細(xì)品漫話“星際線”

文/ 錢衛(wèi)

▲ 飛船殼體銑出網(wǎng)格來減重

熟悉美國載人航天歷程的人們在看到“星際線”的時候就會發(fā)現(xiàn)它非常眼熟，它和波音在2006年競標(biāo)美國宇航局“乘員探索飛行器”的方案外觀幾乎一模一樣，只是推進(jìn)艙的長度略短一點(diǎn)，連圓錐體返回艙的錐度都一樣。如果再向前追溯一點(diǎn)，會發(fā)現(xiàn)“星際線”和早年的阿波羅飛船也很像，只是推進(jìn)艙短了一多半而已。那么，“星際線”到底是一個怎樣的存在呢？

系出名門

按照有關(guān)報(bào)道的說法，“星際線”確實(shí)繼承了“乘員探索飛行器”的很多理念，但所有元器件和分系統(tǒng)都是重新研制的。其實(shí)，波音在投標(biāo)“乘員探索飛行器”的時候也只不過拿出了一個紙面方案而已，談不上有什么具體的硬件，所以“星際線”的確是全新研制的。在“星際線”之前，波音公司實(shí)際上從來沒有研制過這種飛船式的天地往返飛行器?；蛟S有讀者會對這種說法提出質(zhì)疑，在波音公司自己的宣傳中，阿波羅飛船就是波音的產(chǎn)品，怎么會沒有研制過呢？實(shí)際上，阿波羅飛船是美國北美飛機(jī)公司的產(chǎn)品。只不過在1967年，北美飛機(jī)公司和洛克維爾公司就合并了。到了1996年，這家公司因?yàn)榻?jīng)營不善而破產(chǎn)，被波音整體收購，波音也因此擁有了宇航科研能力。另外，發(fā)射阿波羅飛船用的土星5號火箭也是這家公司的產(chǎn)品。波音收購的宇航企業(yè)還包括著名的通信衛(wèi)星制造商休斯公司、生產(chǎn)德爾它火箭的通用汽車公司、生產(chǎn)大力神火箭的麥道公司。

▲ 制造中的“星際線”，上方的框架內(nèi)容納降落傘

▲ 飛船研制期間，實(shí)施了降落傘極限試驗(yàn)

雖然“星際線”和阿波羅飛船的返回艙看上去也很像，但是在總體結(jié)構(gòu)上要簡單多了，而且體積要大得多?！靶请H線”的底部直徑為4.5米，頭部有一個穹頂形的整流罩，用來在發(fā)射期間保護(hù)對接口。飛船進(jìn)入宇宙空間后，這個整流罩就被拋掉了。在返回大氣層的過程中，防熱大底向前，對接口向后。雖然也要承受高溫的考驗(yàn)，但受熱情況不算嚴(yán)重。

兩艙飛船

從設(shè)計(jì)角度說，“星際線”可謂中規(guī)中矩，體現(xiàn)了美式飛船的一貫設(shè)計(jì)理念。

首先，這是一種兩艙式飛船，只有返回艙和推進(jìn)艙，沒有“神舟”和“聯(lián)盟”飛船的軌道艙。這是因?yàn)樗淮蛩銌为?dú)長期在軌飛行，只是往返于地面和國際空間站之間。既然沒有軌道艙需要保護(hù)，“星際線”在發(fā)射的時候也不需要裝在整流罩里，而是直接用飛船外側(cè)的熱護(hù)罩來抵擋上升過程中的氣流沖擊。這樣的設(shè)計(jì)能夠極大地?cái)U(kuò)展飛船直徑，使其達(dá)到4.56米之多。當(dāng)然，飛船頭部的對接口需要用一個小型整流罩保護(hù)起來。

返回艙的熱護(hù)罩分為3個部分，圓錐體上部是一次性使用的可拋熱護(hù)罩，下部是固定安裝的重復(fù)使用熱護(hù)罩，底部是一次性使用的防熱大底。在上部可拋熱護(hù)罩下面是降落傘艙。防熱大底里面是軟著陸用的氣囊。

▲ 逃逸救生試驗(yàn)中的飛船

▲ 星際線飛船安裝在火箭頭部，造型有趣

▲ 星際線飛船的對接口在入軌后就暴露出來

返回艙內(nèi)部是載人和載貨空間。如果不攜帶大件行李，艙內(nèi)最多可以坐7個人。不過美國宇航局購買的“星際線”運(yùn)輸服務(wù)只乘坐四五個人，其余空間用來載貨。和其他飛船一樣，座椅之間的距離很小，乘坐并不舒服。但是按照計(jì)劃，“星際線”在發(fā)射后31分鐘就能進(jìn)入“穩(wěn)定軌道”，然后經(jīng)過幾個小時就能進(jìn)入國際空間站軌道，再經(jīng)過幾個小時的精密交會，就可以對接了。所以哪怕乘坐體驗(yàn)很差，也還算可以忍受。返回艙本身裝有12臺445千牛發(fā)動機(jī)，用于脫離國際空間站后的機(jī)動返回。

返回艙下面是推進(jìn)艙，主要的電力和推進(jìn)系統(tǒng)都裝在這里。其中有28臺378牛頓的姿態(tài)控制推力器、20臺6672牛頓推力器，最重要的是4臺177929牛頓逃逸救生推力器。推進(jìn)艙的電源設(shè)計(jì)非常奇葩，它的太陽電池并不采用展開式結(jié)構(gòu)，而是貼滿了底部。這當(dāng)然降低了設(shè)計(jì)制造的難度，同時也不需要為它設(shè)計(jì)發(fā)射階段的整流罩。然而，“星際線”底部面積只有不到16平方米，還需要在上面開出4個圓孔來容納逃逸救生推力器的噴管，所以發(fā)電能力是很有限的。不過考慮到它的飛行時間有限、任務(wù)比較簡單，或許也算夠用了。

兩艙相加，高度達(dá)到了5.03米，看起來矮墩墩的。裝在宇宙神5火箭的頂部，給人一種極為奇特的視覺感受。

陸地回收

“星際線”這次降落在白沙導(dǎo)彈靶場，是多年來美國第一次在陸地上降落和回收的載人飛船。

和海上濺落相比，在陸地上降落的優(yōu)點(diǎn)很明顯。主要是回收成本比較低，在GPS定位和移動通信技術(shù)非常成熟的今天，飛船可以一邊降落一邊報(bào)告自己的位置?；厥贞?duì)甚至不需要動用飛機(jī)，用幾輛汽車就能完成整個回收工作。航天員也不用擔(dān)心海上生存的問題?！鞍⒉_”計(jì)劃采用海上回收方式，主要是因?yàn)楫?dāng)時的落點(diǎn)控制精度不夠高，擔(dān)心掉進(jìn)有人居住地區(qū)造成傷亡。龍飛船和“載人龍”的海上回收同樣是這個理由。但是波音公司作為老牌軍火商和飛機(jī)制造商，不但和聯(lián)邦航空管理局（FAA）、北美防空司令部等單位關(guān)系熟絡(luò)，而且和陸軍關(guān)系也很好，可以協(xié)調(diào)到屬于陸軍的白沙導(dǎo)彈靶場。白沙靶場不但空域遼闊，而且是美國兩片不受FAA管理的天空之一（另一片是白宮上空）。而且經(jīng)過數(shù)十年航天技術(shù)發(fā)展后，飛船落點(diǎn)精度控制能力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了“阿波羅”時代。所以波音決定飛船立刻返回之后，著陸回收過程還是比較順利的。

▲ 回收隊(duì)用普通卡車就能執(zhí)行任務(wù)

▲ 星際線飛船模擬器內(nèi)部

▲ 訓(xùn)練用的星際線飛船，注意艙壁厚度

“星際線”還選擇了3個備用著陸場，分別在猶他州的杜格偉試驗(yàn)場、亞利桑那州的威爾考克斯-帕拉亞干湖和加利福尼亞州的愛德華茲空軍基地。

既然是在陸地上著陸，就要考慮最后的著陸緩沖問題。和“聯(lián)盟”“神舟”不同的是，“星際線”采用了氣囊著陸技術(shù)。這次飛行也使這種技術(shù)提前得到了驗(yàn)證?！奥?lián)盟”“神舟”都采用反推發(fā)動機(jī)進(jìn)行緩沖，這就要在防熱大底后面設(shè)置大推力的固體火箭發(fā)動機(jī)，不但技術(shù)要求較高，而且攜帶大量固體推進(jìn)劑完成整個天地往返飛行，風(fēng)險(xiǎn)也是比較大的。用氣囊著陸，雖然也要在氣囊里設(shè)置一些火藥來產(chǎn)生氣體、給氣囊充氣，但劑量畢竟要小得多。另外，無論采用哪種著陸緩沖方式，都要考慮在應(yīng)急情況下能降落在水里。這就意味著，即使采用緩沖發(fā)動機(jī)，也要在飛船上設(shè)置一套浮囊?！靶请H線”上的氣囊也可以作為浮囊，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上就更加簡單一些?！靶请H線”要求著陸海域的浪高不能超過4米，風(fēng)速不能超過每秒13.9米，還不能有雷暴和閃電。另外，載人火星計(jì)劃也打算靠氣囊來實(shí)現(xiàn)最后的落地，“星際線”也為波音未來再次參與火星探索計(jì)劃奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

總體評價(jià)

在飛船總裝的問題上，波音有一個巨大的優(yōu)勢，是馬斯克不能相比的?！靶请H線”的總裝工序在原先的航天飛機(jī)軌道器維修維護(hù)三號車間里進(jìn)行，這個車間就位于肯尼迪航天中心，距離發(fā)射塔架很近。飛船總裝完成后，只需要極短距離的轉(zhuǎn)運(yùn)就可以抵達(dá)發(fā)射工位。這對于降低發(fā)射準(zhǔn)備成本、減少運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)有巨大的好處。

“星際線”雖然進(jìn)度比“載人龍”慢一些，但總體設(shè)計(jì)一直沒有發(fā)生大的變化。直到這次發(fā)射，依然保留著7人座艙、降落傘回收、推動式逃逸救生系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)。“載人龍”卻先是放棄了火箭反推回收方案，改用降落傘；最近又放棄了7人座艙方案，減為4人?？梢钥闯?，波音作為一家老牌航空航天制造商，雖然航空部門面臨著諸多問題，但航天部門穩(wěn)扎穩(wěn)打的作風(fēng)還在，曾經(jīng)的北美飛機(jī)公司團(tuán)隊(duì)也沒有徹底自廢武功。如果能把質(zhì)量管理體系重新振作起來，“星際線”的未來還是值得期待的。

▲ 著陸試驗(yàn)用的模擬飛船，涂裝成藍(lán)白格子