美国新一代载人飞船

2004年1月14日，美国总统布什宣布要发展猎户座飞船，以取代现在的航天飞机，作为美国未来的载人航天运输工具，也是美国21世纪新航天计划（即星座计划）的重要组成部分。

猎户座飞船，原称为“乘员探测飞行器”，外形与美国早期的阿波罗飞船基本相似，能乘载4名～6名航天员。美国航宇局计划2010年在航天飞机退役以后用它来承担国际空间站的人员运输任务，以后在美国重返月球和载人火星飞行计划中，承担星际空间人员的来回运输任务。

为什么要用飞船取代航天飞机

1986年发生挑战者号事故，2003年又发生哥伦比亚号事故，两起事故发生后，五架航天飞机只剩下三架，使美国人对航天飞机完全丧失了信心。多年的实践证明，航天飞机并不是一种理想的天地往返运输工具，它技术复杂、机上的结构件和设备老旧、安全可靠性很低，很多方面都没有达到原定的设计要求，特别是没有能大幅度降低载人航天的费用，美国航宇局早就计划发展新一代航天飞机，用以取代目前的航天飞机。

1986年，挑战者号航天飞机爆炸事故发生后数周，美国总统里根就提出发展国家空天飞机，作为航天飞机的替换品。空天飞机是世界上第一艘能单级入轨的载人航天器，里根称它为“新的东方快车”。这种航天器能够以普通飞机的方式起飞，能在30千米～100千米高的大气层中飞行，能加速到25倍音速，也能直接进入低地球轨道，完成航空航天任务后再返回大气层，并能水平着陆。但是由于空天飞机的技术难度大，所需投资多，研制周期长，航宇局没有成功的把握，因此于 1994年将这项计划取消。

1996年6月，美国航宇局又提出发展X-33可完全重复使用的新一代航天器的计划。像第一代航天飞机一样，X-33采取垂直发射和水平降落的形式，它靠自身发动机和内置燃料，无需外挂燃料箱就能进入轨道，不但能节省大量人力物力，同时还能缩短两次任务之间的准备时间。美国航宇局希望它能比老一代航天飞机节省90%的发射费用。但也是由于技术困难和经费超支，在经过5年的研究、耗资12.6亿美元后，航宇局于2001年不得不中止了这项计划。

在哥伦比亚号航天飞机事故以后，美国航宇局又宣布发展轨道航天机的计划。这种新型航天机将于2010年起替换现在的航天飞机。轨道航天机有两项任务：一是将航天员运送到国际空间站再运送回地球；二是充当备用救生船，以便空间站发生紧急情况时航天员逃生使用。轨道航天机比现在的航天飞机小巧，仅能乘坐4名航天员。它的另一个优点是其准备升空的时间较短。航宇局计划投入48亿美元进行研发，预计2010年可升空。

2003年，当轨道航天机正在紧张研制之际，美国出现了关于新一代载人航天器是采用太空舱式结构还是采用带机翼的飞机式结构的争论。经过对两种结构的大量比较研究，特别是俄罗斯联盟号飞船的成功经验，很多人转向支持太空舱式结构。俄罗斯的联盟号飞船号称为世界上最安全的飞船，飞行36年，仅发生过两起重大事故，与美国的航天飞机相比，真是名不虚传。不过由于要重返月球，因此一些人提出这种太空舱式结构应该是相似于阿波罗飞船的结构。阿波罗飞船结构不仅简单和安全，而且生产和使用的成本都比较低。另外，阿波罗飞船经过实践的考验，曾将美国人安全地送上月球和返回地球，阿波罗飞船是一种比较成熟的技术，采用这种技术可以大大缩短开发研制的周期。

猎户座飞船的组成和结构

猎户座飞船由四部分组成：乘员舱、服务舱、飞船结合段和发射终止系统。乘员舱呈圆锥形，服务舱呈圆筒形，两者结合起来跟美国以前的阿波罗飞船指令舱和服务舱非常相似，真是如出一辙。

乘员舱跟阿波罗飞船的指令舱外形完全一样，呈70°的圆锥体，舱内可乘坐6名航天员，而阿波罗飞船的指令舱最多只能乘坐3名航天员。虽然猎户座飞船外形上与阿波罗飞船相似，但里面的系统和设备则是现代的，而且相当先进。例如仪表部分采用波音787飞机的数字式系统；控制部分既可自控又可手控，在应急情况下航天员可用手控取代自控；废物处理系统采用国际空间站上的男女通用的厕所；舱内使用1个大气压力的氮氧混合大气，以便航天员在里面更舒适。此外，飞船的推力系统、电子系统、计算机系统、环控生保系统和防热系统都是采用21世纪最先进的技术。

猎户座飞船乘员舱的最大特点是采用了降落伞与反推火箭相结合的回收系统，从而使乘员舱能像俄罗斯的联盟号飞船一样在陆地上着陆。还有一个特点是这种乘员舱能部分重复使用，每一个乘员舱最多能重复使用10次。防热系统比航天飞机的更好、更安全可靠。

猎户座飞船乘员舱的最大直径是5米，舱内加压部分的容积是20立方米,可供航天员使用的容积是11立方米，飞船净重14吨，推进剂重量9.35吨，飞船着陆重量7.4吨,能从月球上带回来的有效载荷的重量为100千克，服务舱发动机的推力33362牛顿。

猎户座飞船的服务舱呈圆筒形，比阿波罗飞船的更大、更短、更轻。舱的两侧有两个圆形太阳电池板。舱内装有飞船的主发动机，这种发动机是AJ-10火箭发动机，使用自燃推进剂。舱内还装有环控生保系统，向航天员提供新鲜的氧气、饮用水和冷却用水，另外废物处理系统还可将废水和尿过滤和再生成冷却用水。在飞船发射时，乘员舱和服务舱外都安装有玻璃纤维防护罩，在发射2分半钟后被抛弃。

飞船的发射终止系统，以前称为发射逃逸系统，是在发射架上或在飞船的上升段发生事故时，将乘员舱与运载火箭分离。该系统安装在飞船的最前端。

猎户座飞船在完成国际空间站的运输任务中，能在轨道上保持与国际空间站的对接状态长达6个月，目的是保证国际空间站上的航天员可以随时返回地球。在完成航天员登月任务中，能在无人照料的情况下在月球轨道上停留6个月，等待航天员从月面返回。猎户座飞船也可以完成货运任务，在这种情况下可以无人驾驶。猎户座飞船在完成国际空间站的运输任务中可乘坐6名航天员，而在完成航天员登月任务中只能乘坐4名航天员。

在研制和设计猎户座飞船的过程中，美国航宇局曾对原计划作了几次重大修改。例如飞船主发动机使用的推进剂，原来是用液体甲烷，后来才改为用自燃推进剂。使用液体甲烷的优点是，将来可以就地取材。将来飞船飞到月球、火星或其它天体后，可以从月球、火星或其它天体上就地开采和提取液体甲烷。不过这种用液体甲烷做推进剂的技术目前尚不成熟，研发这种技术可能会耽误时间，为安全稳妥起见，航宇局后来决定改用自燃推进剂。

美国航宇局计划于2012年实现首次无人飞行，2014年9月实现首次载人飞行，2019年实现首次登月飞行，2020年开始载人火星飞行的准备工作。

在美国21世纪太空探索的星座计划中，对猎户座飞船的发展分为三个阶段：

第一阶段：完成猎户座飞船的研发工作，在航天飞机退役以后，负责国际空间站的人员运输任务；

第二阶段：提高猎户座飞船的飞行能力，能完成长达几个月的飞行，能将航天员送到月球并安全返回；

第三阶段：在2020年以后，提高猎户座飞船在星际空间的飞行能力，能将航天员运送到火星、小行星或太阳系的其它天体附近。

阿瑞斯运载火箭

阿瑞斯运载火箭是美国航宇局为其星座计划正在研发的一种新型火箭，它用希腊神话中的战神阿瑞斯的名字命名，分为两种型号：阿瑞斯I号载人火箭和阿瑞斯V号载货火箭。猎户座飞船用阿瑞斯I号载人火箭发射；其它航天设备和航天器（如登月舱和飞离地球级等）用阿瑞斯V号载货火箭发射。

阿瑞斯I号载人火箭由第一级和上面级两部分组成。第一级是一种单级的固体火箭助推器，由航天飞机的固体火箭助推器演变而来。上面级使用液氧／液氢J-2X火箭发动机，这是由阿波罗计划的土星V号火箭的J-2发动机演变而来。阿瑞斯I号载人火箭高72.7米，起飞质量900吨，能将24.75吨的有效载荷发射到低轨道上。

阿瑞斯V号载货火箭也是两级火箭，第一级是在航天飞机巨大的外燃料箱的基础上再增大尺寸，在燃料箱的下面装有5台RS-68型液氧／液氢火箭发动机，另外在燃料箱的两侧还捆绑着两枚固体燃料的火箭助推器。上面级也是用J-2X火箭发动机。阿瑞斯V号载货火箭高108米，起飞质量3240吨，能将128.7吨的有效载荷发射到低轨道上。

在完成月球运输任务中，阿瑞斯I号载人火箭和阿瑞斯V号载货火箭都要使用。首先用阿瑞斯V号载货火箭将登月舱和脱离地球级发射到低地球轨道，然后再用阿瑞斯I号载人火箭将载有航天员的猎户座飞船发射到低地球轨道，在低轨道上飞船与登月舱和脱离地球级对接。对接成三位一体后再用脱离地球级将飞船和登月舱推进到月球轨道。到达月球轨道以后，航天员将乘坐登月舱的下降器下降到月面上，这时猎户座飞船就停留在月球轨道上。航天员在完成月球探测任务后，乘坐登月舱的上升器返回到月球轨道，最后换乘猎户座飞船返回地球。