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美国开启后航天飞机时代 未来航天器用宇宙飞船

http://www.sina.com.cn  2011年07月16日 09:40  青年参考

  随着“重返月球热”悄然退去,在新一届美国政府的规划中,拓展深空探测被放到了头等重要的位置,其标志性事件是载人飞往小行星继而登陆火星。奥巴马等决策者认为,美国航天的未来不在近地轨道,必须走向更远的地方。作为近地载人飞行器的航天飞机退出历史舞台已成必然。

  深受超支和安全隐患困扰 

  美国东部时间7月8日11时30分,“阿特兰蒂斯”号航天飞机从佛罗里达州肯尼迪航天中心升空前往国际空间站,执行航天飞机项目第135次、也是最后一次飞行。成千上万民众自发赶到现场向心目中的太空骄子道别,美国媒体也充溢着伤感气息,各大报刊纷纷在显要位置以“最后的旅程”、“再会”等字眼报道“阿特兰蒂斯”的谢幕之旅。

  事实上,美国宇航局(NASA)早在去年初就公布了航天飞机退役计划。在“阿特兰蒂斯”号执行此次任务前,它的两位同伴“发现”号与“奋进”号已先后在今年2月和5月“退休”。“阿特兰蒂斯”号的退役也早在规划之中。尽管如此,当这一天真的来临时,人们的不舍之情还是难以抑制。按照《维吉尼亚领航员报》的说法,作为世界上第一款可重复利用的太空飞行器,航天飞机每次升空都承载着千万个梦,30年的生涯中荣耀与悲情并存。 

  媒体一致认为,功绩显赫的航天飞机最终被NASA抛弃,首要归咎于成本飙升。上世纪70年代,NASA确定航天飞机的总体方案时,曾估算单位发射费用为每公斤200美元,每次发射总耗资不超过600万美元。NASA在呈交给国会的报告中称“航天飞机的任务周期有望达到每周一次”,这种将航天飞机变为“太空航班”的设想令人无限憧憬。然而事实证明,人们低估了航天飞机的复杂性:它并非金刚不坏之躯,面临的维护、检修成本远超建造本身。

  据英国《新经济学家》网站分析,一些独立观察家估计,航天飞机每次升空大约要烧掉15亿美元,是公开数字的3倍有余。结果,NASA的“太空航班”只得降至每年几次才能勉强维持。相比之下,俄罗斯“质子”号运载火箭(自上世纪60年代以来几乎没有改变过设计,运载能力大致相当)的运行成本只是航天飞机的四分之一左右。

  航天飞机的安全问题也令人头痛。它有3500多个分系统、250多万个部件,加上重复使用带来的苛刻要求,导致系统设计复杂、零部件极易耗损,从起飞、上升、轨道运行,再入大气层直到返回着陆过程中,需要经受各类严酷环境的考验。航天飞机的脆弱是在使用中逐渐暴露出来的,它远不止将载人飞船和运载火箭两者单纯相加那么简单。在两次悲惨的事故中(1986年“挑战者”号升空过程中爆炸与2003年“哥伦比亚”号返回大气层时解体),极难预知的隐患钻了成百上千技术精英的空子,给人类宇航事业以沉重打击。

  从大背景来说,航天飞机退役与美国国家航天战略的改变息息相关。随着“重返月球热”悄然退去,在新一届美国政府的规划中,拓展深空探测被放到了头等重要的位置,其标志性事件是载人飞往小行星继而登陆火星。奥巴马等决策者认为,美国航天的未来不在近地轨道,必须走向更远的地方。作为近地载人飞行器的航天飞机退出历史舞台已成必然。

  民间资本加速进军太空

  当然,航天飞机退役绝不意味着人类就此撤离太空。“航天城”休斯顿当地电台就表示,我们完全有理由微笑面对这一现实,因为它给航天器“飞入寻常百姓家”提供了机会——试想一下,如果相关资源始终由政府垄断,民间资本被边缘化,载人航天将永远停留在普通人的视野之外,人们所憧憬的太空移民、星际旅行也只是可望而不可及的海市蜃楼。

  美国政府也承诺,在航天飞机退役后,将鼓励私营企业建造和发射多种航天器。NASA甚至有意租赁私人飞船将宇航员送往国际空间站,以便节省经费,开展更尖端的外太空探索。正如当年航空公司取代美国军队成为民间运输主力一样,美国航天产业“私营化”的呼声由来已久。2020年前,美国迫切需要有商业公司站出来承担将宇航员送入近地轨道的任务,其运作模式和NASA当下租用俄罗斯飞船送航天员往返国际空间站的做法类似。

  近两年,美国的私营航天飞行产业已逐渐成熟起来。有很多商业公司为普通游客打造了太空旅游项目,尽管尚未普及,但这足以证明美国的私营企业对太空飞行器的研制有了相当的基础。据美联社报道,维珍银河公司的“太空船2号”将在年内搭载首批太空游客启航,该飞船由一种特殊的飞机从地面带到高空释放。更重要的是,私营企业不需要国家拨款支持,反而有自己的经费和赞助来研制新型飞行器——“太空船2号”的投资便达到4亿多美元。另外,很多对“太空旅馆”感兴趣的富豪,也在这种计划中预定了位置。

  不过在另一方面,美国航天项目的去政府化趋势仍是有限的,将受到政府的严密监管,毕竟这类项目涉及一个国家的顶尖技术,又与间谍卫星、导弹等军事前沿紧密相联。例如,NASA与中国的合作方案就被来自国会山的一纸法令否决——今年早些时候,国会批准的下一财年拨款法案中包含了一个特别条款,禁止NASA与中国开展任何科学合作。

  未来航天器掀“复古”风

  美国国家公共广播电台称,随着航天飞机走进博物馆,多达数千名的相关人员也面临失业,这实在有些伤感。令人欣慰的是,NASA的下一代航天器计划已经紧锣密鼓地展开,那就是备受瞩目的“猎户座”飞船。“猎户座”本是NASA为“星座计划”研发的新型载人航天器,可容纳4至6名宇航员,目标是在2015年开始载人前往国际空间站。该飞船借助同样处于设计状态的“战神一号”运载火箭发射。目前,“星座计划”已被叫停,但“猎户座”项目未受影响。2006年8月31日,NASA将该飞船的合同授予洛克希德·马丁公司,由其全权负责设计、开发及建造。

  分析指出,在世界上所有的下一代航天器的规划中,只有“猎户座”是以“皇储”的标准设计的。“战神一号”火箭同样是量身订做的,发射场也会根据其特点重新安排,必要时可以迁至他处。该计划的“太傅”则是曾经完成登月壮举的“阿波罗”飞船——“猎户座”在设计方面,很大程度上是以祖辈为师。

  抛弃已发展得十分成熟的航天飞机,重拾宇宙飞船的“复古”设计,并不是NASA一时头脑发热,而是因为飞船确实有独到的优势:

  首先,飞船采用“陨石入海(或落地)”的方式返回地球,中途利用降落伞减速,不需要复杂的气动外形和防热系统,可显著提升返回时的安全性。航天飞机用滑翔方式降落,姿态固然优雅,但其降落过程是最可能发生事故的时间段之一。

  其次,飞船处在运载火箭顶部,远离运载火箭发动机(航天飞机与火箭并列),像“哥伦比亚”号那种在起飞阶段因碎片撞击导致事故的风险进一步减小。

  最后,飞船可搭载“逃逸塔”系统,一旦遇到危险,可迅速将宇航员“甩”出去,借助降落伞安全着陆。航天飞机并非固定在运载火箭顶端,类似逃逸塔的装置在其上不可实现。

  航空航天记者乔治·亚历山大在《洛杉矶时报》的评论文章中写道,航天飞机展示了人类征服宇宙的雄心,但它毕竟是冷战年代的产物,退役也是航天史向前发展的必然。航天飞机项目积聚了美国科研与工程精英们的努力,他们攻克了无数难关、提出了众多天才的设想;今天的“猎户座”计划必将充分利用这些已有的成果,让前辈们的梦想得以延续。

  参考资料

  美国航天飞机家谱

  美国的航天飞机多以史上有名的观测船命名,其机队成员如下——

  已经(即将)退役的航天飞机:

  阿特兰蒂斯(STS Atlantis OV-104) 

  发现(STS Discovery OV-103) 

  奋进(STS Endeavour OV-105)

  已经损失的航天飞机: 

  挑战(STS Challenger STA-099/OV-099) 

  哥伦比亚(STS Columbia OV-102)

  测试专用载台: 

  开拓者(STS Pathfinder,用于测试的航天飞机造型模拟器) 

  企业(STS Enterprise OV-101)

(编辑:SN015)
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