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太空出租车开启载人航天新时代

时间:2015年07月31日 信息来源:太空出租车,载人航天 点击: 字体:


图为美国内华达山脉公司研制的追梦飞船模拟图

核心提示:

2014年9月16日,美国宇航局分别与波音公司和spacex公司签署了总计高达68亿美元的商业乘组运输阶段合同,其中波音公司分得42亿美元,太空探索技术公司分得26亿美元。

按照合同规定,两家公司要在2017年实现首次载人飞行任务,并于合同期限内完成至少2次、至多6次的载人飞行任务。由于这两家公司对飞船拥有经营权,在未来不但可以运送美国宇航局的航天员上天,也可以出售座位给民间乘客。因此,他们的飞船被民众亲切地称为“太空出租车”。

摆脱对俄罗斯的依赖

2011年7月,美国宇航局正式宣布航天飞机退役。此后的日子里,美国不得不付出每人每次6000万美元的高昂“票价”,来购买联盟号飞船的座位,以维持国际空间站的航天员轮换。为改变这一局面,美国大力推进私营企业进入商业发射领域。

就在不被看好的“星座计划”下马后,美国宇航局又启动商业乘组开发项目,意在通过市场化竞争和运作研发一种“低成本、高可靠性、高安全系数”的低轨道载人飞船。

该项目面向所有航天企业,不论是波音公司、洛克希德·马丁公司这样的老牌巨头,还是spacex公司、内华达山脉公司这样的新兴力量,都可以参与项目竞争。

美国宇航局对这种低轨道载人飞船提出了几项硬性要求:能运送4名航天员和相应物资往来空间站,与空间站持续对接时间不少于210天,空间站发生故障时最多可送回7名航天员,如遇对接失败等紧急情况可在轨独立飞行不少于24小时。

这个项目不差钱

不难发现,与以往美国宇航局的抠门相比,此次商业乘组开发项目似乎不差钱。除了近期一掷千金的大手笔签约外,该项目前期“海选”时也毫不吝啬。难怪有网友发出感慨:美国宇航局也是够拼的!

商业乘组开发项目的第一、第二阶段已分别于2010年底和2012年中完成。参与竞争的每家公司在第一阶段需要拿出一个载人航天分系统的设计方案,第二阶段则需要提供完整的飞船设计,在每个阶段都需要在限定时间内完成一定数量的“ 里程碑”目标(类似于国内的研发节点,用于控制研发进度)。

美国宇航局则在前两个阶段提供的合同总额分别为5000 万美元和2.7亿美元。2012年8月3日,美国宇航局宣布商业乘组开发项目进入第三阶段,即商业乘组能力整合。

进入该阶段的除了波音和spacex外,还有内华达山脉公司。该公司的升力体构型飞船虽然具有更低的再入过载,但容积比等数据依然难敌传统构型飞船。美国宇航局分别与前两家公司签订了4.6亿美元的全额合同,与内华达山脉公司签订了2.12亿美元的非全额合同。

那么,花了这么多钱,这个项目进展究竟怎么样呢?

cst-100载人飞船

波音公司的cst-100载人飞船采用了经过阿波罗飞船验证的截锥体构型,高5.03米,直径4.56米,可以搭载7名航天员。出于降低成本的考虑,该飞船省去了太阳能电池板,仅靠化学电池能够在轨道上独立飞行48小时。

cst-100的服务舱姿控系统也是飞船的逃逸系统和轨控系统,共用推进剂和发动机。舱内照明也由传统的电灯变为led,不但降低能耗,也更便于调节光线强度和光照范围。值得一提的是,该飞船的加工工艺引入无焊接设计,不但提高了加工效率,也降低了结构质量。

此外,cst-100还采用重复使用设计,每次返回地球后,经过更换防热结构并进行检修,可再次投入使用,最多可使用10次。

这种有限次数的可重复使用设计平衡了降低成本和规避风险的关系,既降低了完全可重复使用带来的高技术风险,又提高了飞船利用率,减低了建造成本。

龙飞船的载人版

在用于货运的龙飞船取得成功后,spacex研发队伍向载人飞船领域发起进攻并拿出了载人版龙飞船的方案。

2014年5月30日,spacex举行发布会首次展示了载人版的龙飞船。该飞船采用球头圆锥体构型,可以搭载7人往返空间站。根据该公司的估算,飞船一次任务成本为2000万美元左右,远低于目前购买联盟飞船一个座位的价格。

加之该飞船是由spacex研发的可重复使用的猎鹰9运载火箭发射,因而任务总成本将更有优势。

载人版龙飞船的另一大特色是新颖的着陆方式。较之于“阿波罗”、“ 猎户座”及cst-100这种伞降减速+反推发动机/气囊缓冲的着陆方式,载人版龙飞船虽然也有减速伞,但仅作为备份。

根据设计,该飞船再入大气层后就开启减速发动机,在接近地面时飞船底部会伸出4条液压支腿使飞船平稳着陆。这种全程动力返回方式的既可及时规避障碍,选择适宜的着陆点,又能够保持飞船姿态。

充气式空间站

就在各个航天企业积极研发低轨道载人飞船时,美国毕格罗航天公司研发了ba330充气式空间站。

这种空间站的舱段用柔性材料代替金属外壳,不但降低了制造成本,还减轻了结构质量,缩小了发射体积。该公司的目标就是通过一系列这样的改进,降低空间站发射和运行成本。

不久的将来,当国际空间站退役后,人类将以cst-100为代表的新一代低轨道载人/货运飞船和mpcv这样的深空载人飞船作为天地往返工具,以充气式低成本空间站为基地,构建新一代载人空间应用体系,人类必将迎来更加辉煌的载人航天时代。(姚强)

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