(tǒng)。該計(jì)劃與俄羅斯聯(lián)邦航天局合作。俄羅斯將幫助印度選拔訓(xùn)練航天員和建造飛船。在2015年之前，印度航天員將先在2013年搭乘俄羅斯“聯(lián)盟”飛船進(jìn)入太空。2020年，印度將進(jìn)行載人登月。

2008年，歐洲航天局第一艘貨運(yùn)飛船——“凡爾納”自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器順利與國(guó)際空間站對(duì)接。它可向國(guó)際空間站運(yùn)送8噸的貨物，對(duì)接期間還能作為臨時(shí)工作和休息場(chǎng)所。今后，歐洲還將發(fā)射多艘自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器，并將在2012年發(fā)射第一艘載人飛船——“中型試驗(yàn)宇宙飛船”。

歐洲航天局還與俄羅斯合作開(kāi)發(fā)“先進(jìn)乘員運(yùn)輸系統(tǒng)”。它是一種由返回艙，服務(wù)艙和居住艙組成的登月飛船，也可以執(zhí)行國(guó)際空間站或其他運(yùn)輸任務(wù)。其中返回艙基于俄羅斯“聯(lián)盟”飛船的設(shè)計(jì)，服務(wù)艙和居住艙的設(shè)計(jì)源自歐洲航天局為國(guó)際空間站研制的“哥倫布”實(shí)驗(yàn)艙和“自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器”。該飛船重18～20噸，能把6名航天員送入近地軌道，把4名航天員送入月球軌道，這與俄羅斯的“羅斯號(hào)”和美國(guó)的“獵戶(hù)座”新一代飛船相似，用俄羅斯火箭發(fā)射。其特點(diǎn)是飛船在返回地球時(shí)將使用推進(jìn)器實(shí)施軟著陸，不過(guò)這項(xiàng)計(jì)劃最近暫停。

與歐洲相似，日本將于2009年先發(fā)射第一艘貨運(yùn)飛船H2轉(zhuǎn)移飛行器，運(yùn)載能力約6噸，在此基礎(chǔ)上將研制載人飛船。日本打算在2020年把人送上月球。

在宇宙飛船的發(fā)展途徑上，蘇聯(lián)和中國(guó)的發(fā)展途徑相似，即先發(fā)展載人飛船，然后在載人飛船的基礎(chǔ)上發(fā)展貨運(yùn)飛船，例如，蘇聯(lián)就是去掉了“聯(lián)盟號(hào)”載人飛船上的座椅、環(huán)境控制與生命保障、返回著陸和應(yīng)急救生等與載人有關(guān)的系統(tǒng)，以增加貨物的運(yùn)載量，降低成本，使其成為“進(jìn)步號(hào)”貨運(yùn)飛船；而歐洲和日本則相反，即先發(fā)展貨運(yùn)飛船，然后在貨運(yùn)飛船的基礎(chǔ)上發(fā)展載人飛船。由此可見(jiàn)，世界新型載人飛船正在蓬勃發(fā)展，它們將開(kāi)辟載人航天的新局面。