后航天飛機(jī)時代的太空新秀

□ 江 山

燕子去了，有再來的時候，美國航天飛機(jī)退役了，誰來承擔(dān)天地間人員和貨物運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)？目前，全世界只有美國、俄羅斯和中國在開展著載人航天軌道飛行計(jì)劃，分別依賴航天飛機(jī)、聯(lián)盟號飛船和神舟飛船。航天飛機(jī)的退役將改變?nèi)愣α⒌木置?，眾多“新人”正摩拳擦掌，?zhǔn)備粉墨登場。

下面我們就來認(rèn)識一下可能會接替航天飛機(jī)的幾種太空飛行器。

一、美國政府的獵戶座飛船

根據(jù)2004年美國總統(tǒng)布什提出的“空間探測構(gòu)想”，2005年美國推出“星座”計(jì)劃。布什的構(gòu)想是要在2020年前派人重返月球，進(jìn)而登陸火星和前往其它地點(diǎn)，共需花費(fèi)1000億美元，與國際空間站的建設(shè)費(fèi)用相當(dāng)?！靶亲庇?jì)劃中包括“獵戶座”載人飛船和“戰(zhàn)神”火箭，擬用于接替航天飛機(jī)計(jì)劃，先用于為國際空間站往返運(yùn)送人員，然后執(zhí)行“星座”計(jì)劃下的重返月球任務(wù)。獵戶座飛船能乘坐4名至6名航天員，質(zhì)量25噸，直徑5米。自2006年9月同洛馬公司簽訂“獵戶座”飛船主承包合同以來，美國航宇局已在該飛船項(xiàng)目上花掉了約50億美元。

2010年2月，奧巴馬總統(tǒng)在其2011財(cái)年預(yù)算方案中，提出砍掉由其前任布什推出的“星座”計(jì)劃，將國際空間站的工作時間至少延長到2020年，把國際空間站人員和貨物運(yùn)輸工作交由商業(yè)性運(yùn)輸工具來完成，在這些商業(yè)飛行器到位之前，美國將依賴俄羅斯聯(lián)盟號飛船來運(yùn)送人員，并利用俄羅斯、日本和歐洲的貨運(yùn)飛船來運(yùn)送貨物。按奧巴馬的方案，美國要在2025年前送人前往一顆小行星，30年代開展載人火星軌道飛行，并拿出數(shù)十億美元來發(fā)展商業(yè)航天飛行器和旨在使美國能持續(xù)開展空間探測的“可改變格局的技術(shù)”。獵戶座飛船項(xiàng)目連同以重返月球?yàn)槟康牡摹靶亲表?xiàng)目的其它部分一起全部砍掉，給該項(xiàng)目的前途打上了問號。2010年4月份，奧巴馬宣布將“獵戶座”飛船改用作國際空間站的救生飛船，使該項(xiàng)目又重現(xiàn)生機(jī)。飛船由用于人員和貨物運(yùn)輸?shù)某藛T艙，用于推進(jìn)、供電和流體存儲的服務(wù)艙，裝到運(yùn)載火箭上所需的飛船適配器和能大大改善乘員安全的發(fā)射逃逸系統(tǒng)組成。這種飛船最早可在2013年進(jìn)行首次軌道試飛，并將按2010年美國航宇局授權(quán)法案要求在2016年前投入初步飛行使用。

近日美國航宇局稱，國會要求其建造的“多用途機(jī)組飛行器”（MPCV）載人深空探測飛船將以原有的“獵戶座”載人飛船設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)來研制。這意味著自2006年以來一直作為“獵戶座”飛船主承包商的洛馬航天系統(tǒng)公司將繼續(xù)作為MPCV飛船的主承包商。MPCV飛船將可乘坐4人執(zhí)行21天的任務(wù)，在加州沿岸外的太平洋上濺落。飛船重約23噸，底部直徑約5米，增壓空間19.5立方米，居住空間近9立方米。飛船會在太空同某種形式的居住艙會合，讓旅程變得更加舒適。美國航宇局官員說，MPCV在發(fā)射、再入和著陸過程中的安全性將是現(xiàn)役航天飛機(jī)的10倍。發(fā)射過程中的安全性主要靠發(fā)射逃逸系統(tǒng)來保證。該飛船可在天上開展各類活動，包括同其它飛行器交會對接。船上航天員將能進(jìn)行太空行走。新飛船也可根據(jù)需要為國際空間站運(yùn)送貨物和人員。

二、美國的商業(yè)載人飛船

早在載人航天計(jì)劃調(diào)整之前，美國就有意采用商業(yè)性國際空間站往返飛行服務(wù)。美國政府部門長期以來一直負(fù)責(zé)并承擔(dān)著載人航天飛行工作，但一系列以商業(yè)方式研制的載人飛船已經(jīng)在研并開始試飛。這些商業(yè)載人飛船具有以下特點(diǎn)：由私人提供資金支持；由私營部門負(fù)責(zé)和管理；服務(wù)對象為目前有需求的用戶或潛在非政府用戶；最終是否能夠成功要接受市場的檢驗(yàn)。這些飛船的最初用戶很可能是國際空間站，隨看今后以商業(yè)方式建設(shè)的空間站投入使用和太空旅游的興起，這些載人飛船將有更多用武之地。

獵戶座飛船與空間站靠近空間站藝術(shù)圖

美國航宇局自2010年初以來已向波音公司、藍(lán)源公司、太空探索技術(shù)公司、內(nèi)華達(dá)山脈公司和聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司等廠家簽發(fā)了約3.2億美元的技術(shù)合同，以扶持研制商業(yè)載人運(yùn)輸系統(tǒng)。這些公司均同美國航宇局簽訂了“航天法案協(xié)議”，將制訂機(jī)組運(yùn)輸方式，開展技術(shù)驗(yàn)證和相關(guān)研究。

波音公司的CST-100飛船

作為知名的載人航天系統(tǒng)與服務(wù)供應(yīng)商，波音在該行業(yè)有很深厚的歷史傳承。它正在研制的“機(jī)組航天運(yùn)輸”（CST-100）飛船外形與美國航宇局阿波羅登月飛船和新型“獵戶座”載人飛船相近，但個頭更小，呈錐形，直徑約4.5米，可乘坐多達(dá)7人，CST-100飛船的首次試飛擬于2015年前進(jìn)行，可由宇宙神5、德爾它4或獵鷹9運(yùn)載火箭發(fā)射。按波音公司所確定的設(shè)計(jì)要求，CST-100應(yīng)能重復(fù)使用多達(dá)10次，具體要看回收后的檢查結(jié)果。該項(xiàng)目得到了美國航宇局“商業(yè)機(jī)組發(fā)展（CCDev）航天法案協(xié)議”下1800萬美元的經(jīng)費(fèi)支持。該飛船設(shè)計(jì)用于飛往國際空間站和其它未來的私營空間站。除擬供美國航宇局用于向國際空間站運(yùn)送航天員外，船上座位還可出售給太空游客、各公司或其它非政府團(tuán)體以及美國其它聯(lián)邦政府部門。波音公司空間探測部門負(fù)責(zé)人稱，迄今有幸上天飛行的人數(shù)還很少，全球60億～70億人口中大概只有500多人有此經(jīng)歷；波音希望看到更多的人有機(jī)會上天。

2010年9月，波音公司和太空歷險(xiǎn)公司已簽署一份協(xié)議備忘錄。太空歷險(xiǎn)公司將推銷CST-100新型載人飛船執(zhí)行商業(yè)飛行任務(wù)時船上的座位。太空歷險(xiǎn)公司作為一家中介公司已成功地安排7位私人游客參與了8次前往國際空間站的飛行，乘坐的均為俄羅斯聯(lián)盟號飛船。與波音公司聯(lián)手將能更好地向商業(yè)航天飛行客戶提供安全和廉價的運(yùn)輸服務(wù)。雙方尚未確定船上每個座位的具體價位，但表示會比俄制聯(lián)盟號飛船有競爭力。2009年10月加拿大億萬富翁拉利伯特乘聯(lián)盟號前往國際空間站的收費(fèi)約為4000萬美元。

內(nèi)華達(dá)山脈公司的追夢者飛船

追夢者飛船停在跑道上

波音公司的CST-100飛船

太空船二號

內(nèi)華達(dá)山脈公司的追夢者飛船得到了美國航宇局商業(yè)機(jī)組發(fā)展計(jì)劃下的資金支持。“追夢者”是一種跑道著陸升力體式飛行器。這種可乘6人的飛船以美國航宇局 20世紀(jì)90年代初提出的HL-20飛行器方案為基礎(chǔ)，將由宇宙神5等一次性火箭發(fā)射，可滑翔返回，在跑道上著陸。目前該公司已成功地對追夢者的主發(fā)動機(jī)進(jìn)行了試車，并已著手建造原型飛船。預(yù)計(jì)追夢者最早可在2014年首飛。該公司已與維珍銀河公司聯(lián)合提交了商業(yè)機(jī)組發(fā)展計(jì)劃投標(biāo)方案。銀河維珍公司將負(fù)責(zé)向商業(yè)用戶推銷追夢者飛船上的座位。

太空探索技術(shù)公司的“龍”飛船

2010年12月8日，由太空探索技術(shù)公司建造的“龍”飛船由同出一門的“獵鷹”9火箭發(fā)射，船箭飛離后，飛船繞地球飛行兩圈后再入，在太平洋上濺落，并成功回收。這次飛行共持續(xù)了3小時21分鐘。這使太空探索技術(shù)公司成為首家從軌道上回收飛船的商業(yè)公司。“龍”飛船及其非增壓部段長6米多，艙內(nèi)最大直徑超過3米。該飛船的這次首飛是美國航宇局國際空間站商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)合同下的首次驗(yàn)證飛行。根據(jù)合同，“龍”飛船共將進(jìn)行至少12次貨運(yùn)補(bǔ)給飛行。太空探索公司還參加了美國航宇局人員運(yùn)輸服務(wù)項(xiàng)目的投標(biāo)，擬開始研制“龍”飛船的載人型號。

軌道科學(xué)公司

軌道科學(xué)公司正在研制為國際空間站提供支持服務(wù)的天鵝座貨運(yùn)飛船。該公司也已表達(dá)了研制載人飛船的意向，它正在與維珍銀河公司聯(lián)合提交一項(xiàng)商業(yè)機(jī)組發(fā)展計(jì)劃投標(biāo)方案，將研制一種至少可把4人送往國際空間站的升力體式飛行器。該飛行器可由宇宙神火箭發(fā)射，計(jì)劃利用維珍銀河公司的白衣騎士二號載機(jī)運(yùn)往卡納維拉爾角發(fā)射場。

其他設(shè)想

除了美國公司外，現(xiàn)在正在為國際空間站提供貨運(yùn)服務(wù)的歐洲和日本也有意將其貨運(yùn)飛船改造成載人飛船。

歐洲的自動轉(zhuǎn)移飛行器（ATV）重8噸，由阿里安5火箭發(fā)射。ATV飛船用于向國際空間站運(yùn)送食品、推進(jìn)劑和其它補(bǔ)給，一般在站上停留約6個月，隨后攜站上垃圾再入地球大氣并被燒毀。首艘飛船2008年圓滿完成了任務(wù)。第二艘飛船今年2月被發(fā)往空間站，并于7月離站。第三艘飛船定于2012年2月發(fā)射。一些人一直在建議把ATV改造成能把貨物從太空帶回地球的可重復(fù)使用飛船，甚至可用于人員的天地往返運(yùn)輸，但這些建議并未得到官方正式回應(yīng)。在2008年的柏林航展上曾展出了載人ATV飛船的模型，但歐空局尚未宣布任何正式相關(guān)研制計(jì)劃。

太空探索技術(shù)公司的“龍”飛船

歐洲的自動轉(zhuǎn)移飛行器再入大氣層概念圖

日本的貨運(yùn)飛船H-2轉(zhuǎn)移飛行器將停泊于國際空間站

日本的貨運(yùn)飛船H-2轉(zhuǎn)移飛行器（HTV）可運(yùn)送5噸增壓貨物和1噸半不增壓貨物。2009年HTV執(zhí)行了國際空間站的首次飛行任務(wù)，2011年1月又進(jìn)行了第二次飛行。把HTV改造成能把貨物帶回地面的可重復(fù)使用飛船或?qū)⑵涓脑斐梢环N載人天地間往返運(yùn)輸飛船，在日本國內(nèi)已有一些非常初步的探討。

三、亞軌道載人飛船

“山貓”可重復(fù)使用亞軌道飛船

近年來，受安薩里X大獎賽的影響，人們對載人亞軌道飛行器的興趣大增。這項(xiàng)賽事為最先在兩周時間內(nèi)兩次利用可重復(fù)使用亞軌道飛行器把3人送到100千米以上高空的參賽隊(duì)伍提供1000萬美元的獎金。目前已取得一些進(jìn)展的亞軌道載人飛船主要有太空船二號和山貓等。

太空船二號

維珍銀河公司和升高復(fù)合材料公司正在聯(lián)手研制亞軌道載人飛行器。其研制的太空船一號2004年在安薩里X大獎賽中獲獎。太空船二號是一種空射飛船，由專門研制的“白衣騎士二號”載機(jī)攜帶升空，到達(dá)15千米的高度后船機(jī)分離，這時太空船二號會點(diǎn)燃火箭發(fā)動機(jī)，將兩名飛行員和6名乘客送入110千米的高空，完成飛行后，在跑道上滑翔著陸。2010年10月，太空船二號進(jìn)行了首次滑翔試驗(yàn)。如果一切順利，2011年它將采用內(nèi)華達(dá)山脈公司研制的一種混合動力火箭發(fā)動機(jī)進(jìn)行有動力試飛。首次載客飛行可能在2012年進(jìn)行。

維珍銀河公司已與美國西南研究所簽訂了具有里程碑意義的一份協(xié)議，將向該研究所提供“太空船二號”飛船上的兩個座位。西南研究所還預(yù)訂了另6個座位。這是維珍銀河首次同用戶簽訂送科學(xué)家進(jìn)入亞軌道空間的協(xié)議。此前該公司主要是從希望上天旅游的人員那里收取訂金。公司官員稱，這份協(xié)議表明該公司的系統(tǒng)具有巨大的科學(xué)潛力。該協(xié)議將使科學(xué)家能把“太空船二號”作為飛行實(shí)驗(yàn)室，用于開展微重力、生物學(xué)、天文學(xué)和氣候研究等實(shí)驗(yàn)。

山貓飛船

維珍銀河公司并不是西南研究所科學(xué)家要借以上天的唯一私營飛船廠家。正在建造“山貓”可重復(fù)使用亞軌道飛船的XCOR宇航公司稱，這家研究所從該公司訂購了6次亞軌道飛行，供其研究人員和實(shí)驗(yàn)設(shè)備乘用。每次飛行都將乘坐一位由該研究所培訓(xùn)的科學(xué)家，以開展生物醫(yī)學(xué)、微重力和天文學(xué)成像等實(shí)驗(yàn)。西南研究所還取得了隨時增購3次飛行的選擇權(quán)。擬乘“山貓”飛船上天的科學(xué)家包括美國航宇局主管科學(xué)的前副局長斯特恩?！吧截垺睘閮勺w船，與小型飛機(jī)相像，利用自身動力在跑道上起降。2010年9月，XCOR公司已利用美國航宇局馬歇爾航天飛行中心的設(shè)施完成了山貓的超音速風(fēng)洞試驗(yàn)。目前，該公司已開始制造首架山貓樣機(jī)。

另外，2007年歐洲航空航天業(yè)巨頭歐洲宇航防務(wù)集團(tuán)公司曾表示將涉足太空旅游業(yè)。該集團(tuán)公司下屬空間公司阿斯特里姆表示，將建造可搭載自費(fèi)游客的太空飛機(jī)。它將采用噴氣發(fā)動機(jī)起飛，升高到12千米后，火箭發(fā)動機(jī)開始工作，把飛行高度迅速提升到60千米以上，之后，發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)，太空飛機(jī)靠慣性飛至100千米，然后返回地面。但該項(xiàng)目進(jìn)展如何外界一無所知。

綜上所述，美國政府和私營公司的下一代載人飛行器也許很快就會填補(bǔ)航天飛機(jī)退役后留下的空白，為美國政府和其他用戶提供更多選擇。商業(yè)航天活動的興起，還將增加就業(yè)，促進(jìn)美國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展并帶動其他國家也加大在這一領(lǐng)域的投入。

太空船二號