獵戶座太空船

獵戶座太空船

獵戶座太空船是美國國家航空航天局(NASA)“星座計劃”的一艘太空船。美國東部時間2014年12月5日早7點05分,美國獵戶座太空船在佛羅里達州卡納維拉爾角基地發射升空。

研發背景


獵戶座太空船
獵戶座太空船
“獵戶座”飛船是美國國家航空航天局(NASA)的“星座計劃”(Constellation program)的一個關鍵組成部分。可同時向國際空間站輸送6名宇航員,並能夠同時向月球輸送4名宇航員。
首飛時間最初定於2015年,但2010年初,因為資金短缺、進度拖后、設計思想有爭議等原因,美國政府終結星座計劃,獵戶座飛船也隨之成為泡影。后又通過計劃。
2013年11月,據美國宇航局網站報道,美國首個深空載人飛船——獵戶座飛船首次進行了通電測試,從而為2014年首次發射升空鋪平道路,這是獵戶座飛船研製過程中的一項重要里程碑。

載人計劃


NASA在其網站上表示,獵戶座太空船發射原定於2014年12月4日進行,但當時由於一艘船隻意外駛入發射海域、風力過大和火箭某個助推器閥門不正常等一系列問題被推遲24小時。
這是美國航天局(NASA)對新型宇宙飛船“獵戶座”的試射飛行,經過約4個半小時的試飛后,飛船於北京時間2014年12月6日零時29分墜入太平洋海域。該款宇宙飛船長遠計劃用作接載航天員離開地球軌道,登陸小行星甚至火星進行探索,《大西洋月刊》稱,這一天為“火星時代的第一天”。這是1972年12月阿波羅17號進行最後一次載人登月後,首個外層空間載人探索計劃。
此次試飛耗資約3.7億美元。飛船繞地球飛行兩圈,飛行高度將達到5800千米,比國際空間站飛行高度還要高15倍。這一高度可保證再入地球大氣層時速度提升至每小時3.2萬公里,使飛船隔熱罩接受約2200攝氏度的高熱考驗。自1972年最後一艘“阿波羅”探月飛船返回地球以來,尚無載人飛船像“獵戶座”這樣飛出地球低軌道之外。
此後,在大氣摩擦力作用下,飛船將減速到每小時480公里,然後開始測試降落傘系統,要求是使飛船最終減速至每小時32公里,以平穩墜入加利福尼亞海岸以西的太平洋海域,由在那裡的美國海軍回收。

歷史沿革


獵戶座太空船
獵戶座太空船
美國東部時間2014年12月5日7時5分(北京時間20時5分),美國現有最強大的“德爾塔”-4重型運載火箭點火,攜未搭載宇航員的“獵戶座”飛船在朝霞中從佛羅里達州肯尼迪航天中心升空。進行持續約4個半小時的首次不載人試飛。
2014年12月5日,美國宇航局(NASA)的獵戶飛船試驗結束,飛船在墨西哥附近的太平洋海域墜落。
2014年12月5日早7點05分(美國東部時間),美國“獵戶座”太空飛船在佛羅里達州卡納維拉爾角基地發射升空。按照原訂計劃,“獵戶座”繞著近地球軌道兩圈再返回地球,耗時約4.5小時。無人機拍攝的錄象顯示飛船的降落傘打開后徐徐向下跌,不久后掉進海里。之後美國海軍船隻在潛水員協助下,迅速駛進該海域打撈出飛船。
2014年12月6日,美國航天局電視一名解說員表示,飛船已經降落,降落已得到確認。他還表示,此次持續約4個半小時的旅程“是人們想象中的最完美的飛行”。“獵戶座”將由等待在那裡的美國海軍幫助回收,以供將來使用。

試飛歷程


美新一代太空船獵戶座將發射
美新一代太空船獵戶座將發射
NASA希望在2025年左右,送載人宇宙飛船上小行星,隨後10年,再把人類送上火星。獵戶座宇宙飛船(Orion)將飛行4個半小時,目標測試擋熱板、降落傘和將航天員送進太空深處再平安返回地球所需的其它系統。
4個半小時的飛行中,有9個重要的關鍵時間點:
發射后1分25秒,獵戶座宇宙飛船將超越音速。
發射后4分鐘,三角洲四號重型火箭的其中兩個推進器會拋載。
5分30秒后,最後1個推進器燃燒,並與上節火箭發動機分離。
3小時后,獵戶座宇宙飛船會通過范艾倫輻射帶(Van Allen belt)的強輻射層,並抵達最高高度、距離地球5800公里處的太空,比國際太空站與地球距離遠15倍。
3小時23分鐘后,獵戶座宇宙飛船會與機械艙和三角洲四號重型火箭的上層分離,並準備返回地球。
3小時57分鐘,獵戶座宇宙飛船轉向推進器啟動,調整重返大氣層方位。
4小時15分鐘,獵戶座宇宙飛船所承受的高溫將達到整段旅程最熱的攝氏2200度。
4小時19分鐘,降落傘張開,讓宇宙飛船減速。
4小時23分鐘后,獵戶座宇宙飛船會落在墨西哥下加利福尼亞州(Baja California)外海約965公里。團隊將打撈宇宙飛船並將它送往加州聖地亞哥。

任務目標


美國宇航局為打造“獵戶座”飛船已經花費90億美元,計劃於2021年首次載人飛行,一旦充分運作,飛船可承載4至6名宇航員離開地球軌道,執行飛往月球、登陸小行星,乃至最終到火星的探測任務。
由於是第一次升空試飛,因此飛船不載人。但即便如此,美國宇航局仍然表示,這是一次重大的進展,將是1972年12月阿波羅17號進行最後一次載人登月後,首個外層空間載人探索計劃。
“獵戶座”飛船的發射被視為美國太空梭退役后最受矚目的航天事件,加上美國商業航天11月接連發生事故,更令外界關注美國今後航天發展。

飛船技術


IBM PowerPC 750FX 處理器
IBM PowerPC 750FX 處理器
美國航空暨太空總署(NASA)於美東時間2014年12月5日上午順利完成首次獵戶座(Orion)太空船無人飛行測試任務,採用的技術並非高規格的優良設備,而是採用12年前就問世的──IBM PowerPC 750FX處理器。
獵戶座配備的PowerPC 750FX處理器速度為900MHz,匯流排速度為166MHz,搭載512KB的L2快取內存,採用130納米製程,相較於現今Intel Core M系列的14納米製程技術,獵戶座搭載的處理器可稱得上是歷經歲月洗刷的老古董了。

結構組成


獵戶座飛船的組件結構圖
獵戶座飛船的組件結構圖
獵戶座飛船“載人及服務模塊”(CSM)的結構包括兩個主要的部分:一個圓錐形的載人艙,以及一個圓柱形的服務艙。後者除了提供飛船的推進動力之外,還提供額外的供給。這兩者都是在1967年至1975年執行任務的阿波羅號飛船命令及服務模塊的基礎上進行設計的,除此以外,還參考了太空梭計劃中所衍生出來的新型技術。

載人模塊


“獵戶座”的載人模塊由美國洛克希德·馬丁公司建造。儘管其採用了與上世紀60年代開發的“阿波羅”飛船相近的設計理念,但其採用的計算機系統比之前任何載人飛船都要先進,載人模塊也使用了多項較為完善的技術。
比如自動對接系統,與俄羅斯“進步號”和歐洲自動運載飛船所使用的相似,該系統允許在緊急情況下由宇航員全權控制。此前,其他美國飛船,如“雙子星座”飛船、“阿波羅”飛船,以及太空梭等,在進行對接時都需要手動操作。改進過的廢棄物管理設備,包括一個微型野營式馬桶,以及一個在太空梭和國際空間站中已投入使用的不分性別的“便溺管”。
因此,該飛船將徹底取消遭人恨的“阿波羅袋子”。之所以被稱為“阿波羅袋子”,是因為“阿波羅”飛船上的宇航員必須使用這種“設備”。該“設備”其實就是一個開口處有黏性的塑料袋,排便時需要將其粘貼在屁股上,然後再進行排便。
載人模塊的一大特點在於可以重複使用。根據NASA的計劃和相關設計,每一個模塊可以執行最多10次飛行任務,目的在於可形成包含載人及無人駕駛的“獵戶座”飛船編隊。整個模塊的隔熱方式和飛船中其他非關鍵部位一樣,都是用諾梅克斯材料製成的隔熱氈進行包裹。可重複利用降落傘是基於“阿波羅”號及太空梭固體助推器的降落傘進行設計的,並同樣使用了諾梅克斯布料來製作。
“獵戶座”的載人模塊只能通過在水上降落來實現回收。“獵戶座”下水試驗,主要還是想嘗試在海面降落,測試它的相關性能,包括浮力、密封性等。原因在於,如果是在陸地著陸,降落速度需要控制在3米/秒左右才能軟著陸;而在海面降落的話,由於海水自備的緩衝性能,速度可以放寬到10米/秒。美國以往的“雙子星”飛船以及“阿波羅”飛船都是在海面降落,但“獵戶座”通過改進,未來也可以在地面著陸。

首飛紀念


NASA製作的虛擬登機牌
NASA製作的虛擬登機牌
這次試飛雖然不載人,但飛船里會裝有一些紀念品,比如一枚硬幣大小的晶元,這枚晶元裡面儲存著超過100萬人的姓名,並且為他們製作了特質虛擬登機牌,填上名字,就可以拿到“船票”然後你的名字就跟著太空船首飛了。此外還有少量月球土壤樣品,還有著名兒童教育節目《芝麻街》的一些道具,這是美國航天局與該節目合作促進科學教育項目的一部分。