【環球軍事與《中國航天報•飛天科普周刊》聯合報道】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。
  按照合同規定,兩家公司要在2017年實現首次載人飛行任務,並於合同期限內完成至少2次、至多6次的載人飛行任務。由於這兩家公司對飛船擁有經營權,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,美國宇航局正式宣佈航天飛機退役。此後的日子里,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進入商業發射領域。
  就在不被看好的“星座計劃”下馬後,美國宇航局又啟動商業乘組開發項目,意在通過市場化競爭和運作研發一種“低成本、高可靠性、高安全繫數”的低軌道載人飛船。
  該項目面向所有航天企業,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,與空間站持續對接時間不少於210天,空間站發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於24小時。
  這個項目不差錢
  不難發現,與以往美國宇航局的摳門相比,此次商業乘組開發項目似乎不差錢。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。難怪有網友發出感慨:美國宇航局也是夠拼的!
  商業乘組開發項目的第一、第二階段已分別於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完成一定數量的“里程碑”目標。
  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,美國宇航局宣佈商業乘組開發項目進入第三階段,即商業乘組能力整合。
  進入該階段的除了波音和SpaceX外,還有內華達山脈公司。該公司的升力體構型飛船雖然具有更低的再入過載,但容積比等數據依然難敵傳統構型飛船。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,與內華達山脈公司簽訂了2.12億美元的非全額合同。
  那麼,花了這麼多錢,這個項目進展究竟怎麼樣呢?
  CST-100載人飛船
  波音公司的CST-100載人飛船採用了經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。出於降低成本的考慮,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的服務艙姿控系統也是飛船的逃逸系統和軌控系統,共用推進劑和發動機。艙內照明也由傳統的電燈變為LED,不但降低能耗,也更便於調節光線強度和光照範圍。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,也降低了結構質量。
  此外,CST-100還採用重覆使用設計,每次返回地球後,經過更換防熱結構併進行檢修,可再次投入使用,最多可使用10次。
  這種有限次數的可重覆使用設計平衡了降低成本和規避風險的關係,既降低了完全可重覆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
  在用於貨運的龍飛船取得成功後,SpaceX研發隊伍向載人飛船領域發起進攻並拿出了載人版龍飛船的方案。
  2014年5月30日,SpaceX舉行發佈會首次展示了載人版的龍飛船。該飛船採用球頭圓錐體構型,可以搭載7人往返空間站。根據該公司的估算,飛船一次任務成本為2000萬美元左右,遠低於目前購買聯盟飛船一個座位的價格。
  加之該飛船是由SpaceX研發的可重覆使用的獵鷹9運載火箭發射,因而任務總成本將更有優勢。
  載人版龍飛船的另一大特色是新穎的著陸方式。較之於“阿波羅”、“獵戶座”及CST-100這種傘降減速+反推發動機/氣囊緩衝的著陸方式,載人版龍飛船雖然也有減速傘,但僅作為備份。
  根據設計,該飛船再入大氣層後就開啟減速發動機,在接近地面時飛船底部會伸出4條液壓支腿使飛船平穩著陸。這種全程動力返回方式的既可及時規避障礙,選擇適宜的著陸點,又能夠保持飛船姿態。
  充氣式空間站
  就在各個航天企業積極研發低軌道載人飛船時,美國畢格羅航天公司研發了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,不但降低了製造成本,還減輕了結構質量,縮小了發射體積。該公司的目標就是通過一系列這樣的改進,降低空間站發射和運行成本。
  不久的將來,當國際空間站退役後,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。   (原標題:美研製“太空出租車” 拜托對俄羅斯飛船依賴)
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