载人航天将驶入“快车道”

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所属分类:百科知识2014年

自美国“阿波罗”登月任务结束后,人类的载人航天活动就没有再一次突破低地球轨道了,但计划于今年秋季首飞的“猎户座”飞船将改变这一现状。虽然这次飞行并不载人,但“猎户座”飞船是一艘载人飞船,作为测试性的飞行,它的目的就是为真正意义上的载人飞行做准备。一旦时机成熟,“猎户座”飞船就会把人类带上月球、小行星和火星。当然,它还将频繁地飞往国际空间站,承担以前由航天飞机承担的各项任务。

  “猎户座”飞船迎接首飞

  这次首飞被科学家们命名为“探索飞行测试1计划”,简称EFT-1。按照设计,“猎户座”飞船的正式发射系统名为“太空发射系统”,简称SLS,但SLS正在研制中,所以EFT-1测试飞行靠德尔塔4重型运载火箭承担发射任务。

  EFT-1测试是一次持续4个小时的不载人飞行,飞行高度达5800千米,是国际空间站运行高度的15倍左右。测试还将检验飞船返回地面的性能,届时它穿越大气层的速度将超过每小时3.2万千米,表面温度可达到2200℃。“猎户座”飞船在真实环境中获得的各项测试数据将帮助科学家们改进设计,减少风险和降低成本。

  “猎户座”飞船由3个主要的模块组成,即顶端的发射终止系统、中间的乘员舱和底部的服务舱。“猎户座”飞船是继航天飞机后的新一代载人航天器,它和航天飞机完全不同,没有航天飞机拥有的机翼和尾翼,不能像航天飞机那样通过滑翔返回地球,只能通过降落伞降落到地面,因此不需要复杂的气动外形和防热系统;它与火箭的联接方式也与航天飞机不同,航天飞机是与火箭并联,而“猎户座”飞船则处在火箭的顶部,所以能远离燃烧的发动机和坠落的碎片,避开泡沫材料脱落的威胁。“猎户座”飞船还设置有“逃逸塔”系统,在发射时一旦出现故障,“逃逸塔”即可迅速飞离,然后通过降落伞安全降落,这一系统大大提高了宇航员的安全系数。按照计划,“猎户座”飞船还将于2017年进行绕月飞行测试,届时,它将在不载人的情况下绕月球飞行大约3周。

  从“阿波罗”到“猎户座”

  “猎户座”飞船看上去与“阿波罗”飞船是一脉相承的,所以有人也把“猎户座”称为“阿波罗”2.0版。“阿波罗”飞船曾经使美国的载人航天达到了一个高峰,但此后航天飞机取代了“阿波罗”飞船,原因是用火箭发射的载人飞船难以重复使用,人们希望建造一种能重复使用的航天器从而大幅度降低成本,这就是航天飞机得以问世的重要原因。事实证明,航天飞机的确拥有很大的优势,它容积大,输送能力强,可重复利用,可滑翔返回,还可释放和回收航天器,并对在轨航天器进行维修。

  在航天飞机时代,美国共建造了6架航天飞机,分别为“企业”号、“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“亚特兰蒂斯”号和“奋进”号,但应用结果却表明,航天飞机的成本并不比飞船低。除发射费用高昂外,维护和检修的成本更是令人咋舌。相比之下,飞船反而更加节省成本,并且还有技术成熟,安全系数高的优势。在这样的背景下,经过反复权衡,人们最后决定抛弃航天飞机,载人航天重又回到了宇宙飞船的轨道上来。

  在继承了“阿波罗”飞船和航天飞机的可靠技术后,科学家们希望“猎户座”飞船能成为一种适合进行长期太空探索活动的新一代载人航天器。它除了充当国际空间站的紧急逃生设备,为国际空间站承担输送任务外,还将用于进入宇宙深空的载人飞行,如登月、登陆火星和小行星等。

  载人航天的“多面手”

  人们可以期待,“猎户座”将成为未来载人航天探测活动的“多面手”。它们将于登陆火星前实施一项登陆小行星的计划,这项计划要求宇航员降落到一颗小行星上进行考察,然后带上小行星的岩石样品返回地球。根据计划,这趟旅行应该在2020年以后成行。

  为什么要登陆小行星呢?首先,小行星本身就是天文学的未解之谜,它由什么组成?是否为地球带来了生命?如何防止它们撞击地球?这些问题都还没有明确的答案,而寻找答案的最可靠手段就是着陆到小行星上;其次,小行星的内部可能含有水和金属,这是人们进行太空旅行的重要资源,且都可以通过萃取获得,而要这样做,了解小行星的结构和组成是必不可少的前期工作;第三,小行星可以作为登陆火星的中继站。在未来,小行星还有可能成为人类进入深层空间的“跳板”。

  前往小行星的路途非常远,所以人们设计了一个为期一年的登陆小行星任务,起航时间初步定在2024年。当“猎户座”飞船接近了小行星,一种更小的太空飞行器会与飞船配合工作,它将在最后阶段把宇航员们送上小行星。接下来,宇航员们会在这颗小行星上进行一段时间的考察。这颗小行星应该是一颗C型含碳小行星,这是很多行星天文学家最感兴趣的小行星类型,因为这种小行星可能是太阳系形成时的残留物,或许还保留着形成地球生命物质的原始材料。

  登陆火星则被计划放到“2030年代”。除了正在建造“猎户座”飞船和“太空发射系统”外,其他相关研究和宇航员培训工作正在进行中。2015年,美国宇航局准备让两名宇航员在国际空间站上呆一年,目的就是搞清楚人的身体如何适应前往火星的漫长旅途。科学家们还把一个辐射探测器放在了2011年前往火星的“好奇”号火星车上,以测量在前往火星时人们有可能受到的累积辐射。这个测量可为宇航员前往火星提供防辐射的数据支持。

  太空“联合舰队”

  未来的载人航天绝非“猎户座”飞船一枝独秀,一些政府航天机构和私人航天公司也有自己的载人航天计划,有些已经进入到实施阶段,有些已开始运营,一个载人航天的“联合舰队”正在形成。

  由于航天飞机的退役,“联盟”号飞船承担了运送宇航员和货物前往空间站的任务。“联盟”号是苏联研制的第三代载人飞船,1967年首飞,它是苏联开发出来的最成熟的载人航天器,在维持“和平”号空间站的正常运行中发挥过巨大作用,也是国际空间站天地往返的重要载具。

  CST-100新型载人宇宙飞船由美国波音公司与美国宇航局联合开发,可用于短途太空飞行,还将用于太空旅游。每次飞行可将4名宇航员和3名游客送至空间站。该飞船准备于2017年初进行首次无人试飞,如果成功,首次载人轨道测试将于2017年中期进行。“龙”飞船是太空探索技术公司(SpaceX)牵头研发的,计划代替航天飞机为空间站运送给养。飞船整体外形呈子弹状,已成功进入太空,成为国际空间站迎来的首个私营企业制造的航天器。

  除了往返于空间站的短途载人和货运飞船外,私人航天公司更有将人类送往火星的“大手笔”。2013年,荷兰“火星一号”和美国“灵感火星”公司都宣布了其计划,如果一切顺利,这两家私人机构将会抢在美国宇航局之前把人送往火星。

  “灵感火星”已将其发射“窗口”确定在2017年12月25日至2018年1月5日之间,那时行星的位置非常有利于火星往返,如果错过了这个“窗口”,下次机会就要等到2031年。“灵感火星”的整个行程只需要501天,而不是通常情况下的两年或者更长时间。它需要两次发射,第一次把4个有效载荷送达地球轨道,包括一枚上面级火箭、一个生活舱、一个供应舱和一个返回舱;第二次将两名宇航员送到待命于地球轨道上的生活舱。然后,上面级火箭再把生活舱、供应舱和返回舱推向火星轨道。“灵感火星”的两名宇航员并不登陆,他们将乘着飞船从距火星地表160千米的地方掠过火星。宇航员可以在这时饱览火星风光,巨大的火山和险峻的沟壑将在他们的眼前展露无遗。然后,“灵感火星”将沿一条环绕火星后直返地球的路径完成整个旅行。

  后起直追的中国载人航天

  中国的载人航天目标是建立自己的空间站。中国将于2015起陆续发射“天宫”二号和“天宫”三号。“天宫”二号将主要完成再生循环系统、有效载荷和应用系统的实验。“天宫”三号将把重点放在航天员的在轨驻留和飞船的在轨实验上,还将开展空间科学和航天医学试验。

  “天宫”二号任务期间,中国将发射载人飞船和货运飞船。载人飞船将把航天员送到“天宫”二号从事更长时间的生活和工作,这可以进一步验证航天员的在轨驻留能力;货运飞船将运送推进剂,通过一套自动系统对“天宫”二号进行推进剂补加。这些技术的验证都将为空间站长期载人飞行提供技术准备。

  经过了这些阶段后,真正意义上的载人空间站就可以升空了,它大致包括一个核心舱、一艘货运飞船、一艘载人飞船和两个用于实验的其他舱,总重量在100吨以下。其中的核心舱需长期有人驻守,能与各种实验舱、载人飞船和货运飞船对接。按照计划,我国真正意义上的载人空间站将于2020年左右竣工。

  接下来,中国的载人航天将走向更加遥远的宇宙空间。我国将综合分析国际载人航天的发展趋势,综合我国的实际国情实施下一步航天发展计划,例如载人登月等等,我国的载人航天事业将进入到一个更加辉煌的历史新时期。

  【责任编辑】庞 云

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