美國載人航天簡史:60年迭代5個時代
很多人都不會相信,號稱地球上最強大的國家,卻無法發送自己的宇航員去國際空間站!
的確如此。因為沒有現成的美國國產載人飛船可供搭乘!唯一可利用的就是俄羅斯聯盟號飛船。(從技術角度,當然還有中國的神舟飛船)
不過,這個囧相正在改變——
8月4日,NASA公布了5名試飛員名單和4名首航宇航員名單,以及首次試飛的時間表。
這意味著:後太空梭時代,美國新一代載人飛船即將進入真人實測階段。
2019年4月,道格·赫爾利(Doug Hurley)和鮑勃·本肯(Bob Behnken)將首次試飛SpaceX載人龍飛船。
試飛順利的話,載人龍飛船將在2019年12月首航,執行首航任務的有兩名NASA宇航員:維克多·格洛弗(Victor Glover)和麥克·霍普金斯(Mike Hopkins)。
2019年中期,三名試飛宇航員埃里克·博(Eric Boe)、妮可·奧納普·曼(Nicole Aunapu Mann)、克里斯·弗格森(Chris Ferguson)將首次試飛波音星際飛船。
如果試飛順利的話,兩艘商業載人飛船預計最早首航時間將在2019年底或2020年初。
2020年起,美國真正進入到商業飛船時代。
從1959年美國第一艘載人飛船發射,一直到2019年第一艘商業載人飛船飛天,美國載人飛船一共經歷了五個時代:水星時代、雙子座時代、阿波羅時代、太空梭時代、商業飛船時代——60年迭代出5個時代。
水星時代
跨度:1959年~1963年,美蘇太空競賽第一個高潮期。
特點:美國首個載人航天項目——水星計劃(Project Mercury),包含20次無載人飛船發射、6次載人飛船發射。整個計劃耗資3.84億美元,相當於2010年29億美元。
1961年5月5日,艾倫·謝潑德搭乘自由7號飛船,太空飛行不到16分鐘,成為美國首位進入亞軌道飛行的宇航員。
1962年2月20日,約翰·格倫搭乘友誼7號飛船,太空飛行近5小時,成為美國首位進入地球軌道的宇航員。
水星飛船:作為美國第一代載人飛船,水星飛船體積狹小,被戲稱為「宇航員不是坐在裡面,而是穿在身上」。
水星飛船與蘇聯東方號飛船,不僅時間上差不多同期,而且技術上也基本同步。儘管競爭雙方全都嚴防死守,更不可能通氣。
1961年4月12日,加加林搭乘東方3號飛船實現人類太空首航。
1962年2月20日,約翰·格倫搭乘友誼7號飛船,實現美國版太空首航。
美國水星計劃從1959年至1963年,是水星飛船從孕育到終結的階段。蘇聯東方計劃從1956年到1964年,是東方號飛船從開發到終止的階段。
雙方你追我趕,咬得很緊。但沒有競爭,就沒有進化。
沒有水星計劃,也不會有接下來的雙子座計劃,更不會有登峰造極的阿波羅計劃。
雙子座時代
跨度:1965年~1966年,阿波羅時代前奏。
特點:雙子座計劃(Project Gemini)不僅是美國第二個載人航天計劃,更是阿波羅登月計劃的前奏曲。事實上,阿波羅計劃所需的航天技術、經驗,包括太空行走、軌道交會、飛船對接等,都是雙子座計劃趟出來的。
雙子座計劃總共執行2次無載人飛行、10次載人飛行。使用雙子座飛船和大力神2號火箭,作為箭船航天系統。整個計劃耗資54億美元,相當於2010年400億美元。
雙子座飛船:第一代載人飛船水星飛船屬於單人飛行載具,第二代雙子座飛船屬於雙人雙飛載具。Gemini拉丁語本意就是雙胞胎的意思。
雙子座飛船在設計上的最大升級——將動力、推進、生命維持系統都放在一個獨立的設備模塊里,類似後來的阿波羅飛船,命令艙與服務艙的分離設計。而水星飛船除了制動發動機外,所有設備都放在飛船里。這樣的話,雙子座飛船可以在6個方向進行調整,而水星飛船只能在平面上做軌道調整。
雙子座飛船還是最先引入機載計算機的美國載人飛船,採用引導計算機協助管理,控制飛船機動。還借用了一些戰機設計,如彈射座椅、飛行雷達、高度儀等升級飛船能力。
諸多技術設計的升級,讓雙子座飛船看起來更靠譜更像載人飛船。
阿波羅時代
跨度:1961年至1975年,人類太空探索巔峰期。
特點:阿波羅計劃(Project Apollo)不僅是美國航天史,甚至是人類航天史上最輝煌的時代,人類首次也是唯一一次登陸另一個星球的航天創舉。
作為二戰後美蘇太空爭霸賽的尖峰對決任務,NASA在1961年~1972年期間執行的載人登月項目,動用40萬人,參與機構數千家,耗資254億美元(相當於2017年的2000億美元),先後16次成功發射,執行11次載人任務、6次成功載人登月,12名宇航員登月。
這是迄今為止人類唯一登陸過的異星探索項目,也是最大規模的太空探索工程。
阿波羅飛船:首次採用軌道集合模式,飛船系統包括三個主要部分:指揮艙、服務艙、登月艙。
指揮艙——登月完成後唯一返回地球的載人艙。
服務艙——攜帶各種設備、儀器,返回地球大氣層前被丟棄的設備艙。登月艙——真正登月時使用的載人艙,用來運送宇航員往返於月球軌道與月球表面。
阿波羅飛船系統總共生產了15套,只有6套全程使用、最終完成登月全程。
阿波羅飛船與土星5號組合,不僅是阿波羅計劃的黃金搭檔,也是迄今最強悍、最複雜、最遠程的箭船航天系統。
後來的天空實驗室、美蘇聯手的阿波羅-聯盟號測試項目,也都使用了原來為阿波羅建造的飛船系統,被認為是阿波羅計劃的一部分。
太空梭時代
跨度:1972年至2011年,載人航天的黃金時代。
特點:美國太空梭是全世界唯一投入運行的太空梭,也是迄今為止唯一能夠多次復用的載人航天器。
從1981年至2011年30年間,先後有5架服役,總發射次數135次,成功發射134次,成功返航133次。
太空梭時代,堪稱人類太空運輸史上最輝煌的黃金時代,迄今仍無法企及。
遺憾的是,整整30年的太空梭時代,最終在2011年被終結了。
人財兩空,導致太空梭退出歷史舞台的兩大主因。
全球歷次載人航天失事中,一共造成22位宇航員喪生,其中美國太空梭就佔了14位,佔比高達63%!
原計劃每架太空梭的設計壽命是20年、復用100次,但最終5架加起來才發射135次。
也只有美國最強盛時期才經營得起這5架太空梭,蘇聯太空梭只試飛了一次就終結了。即使以現在的美國財力,也無力再支撐一個新的太空梭時代。
儘管輝煌的太空梭時代不再有,但就像恐龍一樣,它們的近親卻佔據著如今的天空。事實上,MINI版的太空梭逐夢者太空飛機、SpaceX在建的BFR大獵鷹火箭,從諸多技術維度衡量,都可以說是美國太空梭的延伸和升級。
太空梭不是不在了,而是進化成適應性更強的非凡天物。
商業飛船時代
跨度:從2010年開始,一直在努力。
特點:NASA從運動員變身為裁判員,美國載人航天項目,從官辦自營變成商業外包。
想想看,地球上最強大的航天強國,卻沒有自己的載人飛船!是不是有些不可思議?對內開放商業載人飛船項目,成為美國航天最近十年來最關鍵最急迫的特級計劃。
就在2011年太空梭退役前一年,NASA就開始大力扶持本國太空快遞公司,向波音、SpaceX持續投入48.2億美元、31.4億美元,用於開發新一代商業載人飛船。
要知道,SpaceX和波音提供的平均報價,是在5800萬美元/次/人。而俄羅斯聯盟號的票價:2017年7060萬美元/次/人,2018年漲到8100萬美元/次/人。當然不僅僅是錢的問題,太空戰略風險顯露無疑。
龍飛船2號
SpaceX開發的載人龍飛船,也叫龍飛船2號(Dragon 2),設計重用次數至少10次,無需重大翻新。
最多可搭載7名宇航員前往國際空間站,當然首航試飛只有兩名。目前全世界所有現役載人飛船最多只能搭載3人。
全自動對接國際空間站。不必像貨運龍飛船、天鵝座飛船那樣,使用機械臂擒獲後、再對接。
飛船艙內設計、人工操作系統充滿未來感。坐進去就像坐在布加迪威龍跑車玩《頭號玩家》一樣,超級碳纖維固件,操作系統全部採用觸摸屏,平板電腦可以靈活轉動。
龍飛船2號安全避險功能強大。配備發射逃生系統,艙內真空狀態,宇航員全程穿戴宇航服,即使出現最危急險情,也能保證宇航員逃生。
與龍飛船2號,搭配的SpaceX艙內宇航服,充滿黑白極簡主義風,擁有時尚線條和前衛頭盔,看起來就像科幻大片里的太空服。
星際飛船
波音開發的星際飛船(Starliner),也叫CST-100,設計重用次數同樣是10次。
重返地球時,同樣採用傘式落地,不同的是採用三個降落傘和一個安全氣囊系統。
星際飛船同樣可以搭載7名宇航員前往國際空間站。與SpaceX龍飛船2號一樣,可以自主駕駛,全自動對接國際空間站。
星際飛船艙內設計、人工操作系統界面,很像波音+微軟的混血兒,中規中矩、老成持重。
波音開發的星際飛船,與之搭配的艙內宇航服是一款波音藍宇航服Boeing Blue Suit。
這款由著名太空服設計機構——大衛·克拉克公司設計的宇航服,除了最突出的藍調以外,跟SpaceX設計理念類似——用更少的材料實現更多的功能,讓宇航服變得更輕便更靈活更有型!重量僅有9公斤,可重複使用10次,頭盔面罩採用多種塗層,可防止劃痕、眩光、霧氣。
逐夢者太空飛機
除了SpaceX龍飛船2號、波音星際飛船作為首批商業飛船外,2010年,NASA還向內華達山脈公司首期投入了2000萬美元種子基金,用於開發逐夢者太空飛機。
這款同樣可以搭載7名宇航員的航天器,堪稱MINI版的太空梭。
在2016年NASA公布的新一輪國際空間站商業補給計劃中,逐夢者太空飛機也是承運人,至少提供6次貨運補給,未來還會成為美國第二批商業載人飛船。
美國載人航天時代再次到來,未來已來。不是一款,而是多款。不是一艘,而是多艘。
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