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猎户座飞船

猎户座飞船是美国国家航空航天局的“星座计划”的一个关键组成部分。可同时向国际空间站输送6名宇航员,并能够同时向月球输送4名宇航员。

星座计划旨在重返月球并载人探索火星,该计划于2010年2月1日正式取消,不过猎户座飞船得以保留。

猎户座飞船于2014年12月5日成功进行第一次飞行测试。

名称猎户座飞船研制国家美国
状态研制中

飞船命名

“载人探索飞行器”(Crew Exploration Vehicle,CEV)原本是美国国家航空航天局所预定的名字,并打算在2006年8月31日公布。可惜在2006年8月22日之前,国际空间站上的美国宇航员杰夫·威廉斯对地球无线电通话时无意中说溜了嘴,提到了美国国家航空航天局刚刚选定的最后名称猎户座,消息很快传播开来。因此,美国国家航空航天局只得在2006年8月22日正式公布猎户座这个名字。

该名称来自于猎户座,而猎户座是天空中最明亮的星座之一,也是大家十分熟悉而且极易辨认的星座。而该代号也曾用在约翰·杨和查尔斯·杜克所乘坐过的阿波罗16号的登月舱,该登月舱在1972年4月的时候降落在月球的表面。

飞船概述

猎户座飞船的外貌与阿波罗飞船相似,但内部空间比阿波罗飞船大2.5倍,最多可容纳6名宇航员,融入了电脑、电子、维生系统、推进系统及热防护系统等领域的诸多最新技术。同航天飞机比,猎户座的使用成本更加低廉,安全系数也提高10倍,而且与航天飞机一样可以回收再用。

猎户座在月球轨道的设想图

图:猎户座在月球轨道的设想图

尽管它是美国新一代的载人飞船,但不少外界人士认为,它深受早期阿波罗飞船的设计思路影响,甚至有人说,它就是2.0版的阿波罗飞船。

猎户座飞船将替代航天飞机的计划,并要求现有航天飞机在2010年前退役。这是继航天飞机计划以后的另一个里程碑,太空探索方面的一大步。

 猎户座与国际空间站对接设想图

图:猎户座与国际空间站对接设想图

按照计划,猎户座飞船将会在肯尼迪太空中心的39号发射场进行发射。该发射场的39A发射台目前被用于发射航天飞机,而39B则正在进行适应发射战神火箭的改造。美国国家航空航天局将在2011年进行最后一次航天飞机发射之后,用该飞船来执行载人航天任务。其首次任务被定于在2015年执行,之后将用于访问国际太空站。如果商业轨道运输服务出现问题无法使用,则该飞船将会替代执行国际空间站的后勤运输任务。此后,猎户座飞船将会作为载人月球及火星计划中的一个关键装备。

与阿波罗飞船对比

猎户座飞船中与阿波罗飞船相比,既有相同点,也有不同之处:

1、空间更大,能携带4到6位宇航员,而阿波罗飞船最多只能承载3名宇航员。

2、装备有太阳能电池板,这将大大减少使用燃料电池和普通电池。

3、既能像阿波罗飞船一样降落于水中,也能依靠降落伞在干燥的沙漠地区着陆。

4、由高科技合成材料制成,重量显著降低,而具有强大处理能力的电脑令它的“大脑”更发达。

飞船设计

猎户座飞船“载人及服务模块”(CSM)的结构包括两个主要的部分:一个圆锥形的载人舱,以及一个圆柱形的服务舱。后者除了提供飞船的推进动力之外,还提供额外的供给。这两者都是在1967年至1975年执行任务的阿波罗号飞船命令及服务模块的基础上进行设计的,除此以外,还参考了航天飞机计划中所衍生出来的新型技术。探索系统任务部综合办主任尼尔·伍德沃德认为“使用现有技术和解决方案能降低风险”。

载人模块

猎户座飞船的载人模块计划由洛克希德·马丁公司建造,可以容纳四至五名机组人员。与之对比,阿波罗飞船的载人模块只能接载三名人员,但航天飞机则可载七名人员。虽然猎户座飞船采用了与六十年代开发的阿波罗飞船相近的设计理念,其载人模块将会使用数项较为完善的技术,包括:

1、“玻璃驾驶舱”数字化控制系统衍生于波音787飞机中的驾驶舱;

2、类似俄罗斯进步号飞船和欧洲自动运载飞船的自动对接系统,该系统允许在紧急情况下由宇航员全权控制。此前的其他美国飞船,如双子星座号飞船、阿波罗飞船,以及航天飞机等,在进行对接时都需要手动操作;

3、改进过的废弃物管理设备,包括一个微型野营式马桶,以及一个在航天飞机和国际空间站中已投入使用过的不分性别的“便溺管”。其中航天飞机的“便溺管”系统是基于天空实验室上的系统开发的,而国际空间站的系统则是基于联盟号、礼炮和和平号空间站的同类系统。因此,在该飞船中将彻底取消遭人恨的“阿波罗袋子”。之所以称为“阿波罗袋子”,是因为阿波罗飞船上的宇航员必须使用这种“设备”。该“设备”其实就是一个开口处有粘性的塑料袋,排便时需要将其粘贴在屁股上,然后再进行排便;

4、一个氮气/氧气混合空气环境,保持海平面的大气压(101.3kPa),或者稍低(55.2至70.3kPa);

5、一个比之前任何载人飞船更加先进的计算机系统。

猎户座返回舱设计

图:猎户座返回舱设计

该模块的另一个特性是可以部分重复使用。美国国家航空航天局计划让每一个该模块可以执行最多10次飞行任务,以便能形成包含载人及无人驾驶的猎户座飞船船队。无论是载人模块还是服务舱,都将会使用铝合金来建造。这种材料已被应用于航天飞机的外部燃料箱、德尔塔-4运载火箭以及宇宙神-5运载火箭的建造上。整个模块的隔热方式,和飞船中其它非关键部位如货舱门是一样的,都是用诺梅克斯材料制成的隔热毡进行包裹。可重复利用降落伞是基于阿波罗号及航天飞机固体助推器的降落伞进行设计的,并同样使用了诺梅克斯布料来制作。猎户座的载人模块只能够通过在水上降落来实现回收,这也是载人飞行任务时唯一可行的在地球上降落的方式。

为了使猎户座飞船能够与国际空间站或者其它星际飞船对接,对接系统采用了新的低冲击对接系统设计。该设计是航天飞机上所使用的通用对接环的简化版本,有趣的是航天飞机上的这一系统其实是源自于1975年俄罗斯为阿波罗-联盟测试计划而设计的对接系统。飞船及对接接合器均设置了水星号和阿波罗号上所使用的发射逃逸系统,以及源自阿波罗飞船上的玻璃纤维推进器保护罩。升空过程中的前2%时间内出现问题,这些装置将保证载人模块能安全逃逸。

猎户座载人模块的形状与阿波罗号指挥舱类似,是一个顶角为57.5°的圆台体。其投影直径为5.02米,长度为3.3米,重8.5吨。它的总体积将会阿波罗号的2.5倍,内部空间容积约为5.9立方米,可承载4至6名宇航员。经过长期的研究,美国国家航空航天局决定选用低密度碳化烧蚀材料(Avcoat)作为重返大气层时的热盾材料。低密度碳化烧蚀材料是由玻璃纤维及酚醛树脂构成的蜂窝结构,其中填充以石英纤维。该材料曾在阿波罗计划中使用,并在航天飞机早期飞行任务中用在了特定的部位。

服务模块

逃逸系统

发射终止试验

阿连特技术系统公司(ATK)在2008年11月20日成功的进行了第一次发射终止试验。该逃逸系统的引擎能提供2200千牛的推力,以便在发射场上,或者发射后高度在91公里之前发生紧急情况时进行逃逸动作。这个逃逸测试是该引擎在上述范围内出现的逆向气流范围之内进行的第一次测试。

这一次逃逸点火试验对引擎和其他组件进行了一系列的测试,该测试是为了在2009年春天进行下一个主要的、具有里程碑性质的试验做准备。后者是一次全尺寸的实物模型试验。

测试飞行

2014年12月5日7时05分(美国东部时间),猎户座飞船在卡纳维拉尔角空军基地成功发射,此次飞行是美国宇航局猎户座飞船的首次测试飞行,将持续约4.5小时,最高上升到3600英里高空,并将穿越范艾伦辐射带。

猎户座飞船成功发射

图:猎户座飞船成功发射

作为这一新型飞船的首次测试飞行,美国宇航局没有安排宇航员乘坐。在这次测试飞行中,飞船研制管理层希望对一些最可能存在风险的部分进行测试——隔热罩,降落伞,多个部位的分离装置等等,只有当这些关键设计得到验证无误之后才会考虑让宇航员去实际乘坐。

按照计划,美国宇航局此次测试中最高将让猎户座飞船上升到距离地面3600英里(约合5800公里)的高度上,这样的目的是让飞船在返回大气层时能够具备足够的高速,从而模拟未来从深空返回时的真实环境条件,以此来对飞船隔热,大气再入等一系列方面的设计性能进行检验。

猎户座飞船成功返回

图:猎户座飞船成功返回

飞船在飞行结束后在在墨西哥附近的太平洋海域成功着陆并回收。

猎户座飞船
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最新更新:2015-08-07 14:07
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