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美国载人航天简史:60年迭代5个时代

程亦之 三体引力波 2021-09-30

很多人都不会相信,号称地球上最强大的国家,却无法发送自己的宇航员去国际空间站!

的确如此。因为没有现成的美国国产载人飞船可供搭乘!唯一可利用的就是俄罗斯联盟号飞船。(从技术角度,当然还有中国的神舟飞船)

不过,这个囧相正在改变——

8月4日,NASA公布了5名试飞员名单和4名首航宇航员名单,以及首次试飞的时间表。

这意味着:后航天飞机时代,美国新一代载人飞船即将进入真人实测阶段。

▲2019年4月,道格·赫尔利(Doug Hurley)和鲍勃·本肯(Bob Behnken)将首次试飞SpaceX载人龙飞船。

试飞顺利的话,载人龙飞船将在2019年12月首航,执行首航任务的有两名NASA宇航员:维克多·格洛弗(Victor Glover)和麦克·霍普金斯(Mike Hopkins)。

▲2019年中期,三名试飞宇航员埃里克·博(Eric Boe)、妮可·奥纳普·曼(Nicole Aunapu Mann)、克里斯·弗格森(Chris Ferguson)将首次试飞波音星际飞船。

后航天飞机时代拐点来了,男女黄金组明年首飞商业飞船

如果试飞顺利的话,两艘商业载人飞船预计最早首航时间将在2019年底或2020年初。

2020年起,美国真正进入到商业飞船时代

从1959年美国第一艘载人飞船发射,一直到2019年第一艘商业载人飞船飞天,美国载人飞船一共经历了五个时代:水星时代、双子座时代、阿波罗时代、航天飞机时代、商业飞船时代——60年迭代出5个时代。

水星时代

  • 跨度:1959年~1963年,美苏太空竞赛第一个高潮期。

  • 特点:美国首个载人航天项目——水星计划(Project Mercury),包含20次无载人飞船发射、6次载人飞船发射。整个计划耗资3.84亿美元,相当于2010年29亿美元。

1961年5月5日,艾伦·谢泼德搭乘自由7号飞船,太空飞行不到16分钟,成为美国首位进入亚轨道飞行的宇航员。

1962年2月20日,约翰·格伦搭乘友谊7号飞船,太空飞行近5小时,成为美国首位进入地球轨道的宇航员。

  • 水星飞船:作为美国第一代载人飞船,水星飞船体积狭小,被戏称为「宇航员不是坐在里面,而是穿在身上」。

水星飞船与苏联东方号飞船,不仅时间上差不多同期,而且技术上也基本同步。尽管竞争双方全都严防死守,更不可能通气。

1961年4月12日,加加林搭乘东方3号飞船实现人类太空首航。

1962年2月20日,约翰·格伦搭乘友谊7号飞船,实现美国版太空首航。

美国水星计划从1959年至1963年,是水星飞船从孕育到终结的阶段。苏联东方计划从1956年到1964年,是东方号飞船从开发到终止的阶段。

双方你追我赶,咬得很紧。但没有竞争,就没有进化。

没有水星计划,也不会有接下来的双子座计划,更不会有登峰造极的阿波罗计划。

双子座时代

  • 跨度:1965年~1966年,阿波罗时代前奏。

  • 特点:双子座计划(Project Gemini)不仅是美国第二个载人航天计划,更是阿波罗登月计划的前奏曲。事实上,阿波罗计划所需的航天技术、经验,包括太空行走、轨道交会、飞船对接等,都是双子座计划趟出来的。

双子座计划总共执行2次无载人飞行、10次载人飞行。使用双子座飞船和大力神2号火箭,作为箭船航天系统。整个计划耗资54亿美元,相当于2010年400亿美元。

双子座飞船:第一代载人飞船水星飞船属于单人飞行载具,第二代双子座飞船属于双人双飞载具。Gemini拉丁语本意就是双胞胎的意思。

双子座飞船在设计上的最大升级——将动力、推进、生命维持系统都放在一个独立的设备模块里,类似后来的阿波罗飞船,命令舱与服务舱的分离设计。而水星飞船除了制动发动机外,所有设备都放在飞船里。这样的话,双子座飞船可以在6个方向进行调整,而水星飞船只能在平面上做轨道调整。

双子座飞船还是最先引入机载计算机的美国载人飞船,采用引导计算机协助管理,控制飞船机动。还借用了一些战机设计,如弹射座椅、飞行雷达、高度仪等升级飞船能力。

诸多技术设计的升级,让双子座飞船看起来更靠谱更像载人飞船。


阿波罗时代

  • 跨度:1961年至1975年,人类太空探索巅峰期。

  • 特点:阿波罗计划(Project Apollo)不仅是美国航天史,甚至是人类航天史上最辉煌的时代,人类首次也是唯一一次登陆另一个星球的航天创举。

作为二战后美苏太空争霸赛的尖峰对决任务,NASA在1961年~1972年期间执行的载人登月项目,动用40万人,参与机构数千家,耗资254亿美元(相当于2017年的2000亿美元),先后16次成功发射,执行11次载人任务、6次成功载人登月,12名宇航员登月。

这是迄今为止人类唯一登陆过的异星探索项目,也是最大规模的太空探索工程。

  • 阿波罗飞船:首次采用轨道集合模式,飞船系统包括三个主要部分:指挥舱、服务舱、登月舱。

指挥舱——登月完成后唯一返回地球的载人舱。

服务舱——携带各种设备、仪器,返回地球大气层前被丢弃的设备舱。登月舱——真正登月时使用的载人舱,用来运送宇航员往返于月球轨道与月球表面。

阿波罗飞船系统总共生产了15套,只有6套全程使用、最终完成登月全程。

阿波罗飞船与土星5号组合,不仅是阿波罗计划的黄金搭档,也是迄今最强悍、最复杂、最远程的箭船航天系统。

后来的天空实验室、美苏联手的阿波罗-联盟号测试项目,也都使用了原来为阿波罗建造的飞船系统,被认为是阿波罗计划的一部分。

航天飞机时代

跨度:1972年至2011年,载人航天的黄金时代。

特点:美国航天飞机是全世界唯一投入运行的航天飞机,也是迄今为止唯一能够多次复用的载人航天器。

从1981年至2011年30年间,先后有5架服役,总发射次数135次,成功发射134次,成功返航133次。

航天飞机时代,堪称人类太空运输史上最辉煌的黄金时代,迄今仍无法企及。

今天是发现号首飞33周年,我们拿什么来纪念航天飞机?

遗憾的是,整整30年的航天飞机时代,最终在2011年被终结了。

人财两空,导致航天飞机退出历史舞台的两大主因。

全球历次载人航天失事中,一共造成22位宇航员丧生,其中美国航天飞机就占了14位,占比高达63%!

原计划每架航天飞机的设计寿命是20年、复用100次,但最终5架加起来才发射135次。

也只有美国最强盛时期才经营得起这5架航天飞机,苏联航天飞机只试飞了一次就终结了。即使以现在的美国财力,也无力再支撑一个新的航天飞机时代。

尽管辉煌的航天飞机时代不再有,但就像恐龙一样,它们的近亲却占据着如今的天空。事实上,MINI版的航天飞机逐梦者太空飞机、SpaceX在建的BFR大猎鹰火箭,从诸多技术维度衡量,都可以说是美国航天飞机的延伸和升级。

航天飞机不是不在了,而是进化成适应性更强的非凡天物。


商业飞船时代

跨度:从2010年开始,一直在努力。

特点:NASA从运动员变身为裁判员,美国载人航天项目,从官办自营变成商业外包。

想想看,地球上最强大的航天强国,却没有自己的载人飞船!是不是有些不可思议?对内开放商业载人飞船项目,成为美国航天最近十年来最关键最急迫的特级计划。

就在2011年航天飞机退役前一年,NASA就开始大力扶持本国太空快递公司,向波音、SpaceX持续投入48.2亿美元、31.4亿美元,用于开发新一代商业载人飞船。

要知道,SpaceX和波音提供的平均报价,是在5800万美元/次/人。而俄罗斯联盟号的票价:2017年7060万美元/次/人,2018年涨到8100万美元/次/人。当然不仅仅是钱的问题,太空战略风险显露无疑。

2018年飞往国际空间站的票价,涨到8100万美元!

龙飞船2号

SpaceX开发的载人龙飞船,也叫龙飞船2号(Dragon 2),设计重用次数至少10次,无需重大翻新。

重返地球时,采用四个降落伞传统伞式落地。而之前设计的垂直着陆功能,去年被NASA砍掉了。新版载人龙飞船看起来挺酷,其实已没那么酷!

最多可搭载7名宇航员前往国际空间站,当然首航试飞只有两名。目前全世界所有现役载人飞船最多只能搭载3人。

全自动对接国际空间站。不必像货运龙飞船、天鹅座飞船那样,使用机械臂擒获后、再对接。

飞船舱内设计、人工操作系统充满未来感。坐进去就像坐在布加迪威龙跑车玩《头号玩家》一样,超级碳纤维固件,操作系统全部采用触摸屏,平板电脑可以灵活转动。

龙飞船2号安全避险功能强大。配备发射逃生系统,舱内真空状态,宇航员全程穿戴宇航服,即使出现最危急险情,也能保证宇航员逃生。

与龙飞船2号,搭配的SpaceX舱内宇航服,充满黑白极简主义风,拥有时尚线条和前卫头盔,看起来就像科幻大片里的太空服。

SpaceX推出首款太空服,就像科幻片那么有型

星际飞船

波音开发的星际飞船(Starliner),也叫CST-100,设计重用次数同样是10次。

重返地球时,同样采用伞式落地,不同的是采用三个降落伞和一个安全气囊系统。

星际飞船同样可以搭载7名宇航员前往国际空间站。与SpaceX龙飞船2号一样,可以自主驾驶,全自动对接国际空间站。

星际飞船舱内设计、人工操作系统界面,很像波音+微软的混血儿,中规中矩、老成持重。

波音开发的星际飞船,与之搭配的舱内宇航服是一款波音蓝宇航服Boeing Blue Suit。

这款由著名太空服设计机构——大卫·克拉克公司设计的宇航服,除了最突出的蓝调以外,跟SpaceX设计理念类似——用更少的材料实现更多的功能,让宇航服变得更轻便更灵活更有型!重量仅有9公斤,可重复使用10次,头盔面罩采用多种涂层,可防止划痕、眩光、雾气。

逐梦者太空飞机

除了SpaceX龙飞船2号、波音星际飞船作为首批商业飞船外,2010年,NASA还向内华达山脉公司首期投入了2000万美元种子基金,用于开发逐梦者太空飞机。

这款同样可以搭载7名宇航员的航天器,堪称MINI版的航天飞机。

在2016年NASA公布的新一轮国际空间站商业补给计划中,逐梦者太空飞机也是承运人,至少提供6次货运补给,未来还会成为美国第二批商业载人飞船。

雪耻!太空追梦人终于实现完美天地飞

美国载人航天时代再次到来,未来已来。不是一款,而是多款。不是一艘,而是多艘。


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