文/ 錢衛(wèi)
▲ 飛船殼體銑出網(wǎng)格來減重
熟悉美國(guó)載人航天歷程的人們?cè)诳吹健靶请H線”的時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)它非常眼熟,它和波音在2006年競(jìng)標(biāo)美國(guó)宇航局“乘員探索飛行器”的方案外觀幾乎一模一樣,只是推進(jìn)艙的長(zhǎng)度略短一點(diǎn),連圓錐體返回艙的錐度都一樣。如果再向前追溯一點(diǎn),會(huì)發(fā)現(xiàn)“星際線”和早年的阿波羅飛船也很像,只是推進(jìn)艙短了一多半而已。那么,“星際線”到底是一個(gè)怎樣的存在呢?
按照有關(guān)報(bào)道的說法,“星際線”確實(shí)繼承了“乘員探索飛行器”的很多理念,但所有元器件和分系統(tǒng)都是重新研制的。其實(shí),波音在投標(biāo)“乘員探索飛行器”的時(shí)候也只不過拿出了一個(gè)紙面方案而已,談不上有什么具體的硬件,所以“星際線”的確是全新研制的。在“星際線”之前,波音公司實(shí)際上從來沒有研制過這種飛船式的天地往返飛行器。或許有讀者會(huì)對(duì)這種說法提出質(zhì)疑,在波音公司自己的宣傳中,阿波羅飛船就是波音的產(chǎn)品,怎么會(huì)沒有研制過呢?實(shí)際上,阿波羅飛船是美國(guó)北美飛機(jī)公司的產(chǎn)品。只不過在1967年,北美飛機(jī)公司和洛克維爾公司就合并了。到了1996年,這家公司因?yàn)榻?jīng)營(yíng)不善而破產(chǎn),被波音整體收購(gòu),波音也因此擁有了宇航科研能力。另外,發(fā)射阿波羅飛船用的土星5號(hào)火箭也是這家公司的產(chǎn)品。波音收購(gòu)的宇航企業(yè)還包括著名的通信衛(wèi)星制造商休斯公司、生產(chǎn)德爾它火箭的通用汽車公司、生產(chǎn)大力神火箭的麥道公司。
▲ 制造中的“星際線”,上方的框架內(nèi)容納降落傘
▲ 飛船研制期間,實(shí)施了降落傘極限試驗(yàn)
雖然“星際線”和阿波羅飛船的返回艙看上去也很像,但是在總體結(jié)構(gòu)上要簡(jiǎn)單多了,而且體積要大得多?!靶请H線”的底部直徑為4.5米,頭部有一個(gè)穹頂形的整流罩,用來在發(fā)射期間保護(hù)對(duì)接口。飛船進(jìn)入宇宙空間后,這個(gè)整流罩就被拋掉了。在返回大氣層的過程中,防熱大底向前,對(duì)接口向后。雖然也要承受高溫的考驗(yàn),但受熱情況不算嚴(yán)重。
從設(shè)計(jì)角度說,“星際線”可謂中規(guī)中矩,體現(xiàn)了美式飛船的一貫設(shè)計(jì)理念。
首先,這是一種兩艙式飛船,只有返回艙和推進(jìn)艙,沒有“神舟”和“聯(lián)盟”飛船的軌道艙。這是因?yàn)樗淮蛩銌为?dú)長(zhǎng)期在軌飛行,只是往返于地面和國(guó)際空間站之間。既然沒有軌道艙需要保護(hù),“星際線”在發(fā)射的時(shí)候也不需要裝在整流罩里,而是直接用飛船外側(cè)的熱護(hù)罩來抵擋上升過程中的氣流沖擊。這樣的設(shè)計(jì)能夠極大地?cái)U(kuò)展飛船直徑,使其達(dá)到4.56米之多。當(dāng)然,飛船頭部的對(duì)接口需要用一個(gè)小型整流罩保護(hù)起來。
返回艙的熱護(hù)罩分為3個(gè)部分,圓錐體上部是一次性使用的可拋熱護(hù)罩,下部是固定安裝的重復(fù)使用熱護(hù)罩,底部是一次性使用的防熱大底。在上部可拋熱護(hù)罩下面是降落傘艙。防熱大底里面是軟著陸用的氣囊。
▲ 逃逸救生試驗(yàn)中的飛船
▲ 星際線飛船安裝在火箭頭部,造型有趣
▲ 星際線飛船的對(duì)接口在入軌后就暴露出來
返回艙內(nèi)部是載人和載貨空間。如果不攜帶大件行李,艙內(nèi)最多可以坐7個(gè)人。不過美國(guó)宇航局購(gòu)買的“星際線”運(yùn)輸服務(wù)只乘坐四五個(gè)人,其余空間用來載貨。和其他飛船一樣,座椅之間的距離很小,乘坐并不舒服。但是按照計(jì)劃,“星際線”在發(fā)射后31分鐘就能進(jìn)入“穩(wěn)定軌道”,然后經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)就能進(jìn)入國(guó)際空間站軌道,再經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的精密交會(huì),就可以對(duì)接了。所以哪怕乘坐體驗(yàn)很差,也還算可以忍受。返回艙本身裝有12臺(tái)445千牛發(fā)動(dòng)機(jī),用于脫離國(guó)際空間站后的機(jī)動(dòng)返回。
返回艙下面是推進(jìn)艙,主要的電力和推進(jìn)系統(tǒng)都裝在這里。其中有28臺(tái)378牛頓的姿態(tài)控制推力器、20臺(tái)6672牛頓推力器,最重要的是4臺(tái)177929牛頓逃逸救生推力器。推進(jìn)艙的電源設(shè)計(jì)非常奇葩,它的太陽(yáng)電池并不采用展開式結(jié)構(gòu),而是貼滿了底部。這當(dāng)然降低了設(shè)計(jì)制造的難度,同時(shí)也不需要為它設(shè)計(jì)發(fā)射階段的整流罩。然而,“星際線”底部面積只有不到16平方米,還需要在上面開出4個(gè)圓孔來容納逃逸救生推力器的噴管,所以發(fā)電能力是很有限的。不過考慮到它的飛行時(shí)間有限、任務(wù)比較簡(jiǎn)單,或許也算夠用了。
兩艙相加,高度達(dá)到了5.03米,看起來矮墩墩的。裝在宇宙神5火箭的頂部,給人一種極為奇特的視覺感受。
“星際線”這次降落在白沙導(dǎo)彈靶場(chǎng),是多年來美國(guó)第一次在陸地上降落和回收的載人飛船。
和海上濺落相比,在陸地上降落的優(yōu)點(diǎn)很明顯。主要是回收成本比較低,在GPS定位和移動(dòng)通信技術(shù)非常成熟的今天,飛船可以一邊降落一邊報(bào)告自己的位置?;厥贞?duì)甚至不需要?jiǎng)佑蔑w機(jī),用幾輛汽車就能完成整個(gè)回收工作。航天員也不用擔(dān)心海上生存的問題?!鞍⒉_”計(jì)劃采用海上回收方式,主要是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的落點(diǎn)控制精度不夠高,擔(dān)心掉進(jìn)有人居住地區(qū)造成傷亡。龍飛船和“載人龍”的海上回收同樣是這個(gè)理由。但是波音公司作為老牌軍火商和飛機(jī)制造商,不但和聯(lián)邦航空管理局(FAA)、北美防空司令部等單位關(guān)系熟絡(luò),而且和陸軍關(guān)系也很好,可以協(xié)調(diào)到屬于陸軍的白沙導(dǎo)彈靶場(chǎng)。白沙靶場(chǎng)不但空域遼闊,而且是美國(guó)兩片不受FAA管理的天空之一(另一片是白宮上空)。而且經(jīng)過數(shù)十年航天技術(shù)發(fā)展后,飛船落點(diǎn)精度控制能力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了“阿波羅”時(shí)代。所以波音決定飛船立刻返回之后,著陸回收過程還是比較順利的。
▲ 回收隊(duì)用普通卡車就能執(zhí)行任務(wù)
▲ 星際線飛船模擬器內(nèi)部
▲ 訓(xùn)練用的星際線飛船,注意艙壁厚度
“星際線”還選擇了3個(gè)備用著陸場(chǎng),分別在猶他州的杜格偉試驗(yàn)場(chǎng)、亞利桑那州的威爾考克斯-帕拉亞干湖和加利福尼亞州的愛德華茲空軍基地。
既然是在陸地上著陸,就要考慮最后的著陸緩沖問題。和“聯(lián)盟”“神舟”不同的是,“星際線”采用了氣囊著陸技術(shù)。這次飛行也使這種技術(shù)提前得到了驗(yàn)證。“聯(lián)盟”“神舟”都采用反推發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行緩沖,這就要在防熱大底后面設(shè)置大推力的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī),不但技術(shù)要求較高,而且攜帶大量固體推進(jìn)劑完成整個(gè)天地往返飛行,風(fēng)險(xiǎn)也是比較大的。用氣囊著陸,雖然也要在氣囊里設(shè)置一些火藥來產(chǎn)生氣體、給氣囊充氣,但劑量畢竟要小得多。另外,無(wú)論采用哪種著陸緩沖方式,都要考慮在應(yīng)急情況下能降落在水里。這就意味著,即使采用緩沖發(fā)動(dòng)機(jī),也要在飛船上設(shè)置一套浮囊?!靶请H線”上的氣囊也可以作為浮囊,因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上就更加簡(jiǎn)單一些。“星際線”要求著陸海域的浪高不能超過4米,風(fēng)速不能超過每秒13.9米,還不能有雷暴和閃電。另外,載人火星計(jì)劃也打算靠氣囊來實(shí)現(xiàn)最后的落地,“星際線”也為波音未來再次參與火星探索計(jì)劃奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
在飛船總裝的問題上,波音有一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì),是馬斯克不能相比的?!靶请H線”的總裝工序在原先的航天飛機(jī)軌道器維修維護(hù)三號(hào)車間里進(jìn)行,這個(gè)車間就位于肯尼迪航天中心,距離發(fā)射塔架很近。飛船總裝完成后,只需要極短距離的轉(zhuǎn)運(yùn)就可以抵達(dá)發(fā)射工位。這對(duì)于降低發(fā)射準(zhǔn)備成本、減少運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)有巨大的好處。
“星際線”雖然進(jìn)度比“載人龍”慢一些,但總體設(shè)計(jì)一直沒有發(fā)生大的變化。直到這次發(fā)射,依然保留著7人座艙、降落傘回收、推動(dòng)式逃逸救生系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)。“載人龍”卻先是放棄了火箭反推回收方案,改用降落傘;最近又放棄了7人座艙方案,減為4人??梢钥闯?,波音作為一家老牌航空航天制造商,雖然航空部門面臨著諸多問題,但航天部門穩(wěn)扎穩(wěn)打的作風(fēng)還在,曾經(jīng)的北美飛機(jī)公司團(tuán)隊(duì)也沒有徹底自廢武功。如果能把質(zhì)量管理體系重新振作起來,“星際線”的未來還是值得期待的。
▲ 著陸試驗(yàn)用的模擬飛船,涂裝成藍(lán)白格子