天上十年

載人航天器的前世今生與未來

加加林搭乘的東方號(hào)飛船即將起豎發(fā)射

插畫師描繪的東方號(hào)載人飛行

過去

1.東方號(hào)系列載人飛船

東方號(hào)是蘇聯(lián)建造的載人航天器，總共進(jìn)行過6 次載人任務(wù)。1961年4月 12日，蘇聯(lián)宇航員尤里·加加林駕駛東方1 號(hào)完成了人類有史以來第一次載人航天飛行，繞地球飛行一圈后安全返回（后續(xù)改型上升號(hào)搭載宇航員阿里克謝完成了人類歷史的第一次太空行走）。該飛船最初被設(shè)計(jì)為兼顧間諜衛(wèi)星和載人飛船兩用型號(hào)，機(jī)身裝有球形返回艙，用于容納宇航員。在早期太空設(shè)備中，東方1號(hào)少見地加裝了彈射逃逸裝置（升空后40 秒內(nèi)發(fā)生事故宇航員可自行打開逃生）。不過，早期的東方號(hào)飛船發(fā)動(dòng)機(jī)推力有限，返回艙與推進(jìn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)分離后無法控制飛行路徑和方向等，導(dǎo)致宇航員會(huì)承受較大的身體負(fù)荷。1963年，在完成運(yùn)送世界首位女性宇航員瓦蓮京娜·捷列什科娃進(jìn)入太空的任務(wù)后，東方號(hào)就不再進(jìn)行載人飛行，轉(zhuǎn)為運(yùn)送衛(wèi)星等。

位于卡納維拉爾角附近的指揮中心

2.墨丘利（水星）載人飛船

墨丘利計(jì)劃是美國(guó)第一個(gè)載人航天計(jì)劃。20世紀(jì)50年代末至60年代初，大國(guó)間的太空競(jìng)賽已經(jīng)開展。為順利成為第一個(gè)將人類送往太空的國(guó)家，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）秘密研制了多種實(shí)驗(yàn)機(jī)型，進(jìn)行了二十余次大氣層內(nèi)飛行實(shí)驗(yàn)。此外，NASA 還以羅馬神話墨丘利命名了該計(jì)劃（這一習(xí)慣一直延續(xù)至今），而參與計(jì)劃的宇航員被稱為“墨丘利七人”（最初有7 名宇航員），所有飛船的尾號(hào)均為數(shù)字7。1957年蘇聯(lián)成功發(fā)射衛(wèi)星，得知這一消息后的NASA 不得不加快載人航天發(fā)射的進(jìn)度，可惜還是略晚于蘇聯(lián)完成。1961年5月5日，艾倫·謝潑德成功進(jìn)入亞軌道飛行。次年2月20日，約翰·格倫成功進(jìn)入近地軌道飛行。墨丘利飛船的返回艙由麥克唐納飛機(jī)公司制造，內(nèi)置有可供宇航員一日生存使用的氧氣、食物和水，而緊急逃生火箭則由北美航空公司制造。墨丘利載人飛船的順利發(fā)射激發(fā)了民眾的火熱情緒，數(shù)百萬人通過廣播和電視觀看了實(shí)況，航天成為當(dāng)時(shí)最時(shí)尚的話題之一。

身著宇航服的約翰·格倫

3.北美航空 X-15

X-15 是一種超聲速火箭動(dòng)力實(shí)驗(yàn)飛機(jī)，在20世紀(jì)60年代創(chuàng)造過載人飛行的高度和速度世界紀(jì)錄。1963年X-15 曾2 次飛越卡門線（卡門線位于海拔100 千米處，被認(rèn)為是外太空與地球大氣層的分界線），1962-1968年又有11 次飛行高度超過80 千米。因達(dá)到航天飛行標(biāo)準(zhǔn)，參與X-15 飛行計(jì)劃的12 名飛行員獲得了美國(guó)宇航員徽章。

X-15 點(diǎn)燃火箭發(fā)動(dòng)機(jī)瞬間

裝備在X-15 飛機(jī)上的XLR-99 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

4.雙子座系列載人飛船

雙子座計(jì)劃是美國(guó)第二個(gè)載人航天計(jì)劃，于1961年開始，1966年結(jié)束，主要用于探究太空旅行技術(shù)，是銜接阿波羅計(jì)劃的重要鋪墊和橋梁。雙子座載人飛船共進(jìn)行了10 次載人地球軌道飛行，任務(wù)目標(biāo)為：測(cè)試人類和設(shè)備在太空飛行中的耐力（登月至少需要8 天，最多需要14天）；實(shí)現(xiàn)與另一航天器的交會(huì)對(duì)接，并使用其推進(jìn)系統(tǒng)聯(lián)合操縱航天器；進(jìn)行艙外太空行走，并評(píng)估宇航員執(zhí)行任務(wù)的能力；完善預(yù)定位置的著陸技術(shù)。值得一提的是，1965年6月宇航員埃德·懷特進(jìn)行了時(shí)長(zhǎng)約23分鐘的太空漫步（系帶），是美國(guó)首位完成出艙活動(dòng)的宇航員。

雙子座載人飛船剖視圖

懷特進(jìn)行太空行走

5.阿波羅系列載人飛船

阿波羅載人飛船主體由返回艙、登月艙、適配器、服務(wù)艙和緊急逃生系統(tǒng)組成，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)旨在讓宇航員成功登月并安全返回地球。

返回艙

返回艙是載人飛船的控制中心和3 名宇航員的生活區(qū)。

登月艙

登月艙由格魯曼公司制造，是一艘單獨(dú)的航天器，具備動(dòng)力系統(tǒng)，可完成月面起降任務(wù)，并可搭載4-5天的宇航員補(bǔ)給。登月艙適配器由北美航空公司制造，是登月艙與火箭的連接主體，在發(fā)射期間保護(hù)登月艙和服務(wù)艙。

阿波羅17 號(hào)服務(wù)艙

服務(wù)艙

服務(wù)艙由北美航空公司制造，包含推進(jìn)器和助燃物質(zhì)、氫氧反應(yīng)電池、增益天線、科學(xué)儀器包、測(cè)繪相機(jī)等。在整個(gè)登月任務(wù)中，服務(wù)艙始終與返回艙相連，直至返航進(jìn)入大氣層后才被拋離。

緊急逃生系統(tǒng)

緊急逃生系統(tǒng)由洛克希德公司制造，目的是遇到緊急情況時(shí)宇航員可以快速逃離火箭中止任務(wù)。

阿波羅飛船共執(zhí)行過9 次登月任務(wù)，成功6 次。1968年12月，阿波羅8 號(hào)第一次載人繞月飛行；1969年7月21日，阿波羅11號(hào)宇航員尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林成為第一批在月球上行走的人類。

阿波羅緊急逃生系統(tǒng)測(cè)試

6.航天飛機(jī)

20世紀(jì)60年代，NASA 和美國(guó)空軍聯(lián)合研究決定研發(fā)一款可重復(fù)使用的航天器，以節(jié)約成本。1968年12月NASA 成立了航天飛機(jī)任務(wù)組，并向通用動(dòng)力、洛克希德、麥道、北美航空等公司發(fā)出研究合同。1974年，第一架航天飛機(jī)企業(yè)號(hào)開始建造，之后在愛德華茲空軍基地進(jìn)行了測(cè)試，但其并不具備軌道飛行能力。在優(yōu)化技術(shù)后，首批軌道飛行航天飛機(jī)哥倫比亞號(hào)、挑戰(zhàn)者號(hào)、發(fā)現(xiàn)號(hào)和亞特蘭蒂斯號(hào)陸續(xù)完成。1986年挑戰(zhàn)者號(hào)出現(xiàn)事故，致使7 名宇航員喪命。1991年，用于取代挑戰(zhàn)者號(hào)的奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)開始建造。隨著人類的太空探索目光越來越遠(yuǎn)，只服務(wù)于近地軌道的航天飛機(jī)已沒有了用武之地。2011年7月21日，最后一次發(fā)射任務(wù)結(jié)束后，航天飛機(jī)正式退出了歷史的舞臺(tái)。

挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)在軌飛行

現(xiàn)在

1.聯(lián)盟號(hào)系列載人飛船

聯(lián)盟號(hào)載人飛船自20世紀(jì)60年代以來一直處于服役狀態(tài)，目前已發(fā)射超過140 次。其最初是科羅廖夫設(shè)計(jì)局為蘇聯(lián)太空計(jì)劃設(shè)計(jì)，用于接替東方號(hào)載人飛船，同時(shí)負(fù)責(zé)蘇聯(lián)載人登月計(jì)劃部分任務(wù)。在2011年航天飛機(jī)退役后，聯(lián)盟號(hào)成為全世界運(yùn)送宇航員往返空間站和地球的重要交通方式。聯(lián)盟號(hào)載人飛船按照時(shí)間和用途不同，已更迭數(shù)代，以滿足日益復(fù)雜的載荷需求。

第一代（1967-1971）

第一代飛船（聯(lián)盟號(hào)1-聯(lián)盟號(hào)11）可搭載3 名宇航員（艙內(nèi)無需穿宇航服），飛船區(qū)別主要在于太陽能電池板結(jié)構(gòu)和天線系統(tǒng)。其中，聯(lián)盟號(hào)7L-L1 主要用于繞月飛行，但因系統(tǒng)故障過多最終報(bào)廢。后續(xù)版本也是狀況連連，甚至曾出現(xiàn)弗拉基米爾·科馬羅夫在返回地球期間飛船墜毀遇難的慘烈事故。

第二代（1973-1981）

第二代飛船（聯(lián)盟號(hào)12-聯(lián)盟號(hào)40）代號(hào)為聯(lián)盟號(hào)7K-T，也被稱為“渡輪”。初期版本主要是從軍用版聯(lián)盟號(hào)飛船概念衍生而成，能夠搭載2名宇航員。不過幾款測(cè)試機(jī)型均未實(shí)際飛行。直至1975年，為聯(lián)盟號(hào)-阿波羅號(hào)測(cè)試計(jì)劃中設(shè)計(jì)的聯(lián)盟號(hào)7K-TM 的出現(xiàn)，事情才有了新的進(jìn)展。7K-TM 采用了符合美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的制造工藝，使其能與阿波羅系列飛船對(duì)接。

第三代（1976-1986）

第三代飛船為聯(lián)盟號(hào)-T 型載人飛船，其再次裝備了太陽能電池板，具有更長(zhǎng)的任務(wù)時(shí)間，可搭載3 名宇航員（需身著宇航服）。

第四代（1986-2016）

第四代飛船分為三個(gè)階段，1986-2002年間為聯(lián)盟號(hào)-TM 型載人飛船，主要用于向和平號(hào)空間站、國(guó)際空間站運(yùn)輸宇航員和物資。2003-2012年為聯(lián)盟號(hào)-TMA 型載人飛船。其為滿足國(guó)際空間站新的服務(wù)要求做了諸多改進(jìn)，內(nèi)部空間布局更靈活，可根據(jù)任務(wù)需求搭載多名乘客。2010-2016年間為聯(lián)盟號(hào)-TMA-M 型載人飛船，是TMA型的升級(jí)版，采用了全新的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，總重減少了近70 千克。

第五代（2016-至今）

第五代飛船型號(hào)為聯(lián)盟號(hào)MS，采用了更高效的太陽能電池板，啟用了重量更輕，功耗更低的新型對(duì)接模塊，支持GLONASS / GPS 和Cospas-Sarsat 衛(wèi)星系統(tǒng)。

聯(lián)盟號(hào)在拜科努爾發(fā)射場(chǎng)發(fā)射

聯(lián)盟號(hào)與國(guó)際空間站對(duì)接

搭載神舟十三號(hào)飛船的長(zhǎng)二F 火箭發(fā)射升空

2.神舟系列航天飛船

自1992年立項(xiàng)以來，中國(guó)載人航天工程開始按“三步走”發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施。1999-2002年，成功進(jìn)行4 次神舟無人飛船飛行試驗(yàn)。2003年10月15日，我國(guó)首位航天員楊利偉乘坐神舟五號(hào)飛船順利升空，在太空飛行14 圈后，順利返回內(nèi)蒙古四子王旗主著陸場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了中華民族千年的飛天夢(mèng)想。至此，中國(guó)揭開了載人航天的新篇章。截至2022年，神舟系列航天飛船已發(fā)射14 次，陸續(xù)完成了出艙、空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)、空間站交會(huì)對(duì)接、太空駐留等任務(wù)。未來，新時(shí)代航天人在攀登世界前沿科技高峰的道路上，將再創(chuàng)一幕幕奇跡和輝煌，用科技實(shí)力展現(xiàn)中國(guó)的大國(guó)自信與擔(dān)當(dāng)。

3.太空船二號(hào)亞軌道載人飛船

太空船二號(hào)是維珍公司專為太空旅行設(shè)計(jì)的一款亞軌道載人飛船。其由WK2 飛機(jī)攜帶升空至發(fā)射高度后，通過火箭發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)沖破大氣層并進(jìn)入亞軌道。從2018年開始，太空船二號(hào)已成功完成4 次載人飛行任務(wù)，但最高飛行高度仍不到90 千米，按照計(jì)劃2023年將進(jìn)行第5 次載人飛行。未來，太空船二號(hào)將投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)使用，其可容納8 名乘客（含2 名駕駛員），飛行時(shí)間約2.5 小時(shí)，只有幾分鐘處于太空，飛行票價(jià)預(yù)計(jì)超過25 萬美元/人。

在空中脫離WK2 飛機(jī)的太空船二號(hào)

龍飛船與國(guó)際空間站對(duì)接

4.SpaceX 龍系列飛船

龍系列飛船是SpaceX 公司開發(fā)和制造的，用于往返國(guó)際空間站的載人/載貨飛船。在與NASA 簽訂運(yùn)輸合同后，截至2022年4月龍飛船已成功完成7 次載人飛行任務(wù)。該飛船擁有2 個(gè)變體機(jī)型，分別是專門用于載人運(yùn)輸?shù)摹按瑔T（Crew Dragon）”系列和用于載貨運(yùn)輸?shù)摹柏涍\(yùn)（Cargo Dragon）”系列。目前，SpaceX 龍系列飛船是美國(guó)唯一仍在運(yùn)營(yíng)的載人軌道運(yùn)輸飛船、唯一可重復(fù)使用的軌道載人飛船和唯一可重復(fù)使用的軌道貨運(yùn)飛船。

新謝潑德2 號(hào)飛船發(fā)射瞬間

5.新謝潑德載人飛船

新謝潑德是一種垂直起飛、垂直降落的載人亞軌道飛船，由藍(lán)色起源公司設(shè)計(jì)制造，其命名是為了紀(jì)念首位進(jìn)入太空的美國(guó)宇航員艾倫·謝潑德。該飛船于2015年進(jìn)行無人測(cè)試，成功到達(dá)100.5 千米高度后安全返回并垂直著陸。藍(lán)色起源公司原計(jì)劃2018年開始商業(yè)太空旅行，并開始售票。后因故將這一計(jì)劃推遲到2021年。2021年7月，某中國(guó)人以2800 萬美元的價(jià)格購(gòu)買了首次太空旅行的機(jī)票。截至2022年8月，新謝潑德已將32 名乘客送入太空。

未來

1.CST-100 星際航線載人飛船

CST-100 是波音公司制造的可重復(fù)使用的載人飛船，主要用于往返地球與國(guó)際空間站和亞軌道飛行。其返回艙直徑略大于阿波羅飛船，但小于龍飛船，最多可搭載7 名乘客。按照計(jì)劃，該飛船能在國(guó)際空間站?？砍^7 個(gè)月，并反復(fù)使用超過10 次。2019年底，CST-100 開始進(jìn)行無人軌道飛行測(cè)試，但并不成功。在更換了新的服務(wù)艙后，問題得以解決，計(jì)劃于2023年2月后進(jìn)行首次載人飛行測(cè)試。

CST-100 飛往國(guó)際空間站

用于測(cè)試的獵戶座1 號(hào)飛船

莫斯科航展上展出的聯(lián)邦號(hào)飛船模型

2.獵戶座載人飛船

獵戶座是部分可重復(fù)使用的載人飛船，是針對(duì)阿耳忒彌斯計(jì)劃（NASA牽頭，歐洲ESA、日本JAXA、加拿大CSA 航天局聯(lián)合研究的探月計(jì)劃）而設(shè)計(jì)的。飛船由洛克希德馬丁公司設(shè)計(jì)制造的返回艙和空客防務(wù)制造的服務(wù)艙組成，可搭載6 名乘員，能不?？砍掷m(xù)飛行21 天（停靠空間站則增加至6 個(gè)月）。其配備了太陽能電池板、自動(dòng)對(duì)接系統(tǒng)和仿波音787 客機(jī)的玻璃駕駛艙。按計(jì)劃，獵戶座飛船將于2025年正式發(fā)射，執(zhí)行載人探月任務(wù)。

3.星艦飛船

星艦是SpaceX公司制造的可重復(fù)使用的飛船，由2 級(jí)助推器和太空艙組成，體積巨大。按計(jì)劃星艦可運(yùn)送100 噸貨物至近地軌道，之后太空艙可由燃料艙加注動(dòng)力燃料，以便飛向其他軌道或目的地。此外，太空艙可通過發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)返回著落或成為登月艙。該飛船主要為火星任務(wù)設(shè)計(jì)，能夠降落在除金星外太陽系所有具有巖石表面的星球上。根據(jù)阿耳忒彌斯計(jì)劃的要求，星艦預(yù)計(jì)在2025年前完成至少一次載人任務(wù)和非載人任務(wù)。

4.聯(lián)邦號(hào)載人飛船

聯(lián)邦號(hào)是俄羅斯正在開發(fā)的新一代可重復(fù)使用的載人飛船，主要用于替代現(xiàn)有聯(lián)盟號(hào)飛船。其最初版本原本打算用于太空旅行商業(yè)運(yùn)營(yíng)，然而開發(fā)過程并不順利，導(dǎo)致項(xiàng)目擱淺。2013年，俄羅斯聯(lián)邦航天局發(fā)布新的合同，繼續(xù)研發(fā)聯(lián)邦號(hào)飛船。在新合同中明確，聯(lián)邦號(hào)將有不同改型出現(xiàn)，以應(yīng)對(duì)未來可能的近地軌道載人貨物運(yùn)輸、月球探索、火星探索及無人駕駛等任務(wù)。作為替代聯(lián)盟號(hào)的新飛船，聯(lián)邦號(hào)擁有更長(zhǎng)的任務(wù)時(shí)間，與空間站對(duì)接后可在太空停留一年以上，或?qū)⒂詈絾T送入月球軌道并建立月球軌道站。

裝在發(fā)射底座上的星艦SN9