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標題:    以獵戶座飛船為核心——洛克希德馬丁公司的深空關口站和火星運輸設想     點閱:208   2017/8/13 上午 11:42:46
以獵戶座飛船為核心——洛克希德馬丁公司的深空關口站和火星運輸設想

刊登于《太空探索》2017年7月刊

作者 | 晨駟

以獵戶座飛船為核心——洛克希德馬丁公司的深空關口站和火星運輸設想

火星基地藝術想象圖

就在美國航宇局(NASA)和波音高調推出深空關口站的同時,洛馬公司也找了一個不錯的場合,向全世界宇航界高層詳細介紹了自己的深空關口站、深空運輸系統乃至火星著陸飛船計劃。這個場合在——北京!這場發布會,也成為2017年全球航天探索大會第二天上午議程的主題。

三艘“獵戶座”飛船正在制造

洛馬公司在北京發布大型航天工程細節,這在美國的航天政策環境下是一件非常不容易的事情。前來介紹的,是洛馬公司“獵戶座”飛船項目生產戰略負責人羅伯·錢伯斯和先進探索計劃架構師丹妮莉·里奇。這兩人在洛馬公司是載人航天工程的一線負責人之一。雖然他們并沒有接受采訪,但現場放映的幻燈和視頻內容豐富,不少內容在國內是首次見到。

以獵戶座飛船為核心——洛克希德馬丁公司的深空關口站和火星運輸設想

“獵戶座”飛船即將實施的第一次正式任務EM-1的飛行軌跡

以獵戶座飛船為核心——洛克希德馬丁公司的深空關口站和火星運輸設想

EM-1任務飛船想象圖

兩人首先介紹了即將實施的獵戶座飛船第一次正式任務EM-1。這艘將在2019年發射的飛船將環繞月球飛行,然后像阿波羅飛船一樣降落到海上回收。和此前人類的各種飛船相比,獵戶座要大得多。如果僅僅用于低軌道飛行,它可以攜帶36升氧氣、79.3立方分米的食物、3.54噸推進劑、40升飲用水、8個氧氣再生器。如果用于超越地球軌道的飛行,它可以攜帶180升氧氣、0.42立方米的食物、8.6噸推進劑、210升水和42個氧氣再生器。從PPT上,我們發現,洛馬廠房里至少有3艘獵戶座正在制造。其中完工度最高的一艘已經在安裝防熱瓦,或許這就是EM-1任務飛船。

而在介紹EM-2飛船時,兩人也展示了一張有趣的照片。EM-2將是第一艘執行載人任務的獵戶座飛船,身穿橙色模擬航天服的測試人員帶著復雜的頭盔,在用操縱桿模擬操作飛船。他的面前,是兩臺大型液晶顯示器。另有一段視頻顯示了機器人加工獵戶座飛船結構的過程。

以獵戶座飛船為核心——洛克希德馬丁公司的深空關口站和火星運輸設想

以“獵戶座”為核心的深空關口站

在NASA的未來空間探索計劃中,“獵戶座”飛船處在核心地位,它將是NASA用來飛向月球、火星、小行星帶的通用主力飛船。所有其他美國企業制造的載人航天器都要與它兼容互操作。洛馬自然不會放過這樣的先天優勢。

以獵戶座飛船為核心——洛克希德馬丁公司的深空關口站和火星運輸設想

未來的指令艙

洛馬的深空關口站從結構上來說,是以居住艙為核心的,但是從指揮控制的角度來看,實際上還是以獵戶座飛船為核心。這個深空關口站由獵戶座飛船、居住艙、居住支持艙、出艙活動艙、存儲與后勤服務艙、機械臂幾個大的部分組成。關口站的指令和導航中心設在獵戶座飛船內,深空導航敏感器也設置在這里。它還是生命保障系統的中樞和關口站的救生艇。

居住艙內的設施可以供4名航天員工作30~60天,能讓乘坐獵戶座飛船前來的航天員們住得寬敞一些。

居住支持艙負責發電、推進,也具備一定的通信能力,同時還要負責制氧,降低獵戶座飛船的生命保障系統工作負荷。在這個艙的外側,有兩片巨大的太陽電池。

出艙活動艙也就是我們常說的氣閘艙。它對接在居住艙的上方。但是從效果圖上看,它的上方似乎還可以對接其他艙段。

存儲與后勤服務艙兼作倉庫、冷庫和垃圾收納站。如果航天員不嫌棄,也可以在這里睡覺或者冥想。這個艙本身沒有動力,它用SLS火箭發射后,要用獵戶座拖帶到關口站上。

機械臂的作用和國際空間站的一樣,不過看上去沒有國際空間站的機械臂那么復雜。

為了保證飛行安全,洛馬深空關口站的計算機采用了四重備份,其中兩重在獵戶座飛船里,兩重在居住艙里。站內還設置了三重備份的高速以太網、異態備份飛行軟件。還有一個功能會讓所有人都很滿意:站內有WiFi,航天員不但可以在獵戶座飛船里用固定的大型顯示器干活,還可以在站內任何地方用平板電腦接入網絡。兩種終端的操作界面是一樣的,無論控制設備還是調用電子文檔,都可以躺著完成,老板還不會批評!

在供電方面,獵戶座飛船本身的太陽電池壽命末期發電能力就可以達到11.1千瓦,加上居住支持艙的一對電池,供電顯然是充裕的。

超級龐大的深空運輸飛船

如果說洛馬的深空關口站體積還不算太大,那么他們推出的深空運輸飛船就是個真正的大塊頭了。錢伯斯并沒有明確給出這種飛船的體積和質量,但是他也把這種飛船組合體叫做“火星基地套件”。其中有兩艘獵戶座飛船作為指揮控制中心。兩套巨大的貨船組合運送水和其他液體貨物。每套貨船組合的端部是大型低溫燃料推進艙,與獵戶座飛船連接在一起。獵戶座的另一端是居住艙。在居住艙的外側,環繞著6個長圓形儲罐和6個球形儲罐,兩對白色的熱輻射板從儲罐縫隙里伸出,伸展在宇宙空間里。在居住艙的另一端,是實驗和起居艙,外面是厚重的防輻射層。

在熱輻射板的垂直方向,是兩片八邊形的巨大太陽電池陣。它們產生的電力不僅僅用于飛船的運行和航天員生活,還可以驅動一套電推力器。靠它飛向火星,可以把寶貴的化學燃料節省下來用在火星表面。

這套電推力器和這兩套貨船組合都用一個中心節點艙連接在一起。節點艙的側面還可以安裝一個多面體形狀的瞭望臺,和國際空間站上的那個瞭望臺形狀相同,但是想來要有更好的抗輻射措施。

在電推力器的對側,有一個被稱為“遠足艙”的小艙段,其實是一個供航天員出艙活動的氣閘艙。但是它的實際使用方法,可沒有穿上航天服爬出去這么簡單!

火星渡船?

當巨大的深空運輸飛船抵達火星軌道之后,該怎么降落下去呢?洛馬為我們提供了一個腦洞大開的設計。錢伯斯展示了一種看上去像航天飛機又像火箭的奇怪飛行器。它有四片對稱的肥厚尾翼和類似于航天飛機的駕駛艙。但是,如果僅僅把它當作火星上用的航天飛機,那可就錯了。這種飛行器的高度比低溫燃料推進艙+獵戶座飛船組合還高。在它的內部,有三分之二的高度被氫氧罐所占據,另外三分之一用來運人,最頂部是兩人位的指揮艙;下面是兩人位的臥鋪,也可以當作貨艙用;再下面是通向火星的氣閘艙和實驗室。這部分艙段的體積比獵戶座小得多,待在里面也不會舒服。但是從火星軌道到火星地表的飛行時間不算長,或許可以忍忍。為了描述方便,我們就把它叫做火星渡船。

按照錢伯斯的講解,當深空運輸飛船抵達火星軌道后,低溫燃料推進艙+獵戶座飛船組合就從居住艙分離,繞過90度,把獵戶座的前段對接在“遠足艙”上。然后火星渡船抵達,把頭部的艙蓋打開,露出對接口,與居住艙對接。航天員從這里進入火星渡船,還要把自己攜帶的行李、貨物運進去。與此同時,深空運輸飛船攜帶的各種液體貨物用管道輸送到火星渡船里。

這些工作完成后,火星渡船像航天飛機一樣進入火星大氣層、氣動減速。然后掉轉船身,用發動機向下噴射,逐步減速,垂直降落在火星上。

我們可以發現,傳統航天企業的科學家們一旦放開想象力,腦洞比艾隆·馬斯克一點都不小。但是需要注意的是,洛馬公司并沒有給出火星基地的設計。或許在他們看來,自己只負責把人員和貨物送到火星。他們到了火星以后該做些什么,還是等NASA動腦子吧。

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本文轉載自《太空探索》2017年7月刊,原標題《以獵戶座飛船為核心 ——洛克希德?馬丁公司的深空關口站和火星運輸設想》,作者 | 晨駟

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