載人飛船迎來換代潮

文/ 杜駿豪

載人航天是人類走出地球搖籃的第一步。不同于發射一般的衛星，載人航天要求航天器有著完備的生命保障系統，確保航天員可以安全進入太空并返回地面。換句話說，其實就是發射時坐著可控的特大號“二踢腳”安全達到第一宇宙速度、再入大氣層時摩擦產生幾千攝氏度的等離子體，還能確保航天員沒事兒。

目前，僅中、美、俄三國擁有自主載人航天能力。能夠把人類送入太空的成熟航天器經歷了多次更新換代，包括美蘇爭霸誕生的第一代、第二代載人飛船，美蘇兩國極度“燒錢”的航天飛機，以及目前還在役的中俄第三代載人飛船。而當前，各大航天領軍國家都在著手研制新一代載人飛船。

第一代載人飛船

蘇聯東方號載人飛船、美國水星號載人飛船是世界上第一代載人飛船，目前均已退役。

第一代載人飛船解決了有無的問題。1961年4月12日，“東方1號”搭載航天員尤里·加加林進入太空，拉開了載人航天時代的大幕。僅不到一個月后的同年5月5日，在錯失“第一個具有載人航天能力國家”的稱號后，美國名為“自由7號”的水星號飛船將阿倫· 謝潑德送入亞軌道。雖然他在全程僅15分鐘的飛行過程中只有大約5分鐘是處在失重狀態，但依舊被認定為美國進入太空第一人。第一代載人飛船的特點是體積小、質量低、技術含量低、成本低，狹小的空間只可承載1人，且為一次性使用的。

第二代載人飛船

蘇聯上升號載人飛船和美國雙子星座號載人飛船屬于第二代載人飛船，目前也均已退役。

蘇聯上升號飛船是東方號飛船的改良衍生版本，而美國雙子星座號飛船是水星號飛船的放大衍生版本。二代飛船相較于一代飛船，本身的技術升級并不明顯。其衍生目的都是為了短時間內實現承載多人、飛行多天、太空行走等高階目標。

第二代載人飛船特點亦是體積小、質量低、技術含量低、成本低，也是一次性使用的，但是可載乘員為2～3人。其中雙子星座飛船去掉了逃逸塔，轉而使用彈射座椅確保航天員在發射前期的安全。采取這種設計也是迫不得已，因為受限于當時火箭的運輸能力，需要把逃逸塔所占的發射質量留給更多的航天員和科學儀器。

第一代和第二代載人飛船是美蘇爭霸最白熱化階段的產物。美蘇爭霸時期投入了巨量資金進行航天科技研究，其技術迭代速度之快令人咂舌。從1957年10月4日蘇聯第一顆人造地球衛星發射成功，到1969年7月20日美國阿姆斯特朗踏上月球，竟然只有不到13年的時間！同時，接近“資金無限”的競爭催生了一系列天馬行空的新技術與新思想。當然，隨著東歐劇變、蘇聯解體，蘇聯的部分極度夸張、運輸能力放在今天也極度驚人的“賽博朋克”設想并未實現，淹沒在時間之中。假如蘇聯還存在的話，人類可能已經登上火星了。

▲ 2016年10月30日，天宮二號釋放伴星，拍攝的神舟十一號和天宮二號組合體可見光圖像，下半部分是神舟飛船

▲ 1969年7月16日，父親帶著孩子在現場觀看阿波羅11號飛船發射，巨大的土星五號火箭噴出百余米長的火舌飛向月球

▲ 處在月球軌道上的“阿波羅15號”指令與服務艙段

▲ 挑戰者號航天飛機爆炸解體后可怕的場景

▲ 挑戰者號航天飛機爆炸后飛行主管Jay Greene驚愕的表情，照片中部的電視顯示了實時的恐怖爆炸畫面

▲ 2003年1月16日，“哥倫比亞號”最后一次發射的畫面

第三代載人飛船

第三代載人飛船包括蘇聯/俄羅斯的聯盟號載人飛船、中國的神舟載人飛船，以及美國為了載人登月研制的阿波羅飛船。目前中、俄第三代飛船在役，美國第三代飛船已經退役了。

聯盟號飛船是迄今為止發射次數最多的飛船。自1966年第一艘聯盟號飛船發射，到2020年4月9日“聯盟MS-16”載人飛船發射，這一艘“吃老本”飛船已經進行了170次發射，經歷了4次升級換代，衍生出39種不同構型，其中144次載人發射運送航天員達383人次。技術成熟、發射成功率高、成本低是俄羅斯始終沒有放棄聯盟號飛船的主要原因。聯盟號飛船老驥伏櫪，頗有“后世以計數，二世、三世至于萬世，傳之無窮”之勢。

細心的讀者可能發現，“聯盟”與“神舟”外觀十分相似。二者都是三艙段構型，即返回艙、軌道艙與推進艙。他們都可乘載3人、且均只能一次性使用。

▲ 2003年2月1日，“哥倫比亞號”再入大氣層時解體

中國的神舟飛船雖然在外觀設計上參照了蘇聯聯盟號飛船，但是其設計理念、設計標準、使用技術都要比聯盟號飛船先進。中國載人航天發展過程中，借鑒了美俄(蘇)的發展道路，但沒有從一、二代開始從頭研發，而是直接瞄準第三代飛船。中國航天工業起步晚，但在彎道拼盡全力的追趕非常成功。中國的神舟飛船發射產出投入比非常高，前期每艘神舟飛船都會攻克新的大型技術難題，諸如“神五”初探太空、“神六”多人多天航行、“神七”太空行走、“神八”無人自動對接、“神九”載人手動對接。“神箭”送“神舟”，中國的“神舟”飛船是中國人遨游天際夢想的開始。神舟飛船在中國空間站建立后還將執行多次任務，讓我們拭目以待。

美國的阿波羅飛船與中、俄的第三代飛船差異較大，因為該飛船不僅是為了將人類送入低地球軌道，還要配合登月艙將人類送入地月轉移軌道。阿波羅飛船指令與服務艙段是兩艙式構型飛船。從1969年到1972年，共計有21名航天員乘坐阿波羅飛船踏上登月之旅，12人成功登上月面，成為那個時代的傳奇。

▲ 1988年11月15日，性能強大的“能源號”運載火箭發射“暴風雪號”航天飛機史詩般的場景。這是這只鋼鐵巨獸的第一次航行，也是遺憾的最后一次。

▲ 使用Google Earth軟件時，偶然在俄羅斯茹科夫斯基機場一眾退役飛機殘骸內，發現落魄的暴風雪號航天飛機，其編號為3K

航天飛機

美國載人飛船之所以退役，是因為啟動了太空運輸系統（STS）也就是公眾所熟知的航天飛機計劃。

航天飛機與之前的幾代載人飛船有很大不同，它擁有飛機的外形，體積及質量大、技術含量高，最多可載7人且可重復使用。

航天飛機也是美蘇太空爭霸的結果。設計航天飛機的初衷是為了重復使用載人航天器，降低以往高昂的一次性載人發射成本。然而，事與愿違。

單架航天飛機造價約30億美元（以“奮進號”為標準），最初美國宇航局認為每架航天飛機都可以重復使用100次以上，每次任務平攤下來的成本低于3000萬美元。事實上，5架航天飛機共計僅進行了135次飛行，以每架飛機平均飛行27次計算，每次飛行的成本超過1億美元。當然這還沒有算上維護和檢修的成本。

即便不提成本，航天飛機也令美國的航天探索之路充滿了挫折坎坷，5架正樣航天飛機僅3架全身而退。1986年1月28日，挑戰者號航天飛機發射升空73秒后爆炸解體。2003年2月1日，哥倫比亞號航天飛機返回著陸時在得克薩斯州北部上空解體墜毀。兩次任務共造成14位航天員遇難。

▲ 世界第一次載人飛行任務，尤里·加加林在“東方1號”艙內的照片。其頭盔上醒目的蘇聯“CCCP”是發射前緊急噴涂上的，以防止他在蘇聯偏遠地區著陸后被當成國外的空降間諜

▲ 用于進行DEMO-2試驗飛行的載人龍飛船

看到美國搞出了航天飛機，蘇聯也不甘人后，開展了雄心勃勃的暴風雪號航天飛機計劃。為了顯得比美國厲害，蘇聯航天飛機設計指標比美國的要高，這也造成了該項目燒錢不斷。該項目是蘇聯太空探索歷史上耗資最大的項目，在一定程度上加速了蘇聯解體的進程。

暴風雪號航天飛機共制造了5架正樣，僅有1架完工，在其生命周期中僅進行了一次軌道飛行任務。1988年11月15日，在由強大的能源號運載火箭發射3小時25分鐘后，暴風雪號航天飛機順利自動著陸在拜科努爾航天發射場。在這次堪稱完美的首飛后，由于缺乏資金，且蘇聯局勢江河日下，該項目最終被取消。

2002年5月12日，連日大雨造成廠房倒塌，摧毀了這唯一的一艘遨游過宇宙的航天飛機，令人無比唏噓。

2020年5月31日，載人龍飛船完成了DEMO-2首次載人試飛任務，以上就是所有人類載人航天史上有服役經歷的載人航天器。我們可以看到明顯的遞變規律：發射質量越來越大、功能越來越完善、航天員舒適度越來越高，并且在尋求重復使用、降低成本的新途徑。這就是各國積極發展新一代載人飛船的主要原因。

▲ 現場星艦MK1實物

新一代載人飛船

新一代載人飛船如萬花筒般井噴，在研飛船總計達6款，人類航天史上首次出現如此盛況。各航天大國以及私人航天公司都參與到了這一場必然的改革潮流中。

其中，有中國的新一代載人飛船、俄羅斯的鷹號載人飛船、美國的獵戶座載人飛船、美國波音公司的星際線飛船和美國太空探索技術公司的載人龍飛船，以及極具科幻色彩的太空探索技術公司正在研制的“星船”。“星船”作為一款載人-貨運兩用火箭，能否實現馬斯克的殖民火星夢想，讓航天愛好者充滿了無限遐想和期待。

5 月8 日，中國新一代載人飛船試驗船完成首飛并成功著陸。5月31日，美國太空探索技術公司的新一代載人飛船也進行了第一次載人飛行。

目前，各國新一代載人飛船研制都在按計劃有條不紊地推進。除俄羅斯的鷹號載人飛船研制進度不容樂觀外，其他幾款載人飛船都在緊鑼密鼓進行。在可預見的未來，世界載人航天將迎來新一輪高潮。