2014年12月5日,美国“猎户座”太空飞船在佛罗里达州卡纳维拉尔角基地发射升空。“猎户座”绕着地球轨道公转两卷后返回地球,在墨西哥附近的太平洋海域借助降落伞下降,并由海军船只回收。
由于是第一次升空试飞,飞船没有载人。即便如此,美国国家航空和航天局仍然表示,这是一次重大的进展,将是1972年12月“阿波罗”17号进行最后一次载人登月后,首个外层空间载人探索计划。
超越“阿波罗”
“阿波罗”计划是人类航天史上最大的载人航天项目,在20世纪60年代的10年中,主要致力于完成载人登陆月球的任务。1969年,“阿波罗”11号宇宙飞船实现了上述目标,尼尔·阿姆斯特朗成为第一个踏足月球表面的人类。“阿波罗”计划于1972年年底结束,之后的40多年里还没有其他的载人航天器离开过地球轨道。
往返于地球和太空的另一种重要的载人航天器——航天飞机也于2011年7月22日正式退役。
也许,综合上述两种航天器的特点,我们可以想象下一代载人航天器的性能,这正是“猎户座”设计的目标:
1.载荷量大,有足够的载人空间,能携带4~6名宇航员,而“阿波罗”飞船最多只能承载3名宇航员。使用高科技合成材料,自身重量显著降低。
2.有足够的动力,使用全新的太空发射系统,装备有太阳能电池板。
3.可回收重复使用,既能像“阿波罗”飞船那样溅落于水中,也能借助降落伞在干燥的沙漠地区着陆。
4.有新一代的安全标准。它与火箭串联,而不像航天飞机那样与火箭并联,如此能远离燃烧的发动机和坠落的碎片造成的危险。设置有载人火箭常用的“逃逸塔”系统,一旦在发射时出现故障,飞行器可以迅速分离,通过降落伞安全降落。这些措施可以使安全系数提升10倍。
“将12头大象送入轨道”的火箭
“太空发射系统”(SLS)的高度比自由女神像还高,重量超过7架满载状态的波音747客机,是世界上唯一—种能够将12头成年非洲象(平均一头重10吨)重的物资送入轨道的超级运载火箭。“太空发射系统”工程师斯坦利认为,这是一种独特的火箭,能够让我们重返月球、登陆小行星和火星,将人类送往太阳系各个角落。
“太空发射系统”将会有多个版本,其中典型的载人版本将包括两级火箭,并附加助推器。该系统长约97米、重约2495吨。最底下的火箭就像一个火箭捆,中间是主级火箭,旁边捆绑着两个原先用于航天飞机的固体燃料助推器。发射升空时,助推器将在短时间内提供推力,并在124秒燃料用光后脱落,最终将沉入大西洋,不会被回收。
主级火箭包括一个巨大的核心箱,类似于太空飞船上的外部燃料箱。这个核心箱高约6米,以液态氢作为燃料,液态氧为氧化剂,燃烧时间1125秒。
主级火箭上面是上级火箭,包括几个段,负责将“猎户座”飞船推入轨道,随后将其推入月球轨道,最终到达火星。
“太空糖葫芦”
火箭顶部是“猎户座”飞船,飞船像一串糖葫芦,一节一节地串接起来。从底部往上,包括四大部分
宇宙飞船适配器是整个飞船最底层的部分,与火箭相连。
服务舱位于适配器上方,配备电能系统、推进系统、流体。
船员舱是整个飞船的核心部分。“猎户座”飞船的船员舱设计类似于“阿波罗”飞船,但内部空间要大2.5倍,最多可容纳6名宇航员。船员舱包括瞭望窗、类似于飞机的驾驶舱、多个休息区、一个野营洗手间和多个主要控制面板。飞船融入了电脑、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。
飞船最顶端有一个发射中止系统,以备飞船发射突遇紧急情况时使用。发射中止系统有能力在火箭升空遇到问题时,带“猎户座”飞船及航天员脱离危险区域。
初试牛刀
当主火箭将飞船送入绕地低轨道后,飞船将绕地球一圈,接着,火箭上级推动飞船爬升到距地面超过5790千米的高空。这时,“猎户座”飞船将穿越危险的范艾伦辐射带,船上的防护罩将接受大量辐射的考验。
此次试飞的目的地只是地球高轨道,完成后就可以启程回家了。火箭上级分离,“猎户座”喷射器点火,将飞船调整到合适的姿势,飞船再入地球大气层。这是试飞最危险的环节,飞船处在一团火球之中。飞船上的系统控制喷射器,使飞船保持正确姿势,以便经过特殊设计的隔热罩能抵挡高热量的冲击。
接着,3个降落伞打开,帮助飞船逐步减速,以确保未来乘坐飞船的宇航员不会因为减速太快而感觉不适。最后飞船溅落在预设的回收地点。
美国国家航空和航天局为打造“猎户座”飞船已经花费了90亿美元,计划于2021年载人飞行,项目一旦充分运作,飞船可搭载4~6名宇航员离开地球轨道,飞往月球,登陆小行星。如果一切都能按照初步计划进行,第一批宇航员将会在2030年前登上火星。
美国国家航空和航天局并非唯一在这个领域从事研究的机构,世界上其他国家也有相关大动作。中国国家航天局的“嫦娥计划”正抓紧进行,其中“嫦娥”五号将带回月球土壤样本。俄罗斯联邦航天局也计划将探测器、月球车、着陆器发送到月球上。此外,印度空间研究组织也计划将一艘轨道飞行器送往金星。而欧洲空间局近期制定的三大目标则是探索彗星、获取行星样本、发射太阳探测器。显而易见,人类的脚步正准备迈向整个太阳系。