載人航天將駛入“快車道”

張唯誠

自美國“阿波羅”登月任務結束后，人類的載人航天活動就沒有再一次突破低地球軌道了，但計劃于今年秋季首飛的“獵戶座”飛船將改變這一現狀。雖然這次飛行并不載人，但“獵戶座”飛船是一艘載人飛船，作為測試性的飛行，它的目的就是為真正意義上的載人飛行做準備。一旦時機成熟，“獵戶座”飛船就會把人類帶上月球、小行星和火星。當然，它還將頻繁地飛往國際空間站，承擔以前由航天飛機承擔的各項任務。

“獵戶座”飛船迎接首飛

這次首飛被科學家們命名為“探索飛行測試1計劃”，簡稱EFT-1。按照設計，“獵戶座”飛船的正式發射系統名為“太空發射系統”，簡稱SLS，但SLS正在研制中，所以EFT-1測試飛行靠德爾塔4重型運載火箭承擔發射任務。

EFT-1測試是一次持續4個小時的不載人飛行，飛行高度達5800千米，是國際空間站運行高度的15倍左右。測試還將檢驗飛船返回地面的性能，屆時它穿越大氣層的速度將超過每小時3.2萬千米，表面溫度可達到2200℃。“獵戶座”飛船在真實環境中獲得的各項測試數據將幫助科學家們改進設計，減少風險和降低成本。

“獵戶座”飛船由3個主要的模塊組成，即頂端的發射終止系統、中間的乘員艙和底部的服務艙。“獵戶座”飛船是繼航天飛機后的新一代載人航天器，它和航天飛機完全不同，沒有航天飛機擁有的機翼和尾翼，不能像航天飛機那樣通過滑翔返回地球，只能通過降落傘降落到地面，因此不需要復雜的氣動外形和防熱系統；它與火箭的聯接方式也與航天飛機不同，航天飛機是與火箭并聯，而“獵戶座”飛船則處在火箭的頂部，所以能遠離燃燒的發動機和墜落的碎片，避開泡沫材料脫落的威脅。“獵戶座”飛船還設置有“逃逸塔”系統，在發射時一旦出現故障，“逃逸塔”即可迅速飛離，然后通過降落傘安全降落，這一系統大大提高了宇航員的安全系數。按照計劃，“獵戶座”飛船還將于2017年進行繞月飛行測試，屆時，它將在不載人的情況下繞月球飛行大約3周。

從“阿波羅”到“獵戶座”

“獵戶座”飛船看上去與“阿波羅”飛船是一脈相承的，所以有人也把“獵戶座”稱為“阿波羅”2.0版。“阿波羅”飛船曾經使美國的載人航天達到了一個高峰，但此后航天飛機取代了“阿波羅”飛船，原因是用火箭發射的載人飛船難以重復使用，人們希望建造一種能重復使用的航天器從而大幅度降低成本，這就是航天飛機得以問世的重要原因。事實證明，航天飛機的確擁有很大的優勢，它容積大，輸送能力強，可重復利用，可滑翔返回，還可釋放和回收航天器，并對在軌航天器進行維修。

在航天飛機時代，美國共建造了6架航天飛機，分別為“企業”號、“哥倫比亞”號、“挑戰者”號、“發現”號、“亞特蘭蒂斯”號和“奮進”號，但應用結果卻表明，航天飛機的成本并不比飛船低。除發射費用高昂外，維護和檢修的成本更是令人咋舌。相比之下，飛船反而更加節省成本，并且還有技術成熟，安全系數高的優勢。在這樣的背景下，經過反復權衡，人們最后決定拋棄航天飛機，載人航天重又回到了宇宙飛船的軌道上來。

在繼承了“阿波羅”飛船和航天飛機的可靠技術后，科學家們希望“獵戶座”飛船能成為一種適合進行長期太空探索活動的新一代載人航天器。它除了充當國際空間站的緊急逃生設備，為國際空間站承擔輸送任務外，還將用于進入宇宙深空的載人飛行，如登月、登陸火星和小行星等。

載人航天的“多面手”

人們可以期待，“獵戶座”將成為未來載人航天探測活動的“多面手”。它們將于登陸火星前實施一項登陸小行星的計劃，這項計劃要求宇航員降落到一顆小行星上進行考察，然后帶上小行星的巖石樣品返回地球。根據計劃，這趟旅行應該在2020年以后成行。

為什么要登陸小行星呢？首先，小行星本身就是天文學的未解之謎，它由什么組成？是否為地球帶來了生命？如何防止它們撞擊地球？這些問題都還沒有明確的答案，而尋找答案的最可靠手段就是著陸到小行星上；其次，小行星的內部可能含有水和金屬，這是人們進行太空旅行的重要資源，且都可以通過萃取獲得，而要這樣做，了解小行星的結構和組成是必不可少的前期工作；第三，小行星可以作為登陸火星的中繼站。在未來，小行星還有可能成為人類進入深層空間的“跳板”。

前往小行星的路途非常遠，所以人們設計了一個為期一年的登陸小行星任務，起航時間初步定在2024年。當“獵戶座”飛船接近了小行星，一種更小的太空飛行器會與飛船配合工作，它將在最后階段把宇航員們送上小行星。接下來，宇航員們會在這顆小行星上進行一段時間的考察。這顆小行星應該是一顆C型含碳小行星，這是很多行星天文學家最感興趣的小行星類型，因為這種小行星可能是太陽系形成時的殘留物，或許還保留著形成地球生命物質的原始材料。

登陸火星則被計劃放到“2030年代”。除了正在建造“獵戶座”飛船和“太空發射系統”外，其他相關研究和宇航員培訓工作正在進行中。2015年，美國宇航局準備讓兩名宇航員在國際空間站上呆一年，目的就是搞清楚人的身體如何適應前往火星的漫長旅途。科學家們還把一個輻射探測器放在了2011年前往火星的“好奇”號火星車上，以測量在前往火星時人們有可能受到的累積輻射。這個測量可為宇航員前往火星提供防輻射的數據支持。

太空“聯合艦隊”

未來的載人航天絕非“獵戶座”飛船一枝獨秀，一些政府航天機構和私人航天公司也有自己的載人航天計劃，有些已經進入到實施階段，有些已開始運營，一個載人航天的“聯合艦隊”正在形成。

由于航天飛機的退役，“聯盟”號飛船承擔了運送宇航員和貨物前往空間站的任務。“聯盟”號是蘇聯研制的第三代載人飛船，1967年首飛，它是蘇聯開發出來的最成熟的載人航天器，在維持“和平”號空間站的正常運行中發揮過巨大作用，也是國際空間站天地往返的重要載具。

CST-100新型載人宇宙飛船由美國波音公司與美國宇航局聯合開發，可用于短途太空飛行，還將用于太空旅游。每次飛行可將4名宇航員和3名游客送至空間站。該飛船準備于2017年初進行首次無人試飛，如果成功，首次載人軌道測試將于2017年中期進行。

“龍”飛船是太空探索技術公司（SpaceX）牽頭研發的，計劃代替航天飛機為空間站運送給養。飛船整體外形呈子彈狀，已成功進入太空，成為國際空間站迎來的首個私營企業制造的航天器。

除了往返于空間站的短途載人和貨運飛船外，私人航天公司更有將人類送往火星的“大手筆”。2013年，荷蘭“火星一號”和美國“靈感火星”公司都宣布了其計劃，如果一切順利，這兩家私人機構將會搶在美國宇航局之前把人送往火星。

“靈感火星”已將其發射“窗口”確定在2017年12月25日至2018年1月5日之間，那時行星的位置非常有利于火星往返，如果錯過了這個“窗口”，下次機會就要等到2031年。“靈感火星”的整個行程只需要501天，而不是通常情況下的兩年或者更長時間。它需要兩次發射，第一次把4個有效載荷送達地球軌道，包括一枚上面級火箭、一個生活艙、一個供應艙和一個返回艙；第二次將兩名宇航員送到待命于地球軌道上的生活艙。然后，上面級火箭再把生活艙、供應艙和返回艙推向火星軌道。“靈感火星”的兩名宇航員并不登陸，他們將乘著飛船從距火星地表160千米的地方掠過火星。宇航員可以在這時飽覽火星風光，巨大的火山和險峻的溝壑將在他們的眼前展露無遺。然后，“靈感火星”將沿一條環繞火星后直返地球的路徑完成整個旅行。

后起直追的中國載人航天

中國的載人航天目標是建立自己的空間站。中國將于2015起陸續發射“天宮”二號和“天宮”三號。“天宮”二號將主要完成再生循環系統、有效載荷和應用系統的實驗。“天宮”三號將把重點放在航天員的在軌駐留和飛船的在軌實驗上，還將開展空間科學和航天醫學試驗。

“天宮”二號任務期間，中國將發射載人飛船和貨運飛船。載人飛船將把航天員送到“天宮”二號從事更長時間的生活和工作，這可以進一步驗證航天員的在軌駐留能力；貨運飛船將運送推進劑，通過一套自動系統對“天宮”二號進行推進劑補加。這些技術的驗證都將為空間站長期載人飛行提供技術準備。

經過了這些階段后，真正意義上的載人空間站就可以升空了，它大致包括一個核心艙、一艘貨運飛船、一艘載人飛船和兩個用于實驗的其他艙，總重量在100噸以下。其中的核心艙需長期有人駐守，能與各種實驗艙、載人飛船和貨運飛船對接。按照計劃，我國真正意義上的載人空間站將于2020年左右竣工。

接下來，中國的載人航天將走向更加遙遠的宇宙空間。我國將綜合分析國際載人航天的發展趨勢，綜合我國的實際國情實施下一步航天發展計劃，例如載人登月等等，我國的載人航天事業將進入到一個更加輝煌的歷史新時期。

【責任編輯】龐 云