世界航天新科技檔案（二）未來飛船（上）

+ 劉進軍

概述太空飛行——宇宙飛船

人類夢想能在太空中旅行，欣賞宇宙的奇觀，探索宇宙的奧秘。1961年4月12日莫斯科時間上午9時07分，蘇聯(lián) 東方-1 號飛船將加加林送入太空。人類完成第一次太空飛行。加加林開啟了人類航天時代，永垂人類文明史冊。

宇宙飛船不但開闊了人類的視野，更讓人類的思想飛向更遠的空間，并為研發(fā)未來太空飛行器提供了藍圖和經(jīng)驗。

俄羅斯“進步 M-027M”貨運飛船與“聯(lián)盟”火箭分離

什么是宇宙飛船？

宇宙飛船，又稱為太空船、太空飛船、太空梭等，是一種運送宇航員、貨物到達太空并安全返回的航天器。宇宙飛船能基本保證宇航員在太空短期生活和工作，目前的飛船一般能乘坐2～3名宇航員，飛行幾天到半個月。未來的宇宙飛船可以乘坐6～10名宇航員。

宇宙飛船分為載人飛船和無人飛船。載人飛船是將宇航員或太空游客送上太空、空間站的飛船。載人飛船又分為圍繞地球飛行，進行科學實驗的環(huán)球飛船；運送宇航員到月球考察探索的登月飛船；運送宇航員到火星、小行星等行星探索的星際飛船等。無人飛船分為試驗飛船和貨運飛船。貨運飛船主要為空間站運送貨物、科研儀器、食品和太空配件。

載人飛船：

載人飛船主要系統(tǒng)包括：結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、生命保障系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、姿態(tài)控制與軌道控制系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、通信與測控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、儀表與照明系統(tǒng)、返回著陸系統(tǒng)、宇航服、載人機動裝置和救生系統(tǒng)等。

宇航員在飛船發(fā)射、返回和著陸時都是呆在返回艙內(nèi)。返回艙內(nèi)裝有生命保障系統(tǒng)、控制和顯示儀表、通信系統(tǒng)、測量和導航系統(tǒng)、著陸火箭、主降落傘和備用降落傘。返回艙內(nèi)還有舒適的座椅，座椅是按每位宇航員的體形定制的。當宇航員到達國際空間站以后，由于將來返回時不一定乘坐同一艘飛船，因此他們要把各自特制的座椅也一起帶上空間站。

各國載人飛船對比

貨運飛船：

貨運飛船是一種專門給空間站運送水、食品、氧氣、燃料、零件、科研儀器等物品的飛船，只運貨不載人。貨運飛船有自動對接系統(tǒng)，可以與載人飛船、空間站和航天飛機自動對接。

各國貨運飛船對比

【載人飛船的兩種構(gòu)型】

三艙式：俄羅斯聯(lián)盟號、我國神舟系列等飛船采用

兩艙式：未來的主流，獵戶座、載人龍、星際線、聯(lián)邦及我國新一代多用途飛船均采用

核動力飛船想象圖

飛向更遠

從某種意義上說，我們地球人都是太空旅行者，都在航天。我們的宇宙飛船就是地球，飛行速度每秒約30千米，每小時108000千米。因為技術(shù)原因，人類制造的宇宙飛船至今還沒有飛出過太陽系，只在地球周圍飛行，最遠到月球。

科學家們設(shè)計了各種先進的宇宙飛船，還設(shè)想了各種更快、更先進的宇宙飛船。如原子能飛船、量子飛船、光子飛船、太陽帆飛船、離子體飛船等，用速度追趕時間。人類將啟航飛往火星和小行星。

"獵戶座"多用途飛船

告別月球50年了！何時重返月球？

獵戶座 是一種多用途載人飛船，是美國宇航局和歐洲太空局聯(lián)合建造的一種星際飛船。它的科學目標是：搭載4～6名宇航員，超越地球軌道，飛往空間站、月球、小行星和火星，促進人類太空探索。

飛船參數(shù)

“獵戶座”飛船重量大約25噸，

少于“阿波羅”指令艙和服務(wù)艙30噸的重量。

“獵戶座”多用途途飛飛船船

從2006～2015年財政年度,“獵戶座”計劃已經(jīng)花費了120億美元，相當于811億人民幣。

集航天先進技術(shù)于一身

承載著美國“重返月球”夢想的“獵戶座”飛船，采用了當下航空航天各種先進技術(shù)。

· 玻璃駕駛艙：源于“波音-787”夢幻飛機的數(shù)字控制系統(tǒng)。

· 外殼：采用航天飛機外部燃料箱使用的鋁鋰合金。

· 防熱材料：采用硅纖維和樹脂組成的蜂窩玻璃纖維和酚醛樹脂。

· 降落傘：基于“阿波羅”和航天飛機固體火箭助推器的降落傘。

· 對接系統(tǒng)：為了讓“獵戶座”飛船與其他航天器交會對接, 它將配備萬能的對接系統(tǒng)。

· 發(fā)射逃生系統(tǒng)：采用玻璃纖維的“增強保護蓋”，以保護飛船符合空氣動力學和沖擊應(yīng)力。

· 逃生系統(tǒng)：在上升和再入時，比航天飛機安全10倍。

· 模塊化和通用化：為了讓“獵戶座”變成百變神通，飛船的所有部件都被設(shè)計成盡可能模塊化和通用化?？茖W家認為：21世紀30年代的火星航行時代，“獵戶座”可以隨著新技術(shù)的出現(xiàn)而迅速升級。

“獵戶座”飛船與逃逸系統(tǒng)

“獵戶座”飛船與第三級火箭

制造：國際合作

“獵戶座”飛船是個混血兒，已經(jīng)建造了3艘。它的指令艙由洛克希德·馬丁公司設(shè)計，位于新奧爾良州的米修德裝配廠建造。服務(wù)艙由歐洲太空局設(shè)計,歐洲空中客車防御與空間公司建造。

已進行的試驗飛行

2014年12月5日,“獵戶座”飛船搭乘“德爾它-4”重型火箭，進行首次無人發(fā)射試驗。它飛行了4小時24分鐘，達到5800千米高度和8.9千米/秒速度, 測試了防熱盾、降落傘、拋棄組件和計算機。返回艙濺落在太平洋上，非常成功。

何時飛向月球和火星？

美國宇航局計劃：2020年，“獵戶座-1”號飛船將搭乘“太空發(fā)射系統(tǒng)-1”重型火箭，從肯尼迪航天中心飛往繞月軌道，執(zhí)行約25.5天的環(huán)月飛行任務(wù)。2022年，“獵戶座-2”飛船將搭載4名宇航員，從地球出發(fā)，飛往月球，執(zhí)行約9天的探月任務(wù)。2030年后，“獵戶座”號從地球出發(fā)，飛向火星。

“獵戶座”飛船與登月艙

未來，美歐將建造月球軌道平臺，環(huán)繞月球運行。“獵戶座”飛船?？吭谄渥髠?cè)。

“載人龍”載人飛船

2010年，美國太空探索技術(shù)公司開始研制第二代飛船 龍-V2 飛船，又名 載人龍”（Crew Dragon）。2010年，“載人龍 的研發(fā)費用為8～10億美元?！拜d人龍 飛船的科學目標是將人類和貨物運送到低地球軌道、國際空間站和太空移民。

參數(shù)表

“載人龍”外形

“載人龍”內(nèi)部和座椅

超強運載能力:

“載人龍”的運載能力很強，到國際空間站為3310千克，返回地球時運載高達2500千克的廢物。在重新進入地球時，“載人龍”的重力加速度為3.5G?！拜d人龍”的推進器很威猛：8臺超級德拉科推進器，按4對方式放在飛船四側(cè)，稱為“噴氣背包”；18臺德拉科機動推進器，推進劑為四氧化二氮和甲基肼。

“載人龍”載人飛船與“龍”貨運飛船有很大不同?！拜d人龍”的太空艙里面是7個舒適的座椅；四側(cè)安裝推進器，這可以作為發(fā)射逃逸系統(tǒng)或推進著陸系統(tǒng)；它具有更大的舷窗，新的飛行計算機和航空電子設(shè)備，以及重新設(shè)計的太陽能帆板。

2019年，“載人龍”飛船三視圖

“載人龍”載人飛船

“龍”快遞，使命必達：

“載人龍”飛船主要執(zhí)行向國際空間站運送乘員和貨物、太空旅游，以及發(fā)射衛(wèi)星和運送衛(wèi)星，甚至飛往月球和火星。當返回地球著陸時，“載人龍”飛船打開降落傘減速并在海上降落?！拜d人龍”飛船最大的優(yōu)勢是：重復使用，多次飛行，至少10次，不過根據(jù)美國宇航局這個客戶的要求，“載人龍”飛船現(xiàn)在只允許一次性使用。

重要節(jié)點：

2014年5月29日，在美國太空探索技術(shù)公司總部加利福尼亞州霍桑，將“載人龍”飛船向公眾展示。2015年6月，“載人龍”飛船完成了發(fā)射中止試驗。

2015年11月24日，“載人龍”飛船進行了懸停試驗。

首次飛行：

2019年3月2日，“載人龍”飛船首次飛行，進行無人試驗飛行。飛船測試了與國際空間站的進近和自動對接程序。

雖然這次飛行沒有載人，但所有流程都按照實際任務(wù)情況走一遍。圖為充滿未來感的乘員通道。

發(fā)射前的“載人龍”與獵鷹九號火箭

身穿太空探索技術(shù)公司設(shè)計的新款太空服的假人，作為此次飛行的唯一乘客。

2018年，“載人龍”飛船的4名宇航員合影（左起）：道格·赫利、羅伯特·貝恩肯、邁克爾·霍普金斯和維克托·格洛弗。

“龍”快遞員：

2018年8月3日，NASA公布了九名宇航員將成為首批搭載太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的“載人龍”飛船和波音CST-100載人飛船“星際線”（Starliner）的宇航員，包括2名女宇航員。

太空探索技術(shù)公司原計劃2019年7月使用“載人龍”飛船搭載2名宇航員進行首次載人飛行。美國宇航局宇航員羅伯特·貝恩肯（Bob Behnken）和道格·赫利（Doug Hurley）將搭乘“載人龍”飛船搭乘第一個航班，飛往國際空間站，進行為期14天的試驗飛行任務(wù)。羅伯特·貝恩肯以前是STS-123和STS-130航天飛機任務(wù)的飛行專家。道格·赫利曾在STS-127任務(wù)和最后一次航天飛機任務(wù)——STS-135任務(wù)中擔任飛行員。計劃在完成首次載人驗證性飛行試驗之后，維克托·格洛弗(Victor Glover)和邁克爾·霍普金斯(Mike Hopkins)將搭乘“載人龍”前往國際空間站執(zhí)行長期任務(wù)。

目前，“載人龍”正與“星際線”展開激烈競爭：看誰首先載人飛上太空，前往國際空間站。它們將成為自2011年航天飛機退役以后，第一艘搭乘美國人飛行的美國飛船。“載人龍”飛船將為國際空間站客運飛行鋪平道路。這是商業(yè)載人飛船的第一個里程碑。

“載人龍”飛船準備對接