CST-100：更舒適的太空旅行體驗(yàn)

▲ 著陸測試

基本設(shè)計(jì)

CST-100飛船采用和阿波羅飛船類似的兩艙型設(shè)計(jì)，底部為提供推進(jìn)和能源的服務(wù)艙，頂部為搭載航天員的乘員艙。基本結(jié)構(gòu)與不連接登月艙的阿波羅飛船相比，CST-100飛船看起來外形要更短一些，服務(wù)艙和乘員艙的總長度僅為5.03米，大大小于阿波羅飛船11米的總長。但是CST-100所提供給航天員使用的座艙體積還要略大于阿波羅飛船，縮短的長度主要來自于服務(wù)艙長度的減小。CST-100一次飛行最多可搭載7名航天員，比阿波羅飛船的3名多了一倍多。CST-100飛船頂部裝配了NASA（美國宇航局）對接系統(tǒng)，能夠與國際空間站目前安裝的設(shè)備匹配，完成對接。CST-100飛船的全重為13噸，飛船自身獨(dú)立飛行的最長時(shí)間為60小時(shí)；而與國際空間站完成對接后，在空間站上的最長駐留時(shí)間則為210天。

在人們的印象中，宇宙飛船座艙內(nèi)充滿了各類復(fù)雜的儀表和按鍵，航天員們在進(jìn)入飛船后需要處于全神貫注的工作狀態(tài)，掌握飛船的飛行狀態(tài)，對飛船進(jìn)行操控。而波音公司在新一代飛船的設(shè)計(jì)中，則更希望能給航天員們提供更好的飛行體驗(yàn)，將他們從緊張的工作中解脫，使他們能夠更充分地享受太空飛行。在CST-100座艙內(nèi)部的設(shè)計(jì)中，波音公司引入了在波音787和波音737-Max民航客機(jī)上成功采用的“波音LED天空燈光”系統(tǒng)，能夠通過內(nèi)部光照的變化使航天員產(chǎn)生身處太空之中的感覺。通過這樣的燈光系統(tǒng)和LED顯示屏相互配合，“波音”可以讓未來的太空乘客以虛擬方式感受外部的太空世界，盡量減少在飛船上設(shè)置的舷窗數(shù)量。除為了進(jìn)行對接操作而必須設(shè)置的舷窗外，其他舷窗都可以取消，從而減少了飛船的重量和成本。

按照NASA的商業(yè)航天項(xiàng)目運(yùn)作原則，CST-100飛船的產(chǎn)權(quán)屬于波音公司，在滿足相關(guān)資助合同上的NASA需求后，波音公司可以按照自身的意愿將飛船用于其他業(yè)務(wù)。目前，波音公司已經(jīng)透露了和其他公司合作開展太空旅游業(yè)務(wù)的意向。在執(zhí)行太空旅游任務(wù)時(shí)，飛船也會進(jìn)行相應(yīng)的改裝，去除不必要的部件。

在目前的民航飛行中，飛行員在大部分時(shí)間里只需監(jiān)控自動駕駛儀工作，輸入一些必要的控制信息，無需像以前的飛行員一樣在整個飛行過程中始終使用操作桿和腳舵操控飛機(jī)。CST-100的飛行控制系統(tǒng)采用了高度自動化的設(shè)計(jì)，在從地面發(fā)射到對接國際空間站的全過程中，航天員無需對飛船施加任何控制操作。飛船既可以完全依靠自身的自動化系統(tǒng)完成飛行，又能在地面的指令下完成飛行。不過，為了安全起見，飛船仍然保留了手控操縱的功能。目前，航天員們已經(jīng)在模擬器中開始了CST-100的駕駛訓(xùn)練。從外觀上看，CST-100的駕駛臺由幾塊面積較大的觸摸屏構(gòu)成，觸摸屏上交互式的顯示控制方式代替了以往的飛船座艙中的大量按鍵。

▲ 宇宙神5火箭送CST-100飛船升空

回收方式

目前，無論是火箭還是飛船，可回收再用技術(shù)都已經(jīng)成為了新一代宇航系統(tǒng)的“標(biāo)配”。CST-100飛船的乘員艙具有10次左右的回收再用能力。

在航天飛機(jī)出現(xiàn)前，美國的水星、雙子座、阿波羅等飛船都采用乘員艙在海上著陸的方式。由于海水能夠提供一定的緩沖，因此乘員艙在使用降落傘減速后，無需再裝配制動火箭發(fā)動機(jī)來進(jìn)行著陸前的減速。然而，這種方式也有著不小的弊端。著陸過程一旦出現(xiàn)偏差，灌入的海水可能使航天員溺水。如果著陸位置偏離預(yù)定區(qū)域，對航天員的海上搜救也可能無法及時(shí)到位。

▲ CST-100飛船

CST-100飛船將不再使用海上回收的方式，而改在陸地上進(jìn)行回收。在著陸過程中，飛船乘員艙底部的防熱罩將在約1500米高度時(shí)拋棄，露出布置在防熱罩內(nèi)的緩沖氣囊。在落地前，緩沖氣囊將充氣展開，為落地提供緩沖。與汽車上常見的以爆炸方式展開的安全氣囊不同的是，飛船的氣囊是通過充入氮?dú)馀c氧氣的混合氣體展開的。

2012年，波音公司在美國內(nèi)華達(dá)州的沙漠上開展了乘員艙著陸的模擬實(shí)驗(yàn)。直升機(jī)將一個乘員艙模型吊運(yùn)到3000多米的高度后釋放，乘員艙展開三個主降落傘，來降低著陸速度。在著陸前，六個緩沖氣囊成功展開，驗(yàn)證了著陸回收技術(shù)。 未來，這種飛船可能會在美國的新墨西哥州地區(qū)、白沙地區(qū)的著陸場著陸。

除了可回收功能外，CST-100飛船還具備自主逃逸功能。萬一發(fā)射過程中火箭出現(xiàn)險(xiǎn)情，位于服務(wù)艙底部的四個RS-88型發(fā)動機(jī)將點(diǎn)火工作，將飛船帶離火箭，保證航天員的安全。RS-88是一種以乙醇和液氧為燃料的的發(fā)動機(jī)，單臺推力可達(dá)220千牛。比起逃逸塔等其他逃逸方案，用于逃逸的發(fā)動機(jī)還可以用于飛船的變軌等操作，實(shí)現(xiàn)了“一機(jī)多用”，從而在一定程度上減小了飛船系統(tǒng)的重量。除了發(fā)動機(jī)外，服務(wù)艙上還布置了太陽能電池陣列，為飛船提供約2.9千瓦的電能供應(yīng)。由于電池陣就布置在飛船服務(wù)艙外部、微流星防護(hù)罩之后，因此飛船沒有裝備太陽能電池帆板，不像其他航天器一樣在飛行時(shí)要展開一對“翅膀”。

▲ 航天員在模擬機(jī)內(nèi)工作

▲ 航天員在“家徒四壁”的摸擬機(jī)上體驗(yàn)

▲ RS-88發(fā)動機(jī)試車

發(fā)射載具

按照波音公司的設(shè)想，CST-100飛船可以和現(xiàn)役的德爾塔 IV型、獵鷹9型、宇宙神5型火箭和尚在研發(fā)之中的火神火箭發(fā)射，但目前已經(jīng)進(jìn)入日程的前幾次發(fā)射都會由宇宙神5型火箭來執(zhí)行。宇宙神5型火箭是一種于2002年首飛的運(yùn)載火箭，目前已成功執(zhí)行過77次航天發(fā)射。“宇宙神5”可以根據(jù)發(fā)射載荷的具體情況，使用不同的構(gòu)型。發(fā)射CST-100飛船的是宇宙神5型火箭的N22構(gòu)型。在這種構(gòu)型中，火箭將使用兩個AJ-60A固體助推器，與裝備了俄羅斯制造的RD-180液氧煤油發(fā)動機(jī)的芯一級共同提供起飛時(shí)的推力。火箭的第二級為“半人馬座”型上面級，具備在軌道上多次開關(guān)機(jī)和自主飛行的能力。由于飛船本身就采用了鈍頭體的外形設(shè)計(jì)，因此這種飛船可以直接安裝到火箭頂部，不會像我國的神舟飛船和俄羅斯的聯(lián)盟號飛船一樣，在飛船外附加整流罩。

CST-100飛船計(jì)劃使用卡納維拉爾角空軍基地的41號綜合發(fā)射設(shè)施進(jìn)行發(fā)射。這個設(shè)施在歷史上曾經(jīng)發(fā)射過“大力神”“宇宙神”等多種火箭，宇宙神5火箭的第一次飛行就是在這個發(fā)射臺上完成的。火箭與飛船的組裝將在發(fā)射試射所屬的垂直總裝廠房中完成。之后，兩臺履帶車將把組裝好的火箭轉(zhuǎn)移到發(fā)射臺上。為了進(jìn)行載人航天飛行，整套發(fā)射裝置都要進(jìn)行必要的改裝，增加緊急情況的探測系統(tǒng)和供航天員緊急撤離的裝置。和飛船一樣，整套發(fā)射裝置也必須通過NASA有關(guān)安全性的評審，才能投入使用。