美歐的其他早期太空拖船方案

美國和歐洲的其他一些機構(gòu)也設(shè)計過不同類型的太空拖船，雖然全都沒有投入使用，但是其中的理論設(shè)計已經(jīng)相當(dāng)完善。特別是對燃料、軌道、推力器類型的權(quán)衡設(shè)計，已經(jīng)到了非常詳細的程度。當(dāng)然，這些早期設(shè)計大多是有人駕駛的。這是因為當(dāng)年的人工智能和自動制導(dǎo)導(dǎo)航控制技術(shù)還不成熟。不過，未來航天活動中必然包括大量載人因素。特別是地月經(jīng)濟和月球開發(fā)，需要大量人員往返于地月之間。這些早期研究中蘊藏的智慧，遲早有發(fā)光的時刻。

格魯曼公司方案

諾·格公司的前身之一格魯曼航空航天公司曾經(jīng)設(shè)計過一種全功能拖船，號稱可以完成各種軌道、各種質(zhì)量的軌道轉(zhuǎn)移任務(wù)，包括地球靜止軌道、橢圓軌道，甚至72萬千米高的深空軌道。這種拖船也是有人駕駛的。

飛船采用液氫液氧推進系統(tǒng)，燃料攜帶量為17.5噸。發(fā)動機是兩臺比沖為458秒的RLIO cat IIB型，單臺推力67000牛頓的扭矩，擺動范圍達到±20°。如此之寬大的擺動范圍，是因為它攜帶了4個外置燃料箱。每個可以攜帶27270千克燃料。每用完一個，就要從芯級上分離，用自己的脫軌發(fā)動機返回大氣層。這么重的物體分離，必然會影響拖船的姿態(tài)控制。其實拖船上有四個姿控發(fā)動機模塊，每個模塊的推力為700牛。但這樣還是不足，要靠主發(fā)動機的擺動來補償。

▲ 諾·格拖船方案的基本版

這個拖船設(shè)計中最有意思的是乘員艙。拖船考慮2名或3名乘員操作。格魯曼公司顯然是參考了物流卡車的思路，提出了基本型和簡配型的乘員艙設(shè)計?；拘统藛T艙的每個航天員都有自己的隔間宿舍，個人空間達到4立方米。簡配型的休息區(qū)是敞開的，每個人只有3立方米，沒有任何隱私。簡配型的用意當(dāng)然是減輕重量，把工作區(qū)和睡眠區(qū)結(jié)合起來，消除隱私區(qū)，按3人艙就可以縮短1米，節(jié)省440千克干重。按兩人艙就可以縮短1.5米，節(jié)省805千克。減少量是根據(jù)3人艙的長度和重量計算得出的。按照當(dāng)時的設(shè)計，大多數(shù)任務(wù)可以由兩名航天員執(zhí)行。

約翰遜航天中心的太空電站拖船

美國宇航局約翰遜航天中心考慮過一個完整的空間太陽能概念體系，包括技術(shù)、環(huán)境和經(jīng)濟評估。在這個體系中，拖船將服務(wù)于太陽能電站（SPS）的施工。拖船分為人員軌道轉(zhuǎn)移飛行器（POTV）或貨物軌道轉(zhuǎn)移載體（COTV）兩種。其實區(qū)別僅僅在于運送的是人員艙還是貨物艙。其中的OTV就是“太空拖船”。

約翰遜中心OTV的基本任務(wù)，是把載荷從低軌道（200～500千米）運送到到地球同步軌道，然后返回低軌道，上行過程耗時8至9小時。

OTV設(shè)計有三類主要任務(wù)：4名機組人員執(zhí)行一周的地球同步設(shè)施維護任務(wù)，只需要運送一個乘員艙；考慮到人體的允許輻射劑量，太陽能電站的施工和操作人員將至少每6個月輪換一次，需要運送1個乘員艙和1個乘客艙；電站物資補給任務(wù)，運送180天所需要的消耗品、供應(yīng)品和設(shè)備。

因為要往返地球靜止軌道，所以O(shè)TV相當(dāng)龐大。它從低軌道上啟動時，推進劑裝載量為106噸。怎么為它補充燃料，是個很麻煩的問題。

▲ 多尼爾公司的拖船方案

波音核電拖船

波音公司并沒有在早期方案上止步。在1976年7月的美國宇航局/波音工作會議期間，波音還提出了核動力電推進推船方案。當(dāng)時，噴氣推進實驗室的斯蒂穆斯發(fā)明了一種反應(yīng)堆發(fā)電系統(tǒng)，采用了由熱管冷卻的高溫快速反應(yīng)堆技術(shù)，用熱離子或高溫布雷頓循環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)計算，這種反應(yīng)堆在滿功率運行的情況下，10千米外的無防護人員就是安全的。加上防護罩就可以在更近距離上操作。

▲ 諾·格拖船方案的簡化版

這種核熱推進系統(tǒng)采用載人操作的非屏蔽防區(qū)外距離約為10千米。

歐洲多尼爾的太空拖船方案

1970年，歐洲發(fā)射裝置發(fā)展組織（ELDO）也提出了太空拖船的概念。著名的多尼爾公司提出的方案，由核心艙（推進系統(tǒng)和基本推進劑負荷）和輔助艙（部署在核心艙周圍，攜帶額外的推進劑）構(gòu)成。輔助艙的數(shù)量可以根據(jù)任務(wù)的速度增量要求進行調(diào)整，最少2個、最多6個。如果6個輔助艙還不能滿足速度增量要求，那么就可以采用分級攜帶方式。核心艙可以攜帶14.7噸推進劑，每個輔助艙可以攜帶6.6噸推進劑。如果不攜帶輔助艙，拖船可以把2噸的有效載荷送入地球靜止軌道并返回，總速度增量8800米/秒。如果載荷增加到6100千克，那么核心艙只能做單程旅行。在兩次任務(wù)之間，核心艙在低地球軌道上等待。