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载人飞船:后浪推前浪 迭代更新忙
来源:中国航天报·飞天科普周刊     日期:2016年03月22日    字体:【】【】【

家家有本难念的经

“走出家园是每个文明的宿命。流浪啊,流浪……”在诗意的文字背后是一个个登峰造极的技术难题。无疑,人类要走出地球这个“最初的家园”,载人飞船责任重大。

作为最早实现载人航天的国家,俄罗斯早在上世纪90年代就感到了扑面而来的危机。设计于上世纪60年代的联盟号飞船已然到了垂暮之年,虽然直到目前,美国还会请这位“军中老将”出马,但它毕竟是50多年前的设计,期间虽屡经改造,却已回春无力。因此,俄罗斯提出了研制新一代载人飞船的计划。

作为俄罗斯的“老对手”,美国在2003年的哥伦比亚号航天飞机失事之后,航天飞机的安全性与运营成本问题开始被质疑。“虽然美国宇航局曾兴师动众地对它动过几次‘大手术’,但‘胎里’带来的毛病决定了航天飞机仍然是不安全的。”航天科普作家张雪松解释美国内部缘何要求航天飞机退役的声音日益高涨。

在此后的一段时间里,美国陷入了一个尴尬的局面:他们不得不依靠俄罗斯老旧的“联盟号”进行天地往返。不过这并不意味着天地间的载人往返运输领域,俄罗斯就从此独挑大梁了。

“无论多么欣赏我们的理想主义价值,其他国家都会倾向于和世界领先的国家结盟。如果我们不努力,他们就会完全偏向苏联。”早在1961年,美国副总统约翰逊就有这样的紧迫感,更况乎今朝?

2004年,时任美国总统的小布什提出了“新太空探索计划”。2006年,美国宇航局根据该计划制订了“重返月球计划”,后来更名为“星座计划”。作为这一计划重要的一环,新一代载人飞船“猎户座”的研发被提上了日程。

“其他西方国家在这方面的发展也表现平平:欧空局已经表示不会独立发展载人飞船,日本还在举棋不定。”张雪松说。

接手“大旗”何其难

能接过联盟号飞船这面“大旗”的新一代飞船注定要屡经磨砺。

2000年,俄罗斯能源公司接手了这笔“大单”。“新一代飞船的设计要求是能够替换‘联盟号’,作为国际空间站的天地往返运输工具以及紧急救生飞船,因此新飞船的载员人数要提升到6人。为了降低成本,还要求飞船的返回舱段具有可重复使用的能力。”张雪松告诉记者,这笔“大单”干得并不漂亮。

该公司根据这些要求设计了快帆号飞船。然而由于项目的技术复杂,研制难度大导致资金很快就捉襟见肘,最终项目在2006年无疾而终。

2006年,俄罗斯和欧洲联合进行了先进载人运输系统(ACTS)的研究,试图让新一代载人飞船的研制步入正轨。

当时,ACTS飞船的大锥形返回舱加服务舱的设计曾一度被吐槽,“简直是活脱脱的山寨版猎户座载人飞船。”张雪松认为,这个说法有点冤枉俄罗斯了。因为早在苏联时期的载人飞船就有锥形返回舱的设计,如今俄罗斯载人飞船的研制,不可避免带有历史的传承。

不论谁对谁错,这次合作终究还是落入俗套地以“曲未终,人已散”告终。2009年,俄罗斯和欧洲载人飞船的合作分道扬镳,ACTS也不得不取消。不过,这次合作为俄罗斯新一代载人飞船PTK-NP的研制奠定了基础。

美国的新一代载人飞船的研发也可以说是磕磕绊绊。美国有将近40年时间没有研发过载人飞船,因此猎户座飞船的研制过程也非一帆风顺。

美国国会很多议员对于上述提到的星座计划不满,加上当时的全球金融危机,使得美国国会批准给美国宇航局的预算日趋减少。

但“星座计划”却是一个实打实的烧钱大户,随着计划的推进,资金需求越来越大。终于在2010年,奥巴马政府决定终止“星座计划”,取而代之的是一个更加经济的“新太空计划”。

在这个新计划中,猎户座载人飞船虽然得到了保留,但是不再负责近地轨道天地往返运输任务,而是专注于针对火星、小行星的深空载人任务。而近地轨道的任务则通过商业乘员运输能力计划承包给近几年兴起的商业航天公司。

一场温和的友谊赛

“部分可重复使用且能力更强是新一代载人飞船的最大亮点。”全国人大代表、中国航天科技集团公司五院载人飞船系统总设计师张柏楠一语中的。美俄这几型新一代载人飞船虽然存在各种差异,却有很多共同特点。

“从总体布局看,它们均选择了大舱体直径两舱布局,简化了总体架构,提升了内部容积。从载重量上看,各型飞船最大载员人数较上一代载人飞船扩展了1倍,均达到了6~7人,可支持2~3年的停靠飞行,还具备了较强的下行货物运输能力。”张柏楠告诉记者,各国新一代载人飞船还开始朝着“多面手”的方向发展,“它们将能适应多任务的需要,既可执行载人登月、载人登小行星等深空探索任务,又能兼顾近地轨道空间站运输任务。”

“部分可重复使用是降低成本的有效途径之一,比如电子设备、机电系统、结构以及推进系统等的重复使用。”张柏楠笑着说,载人航天最重要的还是航天员的生命安全。国外在飞船上采用了自备动力逃逸技术,提高了乘员安全,这些经验都值得借鉴。

另外,一种新颖的合作模式也是诸多航天专家比较认同的。美国在快马加鞭研制猎户座载人飞船的同时,其商业载人航天也在蓬勃发展。2014年,美国宇航局与SpaceX公司和波音公司签订了商业载人飞船的研制合同,用于研制龙2载人飞船和CST-100载人飞船。总的说来,龙2载人飞船体现了SpaceX公司积极进取的风格,CST-100载人飞船则显示了波音公司老成稳重的秉性,两者正好实现了完美互补。

各国载人飞船领域的竞赛更像是一场温和的友谊赛。正如美国航空航天专家Ernst Stuhlinger博士所言,“聪慧的胜利者将满怀希望,失败者也不用饱尝痛苦。”(杨蕾)

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