美研制“太空出租車” 擺脫對俄羅斯飛船依賴
- 發(fā)布時間:2014-10-11 15:38:00 來源:中國經(jīng)濟網(wǎng) 責任編輯:孫業(yè)文
2014年9月16日,美國宇航局分別與波音公司和SpaceX公司簽署了總計高達68億美元的商業(yè)乘組運輸階段合同,其中波音公司分得42億美元,太空探索技術公司分得26億美元。
按照合同規(guī)定,兩家公司要在2017年實現(xiàn)首次載人飛行任務,并于合同期限內(nèi)完成至少2次、至多6次的載人飛行任務。由于這兩家公司對飛船擁有經(jīng)營權,在未來不但可以運送美國宇航局的航天員上天,也可以出售座位給民間乘客。因此,他們的飛船被民眾親切地稱為“太空出租車”。
擺脫對俄羅斯的依賴
2011年7月,美國宇航局正式宣布航天飛機退役。此后的日子里,美國不得不付出每人每次6000萬美元的高昂“票價”,來購買聯(lián)盟號飛船的座位,以維持國際空間站的航天員輪換。為改變這一局面,美國大力推進私營企業(yè)進入商業(yè)發(fā)射領域。
就在不被看好的“星座計劃”下馬后,美國宇航局又啟動商業(yè)乘組開發(fā)項目,意在通過市場化競爭和運作研發(fā)一種“低成本、高可靠性、高安全系數(shù)”的低軌道載人飛船。
該項目面向所有航天企業(yè),不論是波音公司、洛克希德·馬丁公司這樣的老牌巨頭,還是SpaceX公司、內(nèi)華達山脈公司這樣的新興力量,都可以參與項目競爭。
美國宇航局對這種低軌道載人飛船提出了幾項硬性要求:能運送4名航天員和相應物資往來空間站,與空間站持續(xù)對接時間不少于210天,空間站發(fā)生故障時最多可送回7名航天員,如遇對接失敗等緊急情況可在軌獨立飛行不少于24小時。
這個項目不差錢
不難發(fā)現(xiàn),與以往美國宇航局的摳門相比,此次商業(yè)乘組開發(fā)項目似乎不差錢。除了近期一擲千金的大手筆簽約外,該項目前期“海選”時也毫不吝嗇。難怪有網(wǎng)友發(fā)出感慨:美國宇航局也是夠拼的!
商業(yè)乘組開發(fā)項目的第一、第二階段已分別于2010年底和2012年中完成。參與競爭的每家公司在第一階段需要拿出一個載人航天分系統(tǒng)的設計方案,第二階段則需要提供完整的飛船設計,在每個階段都需要在限定時間內(nèi)完成一定數(shù)量的“里程碑”目標(類似于國內(nèi)的研發(fā)節(jié)點,用于控制研發(fā)進度)。
美國宇航局則在前兩個階段提供的合同總額分別為5000萬美元和2.7億美元。2012年8月3日,美國宇航局宣布商業(yè)乘組開發(fā)項目進入第三階段,即商業(yè)乘組能力整合。
進入該階段的除了波音和SpaceX外,還有內(nèi)華達山脈公司。該公司的升力體構型飛船雖然具有更低的再入過載,但容積比等數(shù)據(jù)依然難敵傳統(tǒng)構型飛船。美國宇航局分別與前兩家公司簽訂了4.6億美元的全額合同,與內(nèi)華達山脈公司簽訂了2.12億美元的非全額合同。
那么,花了這么多錢,這個項目進展究竟怎么樣呢?
CST-100載人飛船
波音公司的CST-100載人飛船采用了經(jīng)過阿波羅飛船驗證的截錐體構型,高5.03米,直徑4.56米,可以搭載7名航天員。出于降低成本的考慮,該飛船省去了太陽能電池板,僅靠化學電池能夠在軌道上獨立飛行48小時。
CST-100的服務艙姿控系統(tǒng)也是飛船的逃逸系統(tǒng)和軌控系統(tǒng),共用推進劑和發(fā)動機。艙內(nèi)照明也由傳統(tǒng)的電燈變?yōu)長ED,不但降低能耗,也更便于調(diào)節(jié)光線強度和光照范圍。值得一提的是,該飛船的加工工藝引入無焊接設計,不但提高了加工效率,也降低了結構質(zhì)量。
此外,CST-100還采用重復使用設計,每次返回地球后,經(jīng)過更換防熱結構并進行檢修,可再次投入使用,最多可使用10次。
這種有限次數(shù)的可重復使用設計平衡了降低成本和規(guī)避風險的關系,既降低了完全可重復使用帶來的高技術風險,又提高了飛船利用率,減低了建造成本。
龍飛船的載人版
在用于貨運的龍飛船取得成功后,SpaceX研發(fā)隊伍向載人飛船領域發(fā)起進攻并拿出了載人版龍飛船的方案。
2014年5月30日,SpaceX舉行發(fā)布會首次展示了載人版的龍飛船。該飛船采用球頭圓錐體構型,可以搭載7人往返空間站。根據(jù)該公司的估算,飛船一次任務成本為2000萬美元左右,遠低于目前購買聯(lián)盟飛船一個座位的價格。
加之該飛船是由SpaceX研發(fā)的可重復使用的獵鷹9運載火箭發(fā)射,因而任務總成本將更有優(yōu)勢。
載人版龍飛船的另一大特色是新穎的著陸方式。較之于“阿波羅”、“獵戶座”及CST-100這種傘降減速+反推發(fā)動機/氣囊緩沖的著陸方式,載人版龍飛船雖然也有減速傘,但僅作為備份。
根據(jù)設計,該飛船再入大氣層后就開啟減速發(fā)動機,在接近地面時飛船底部會伸出4條液壓支腿使飛船平穩(wěn)著陸。這種全程動力返回方式的既可及時規(guī)避障礙,選擇適宜的著陸點,又能夠保持飛船姿態(tài)。
充氣式空間站
就在各個航天企業(yè)積極研發(fā)低軌道載人飛船時,美國畢格羅航天公司研發(fā)了BA330充氣式空間站。
這種空間站的艙段用柔性材料代替金屬外殼,不但降低了制造成本,還減輕了結構質(zhì)量,縮小了發(fā)射體積。該公司的目標就是通過一系列這樣的改進,降低空間站發(fā)射和運行成本。
不久的將來,當國際空間站退役后,人類將以CST-100為代表的新一代低軌道載人/貨運飛船和MPCV這樣的深空載人飛船作為天地往返工具,以充氣式低成本空間站為基地,構建新一代載人空間應用體系,人類必將迎來更加輝煌的載人航天時代。
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