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正文共： 6834字 11圖 預計閱讀時間： 18分鐘 處于十字路口的太空探索:
1997–2017 
太空艙獵戶座（Orion） 2003年2月1日，哥倫比亞號航天飛機在再入大氣層時解體，布什政府聽取了隨后的哥倫比亞號事故調查委員會的主要建議之一：在完成國際空間站的組裝后，讓航天飛機退役。2004年1月，喬治-W-布什總統(tǒng)宣布2010年為其最后一年的服役期。取而代之的是，他提出了一個復雜而雄心勃勃的計劃，名為 "太空探索愿景"，至少在某種意義上超過了航天飛機（一個局限于地球軌道的航天器）。布什要求建立一個能夠將宇航員送入深空的乘員艙和運載火箭?？偨y(tǒng)為航天飛機的繼任者提供了一個時間表：2014年首次飛行，至遲于2020年完成登月任務。除此之外，他還廣泛地談到了月球作為人類最終訪問火星的平臺。布什講話的樂觀精神很快就遇到了阿富汗和伊拉克的反恐戰(zhàn)爭所帶來的嚴峻的預算現(xiàn)實。NASA發(fā)現(xiàn)自己正在縮減總統(tǒng)的宏偉計劃，用一個基于歷史悠久的硬件的系統(tǒng)來取代昂貴的新技術。被稱為 "星座 "的計劃需要兩個獨立的發(fā)射器："戰(zhàn)神一號"，這是一個源自航天飛機固體火箭助推器的火箭；以及 "戰(zhàn)神五號"，這是一個由五臺RS-68發(fā)動機（就像德爾塔IV型上的那些型號）驅動的巨大飛行器，由一個巨大的外部油箱提供燃料并由另外兩個固體火箭助推器補充。戰(zhàn)神一號和戰(zhàn)神五號都使用土星五號的J-2第二級。星座計劃的創(chuàng)建者選擇了一個航天器，即獵戶座指揮和服務艙，用于將宇航員運送到地球軌道之外。與戰(zhàn)神一號和五號一樣，獵戶座大量借鑒了過去的經(jīng)驗。它非常類似于阿波羅指揮和服務艙的圓錐體外形，只是更加寬敞。它可以攜帶六名宇航員到國際空間站（ISS），四名宇航員到月球。在月球航行中，它重現(xiàn)了阿波羅的月球軌道會合結構：當獵戶座在月球上運行時，一個著陸器與它分離，飛到月球表面并著陸，在那里停留長達7天，并（利用其上級）與獵戶座會合，進行回家的旅程。返回地球的過程既模仿了阿波羅計劃，又與之相背離。在拋棄服務艙后，獵戶座的指揮艙通過降落傘落入大氣層。但不是在海上濺落，而是通過反托架和氣囊緩沖器使航天器下降到美國西部的一些地方進行地面著陸。NASA 獵戶座（Orion） MPCS (多用途乘員艙)
ESM (歐空局服務模塊)
在2006年的前七個月，三家航空航天公司--一邊是洛克希德-馬丁公司，另一邊是諾斯羅普-格魯曼公司加上波音公司--競標獵戶座太空艙項目。2006年8月31日，美國宇航局將主合同授予洛克希德-馬丁公司，金額為61億美元。但隨著2008年巴拉克-奧巴馬總統(tǒng)的當選，布什太空計劃的手段--與其說是目標，不如說是改變了。2010年4月在肯尼迪航天中心的一次演講中，奧巴馬總統(tǒng)概述了他的計劃，其中包括對小行星、月球甚至火星的載人任務。奧巴馬還取消了 "星座 "項目，但保留了 "獵戶座 "航天器。為了取代戰(zhàn)神號火箭，他提出了一種技術上更先進的運載工具，最終被稱為太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）。政府撤銷了與洛克希德-馬丁公司的合同，但簽署了一份持續(xù)到2020年的新合同，責成該公司為三次任務建造獵戶座。獵戶座的指揮和服務模塊與阿波羅的最大不同之處在于體積。它長8.1米，直徑5米，比阿波羅號短3米，寬1.2米。但更重要的是，它提供了總共19.5立方米的加壓空間，而阿波羅號只有10.4立方米，幾乎是后者的兩倍。獵戶座的重量為25,848公斤--令人驚訝的是，比阿波羅號少了大約4,500公斤。此外，與與星座項目有關的獵戶座不同，后續(xù)型號在海上降落，而不是在陸地上。而星座項目的配置需要三個不同的獵戶座型號來實現(xiàn)其不同的任務，NASA指示洛克希德在一個多用途的設計中建造新的獵戶座，以適應所有的緊急情況。獵戶座的測試始于2008年至2014年期間進行的一系列中止系統(tǒng)和濺射回收試驗。然后，在2014年12月5日，進行了第一次軌道發(fā)射：Delta IV重型火箭在大約4.5小時內將獵戶座繞地球兩圈。它達到了5,800公里的高度，之后降落在太平洋。工程師們評估了航天器的降落傘、棄置設備、機載計算機和熱防護罩。在這次飛行之后，下一次任務（定于2018年）預計將進行為期7天的無人駕駛月球往返航行，隨后計劃用獵戶座發(fā)射第一批船員，到2025年，航天局預計將送宇航員到附近的小行星進行考察。恢復以人為本的深空任務--自1972年阿波羅17號以來，美國宇航局從未嘗試過--并不便宜。僅獵戶座的成本估計（到2023年）就達204億美元，這個數(shù)字還不包括仍在開發(fā)中的巨大空間發(fā)射系統(tǒng)火箭的支出。龍?zhí)张摚―ragon）當喬治-W-布什總統(tǒng)和他的政府在2004年決定在哥倫比亞號事故后取消航天飛機計劃時，美國太空探索的未來受到了懷疑?？梢灶A見的是，按計劃在2010年航天飛機退役后，美國宇航局沒有能力將宇航員送入軌道。各行各業(yè)迅速響應，爭奪NASA的軌道業(yè)務，重點是，但不限于，為國際空間站（ISS）補給物資，并最終補給乘員。其中，加州霍桑的太空探索技術公司（SpaceX）（由企業(yè)家埃隆-馬斯克創(chuàng)立），在早期就取得了領先。SpaceX于2004年開始研制名為 "龍 "的太空艙，其獵鷹1號火箭于2006年進行了首次飛行。就在奧巴馬總統(tǒng)邀請各公司競爭合同的八個月后，龍?zhí)栍蒘paceX公司更新、更強大的獵鷹9號發(fā)射，首次亮相。2012年10月，"龍 "號成為第一個與國際空間站對接的私人航天器，它在那里運送物資并通過濺射將貨物送回地球。美國宇航局與SpaceX簽署了到2017年的15次國際空間站貨運任務的協(xié)議，從2019年到2024年至少還有6次。航天局同意為這些服務向SpaceX支付約28億美元。雖然是大客戶，但美國國家航空航天局代表了SpaceX的許多客戶之一；該公司在2006年6月至2017年7月期間總共進行了42次發(fā)射，其中10次是為美國國家航空航天局發(fā)射到國際空間站。在設計這些新的航天器時，龍飛船的工程師重視靈活性。除了最初的運輸模型，他們還開發(fā)了一個幾乎相同的載人版本（龍2，最多可搭載7名乘客），SpaceX通過利用前往國際空間站的貨運任務來測試載人部件，為飛行做準備。第三種非常相似的龍式變體，稱為龍式實驗室，將作為技術演示和科學實驗的載體。龍飛船的兩個部分包括一個鐘形艙，艙內有11立方米的增壓貨物空間。就在它的下面，在它的底部，它有推進器；一個制導、導航和控制艙；以及一個隔熱罩。第二部分，位于航天器下方，有一個圓柱形的軀干，包含太陽能電池陣列，提供14立方米的非加壓有效載荷容量?？偟膩碚f，龍飛船重達6000公斤，長7.2米，直徑3.7米，并提供25立方米的內部空間。2014年，SpaceX贏得了美國宇航局對龍2號的批準。該公司將以26億美元的價格開發(fā)該航天器，在有宇航員乘坐的測試飛行中對其進行驗證，然后將2至6名國際空間站工作人員送往空間站，計劃于2018年進行首次發(fā)射。這項協(xié)議代表了美國航天的一個新時代。如果成功，它將結束美國宇航局完全依賴俄羅斯運載火箭將其宇航員送入太空的七年時間，并開始美國宇航局將發(fā)射美國宇航員進入軌道的角色讓給私營公司的時期。Space X Dragon 2
CST-100奧巴馬總統(tǒng)在2010年呼吁商業(yè)公司競標國際空間站的運輸服務，SpaceX在響應這一呼吁時面臨著激烈的競爭。其他相對較小的公司，如軌道科學公司和杰夫-貝索斯的藍色起源公司也在爭奪美國國家航空航天局的這些合同。但是，在所有這些剛起步的公司面前，站著的是航空航天業(yè)的巨頭，它對自己的航天器-發(fā)射器組合有著宏偉的計劃。波音公司在這場競爭中以巨大的優(yōu)勢開始。它（或它所吸收的公司）不僅體現(xiàn)了從阿波羅、航天飛機和國際空間站計劃中獲得的豐富經(jīng)驗，而且它不需要開發(fā)新的火箭。由于它在2006年與洛克希德-馬丁公司建立了名為聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的伙伴關系，波音公司獲得了洛克希德公司久經(jīng)考驗的阿特拉斯五號火箭的使用權。阿特拉斯五號火箭自2002年以來一直在飛行，它的核心助推器帶有多達五個捆綁式固體火箭發(fā)動機和半人馬座第二級，具有強大的起飛能力。波音公司在2011年回應了奧巴馬總統(tǒng)的商業(yè)發(fā)射邀請，推出了一個阿波羅形狀的太空艙測試模型，它稱之為乘員太空運輸（CST）-100 Starliner。10月，CST在NASA的艾姆斯研究中心進行了風洞測試。第二年，波音公司在空投測試中使用了降落傘和氣囊，這是很重要的里程碑，因為與水星、雙子星和阿波羅不同，這個航天器是在地面上降落，而不是在海中。2012年，美國宇航局和波音公司就CST的基本布局達成一致，2014年，該公司首次公布了一個全尺寸的模擬模型--包括完整的內部布局。波音公司在其候選者中承諾了效率和現(xiàn)代性。由于它避免了飛濺，其工程師聲稱它可以提供高達10倍的重復使用。它的外殼由輕質、非焊接的蜂窩結構組成，它的其他特點包括自主對接、可容納7名船員的空間（NASA更喜歡5名船員加貨物的配置）、由人工駕駛支持的自動控制，以及源自波音商業(yè)飛機的令人愉悅的LED機艙照明。CST的長度為5.03米，最寬的直徑為4.5米。盡管在項目開始時承諾了里程碑，但發(fā)展的硬性事實要求進行技術和方案調整。最初的時間表預計在2013年進行停機坪測試，在2014年進行無機組人員的軌道飛行和雙機組人員的飛行測試，并在2015年將宇航員運送到國際空間站。場地中止試驗一直等到2017年10月，無機組人員的軌道飛行試驗一直到該年12月，而國際空間站任務（有一名宇航員和一名波音公司的試飛員）一直到2018年2月。推遲的原因是波音公司需要減少太空艙的質量，解決CST-100在阿特拉斯五號的發(fā)射和上升測試中發(fā)現(xiàn)的空氣動力學問題，并完成NASA要求的新要求所帶來的軟件修改。波音公司根據(jù)NASA在2014年9月的42億美元承諾繼續(xù)開展工作；SpaceX在同一時間獲得了大約28億美元。無論這些公司還是其他公司獲勝，NASA當局都期待著結果。最終，選擇贏家將使該機構擺脫宇航員轉運的困境，自2011年航天飛機退役以來，這種情況一直困擾著它。Boeing Starliner (CST-100)
神舟 （Shenzhou）從近年來的一連串成功來看，中國的載人航天計劃似乎是非常連貫和集中的。一個被稱為 "曙光 "的載人計劃早在1968年就開始了，承諾到1973年將有一名中國宇航員進入太空。但是缺乏資金和政治興趣不足注定了曙光計劃的失敗。在1970年代的剩余時間里，低水平的活動繼續(xù)進行，直到1980年，由于削減成本，所有工作都結束了。中國國家航天局（CNSA）在1980年代中期接過了接力棒，因為中國看到其他國家取得了巨大的進步，最引人注目的是美國的自由空間站、戰(zhàn)略防御計劃和航天飛機業(yè)務；以及蘇聯(lián)和俄羅斯的和平號空間站和暴風雪號航天器。在考慮了更先進的技術，如可重復使用的飛行器和航天飛機之后，中國當局在1992年決定著手開發(fā)一個有意識地仿照歷史悠久的聯(lián)盟號飛船的太空艙，與長征（CZ）-2F運載火箭的一個改型相配，為人類乘客進行升級。蘇聯(lián)通過向20名中國工程師提供獎學金，以及更直接地同意向中國航天局轉讓技術和宇航員培訓技術，來支持中國的努力。一旦新的太空艙在20世紀90年代進行了設計、制造和地面測試，它就進入了第二階段，從1999年11月開始乘坐現(xiàn)在的人類等級的長征二號F進行了四次無人飛行。中國自豪地將該航天器命名為 "神舟 "，但在最初的測試中只有其服務艙作為一個完整的功能單元飛行；仍未完成的軌道艙作為一個假人進入軌道。在這次飛行之后，被命名為神舟一號，2001年1月，神舟二號攜帶一只狗、一只猴子和一只兔子進入太空，以測試生命支持系統(tǒng)。2002年3月，神舟三號帶著一個模擬乘客進入太空，以評估太空飛行對人類生理的影響。2002年12月的神舟四號代表了即將到來的載人飛行的全面演練，在倒計時的部分時間里有一名乘員在太空艙內。這次任務按計劃進行，為第一位太空人掃清了道路。在首次發(fā)射之前，安裝在長征-2F頂部的航天器看起來與聯(lián)盟號驚人地相似，只是更大。與俄羅斯的飛行器一樣，它由三個主要部分組成：一個向前的軌道模塊（聯(lián)盟號是球形的；神舟號是半球形的）；中間的鐘形再入模塊；以及后面的圓柱形服務模塊。神舟號重7840公斤，長度超過9.25米，直徑超過2.8米，其太陽能電池組的跨度為17米。通過神舟五號，中國加入了美國和俄羅斯的行列，成為唯一有能力將人送入太空的國家。太空人楊利偉于2003年10月15日升空。他在21個小時內繞地球14圈，然后成功著陸。隨后又進行了六次神舟飛行任務，在這些任務中，乘員人數(shù)、在軌時間和任務的復雜性迅速增加--實質上，將幾十年的太空成就壓縮到了11年。在2005年10月12日發(fā)射的神舟六號中，兩名航天員開始了為期五天的旅程，在此期間他們首次居住在神舟的軌道艙中。2008年9月25日啟動的神舟七號載著三名乘客進行了為期三天的任務，在此期間，其中兩人進行了太空行走。然后發(fā)生了第二組突破性進展。在神舟八號的任務中，剛剛發(fā)射的中國空間站天宮一號在2011年11月3日的自動交會對接中接受了兩個測試假人的訪問。天宮一號的首次人類居住發(fā)生在2012年6月18日，當時神舟九號的機組人員--兩男一女--在上面呆了11天。神舟十號也載著兩男一女來到空間站，從2013年6月13日開始，他們花了12天時間進行技術和科學實驗，以及與人體生理學有關的研究。最后，在2016年10月16日，神舟十一號載著兩名船員前往新的天宮二號空間站，以33天的任務創(chuàng)造了中國的太空記錄。盡管載人航天的醞釀期很長，但中國的太空計劃一旦認真開始就獲得了越來越大的動力，到21世紀開始縮小與美國人和俄羅斯人之間的差距。CAST 神舟 (項目921-1)
聯(lián)盟（Soyuz） MS (7K-MS)2016年是航天史上的一個歷史性里程碑：它標志著聯(lián)盟7K-OK號啟動聯(lián)盟系列太空艙以來的第50年。無論是7K-OK，還是它的一些繼任者，都沒有被證明是完全成功的。但作為一個群體，它們證明了一個基本健全的設計--謝爾蓋-科羅廖夫和他的特別設計局1，即后來的RKK Energia的工作--為工程師提供了修改、現(xiàn)代化和保持兩代航天器家族服務的機會。從外觀上看，聯(lián)盟TM和TMA大致相同，但TMA的內部反映了美國國家航空航天局要求的變化。作為一個經(jīng)常依靠聯(lián)盟號運送宇航員進出國際空間站的客戶，美國航天局要求進行一些實際的改進，如可調節(jié)的沙發(fā)，以適應更高更重的船員。Energia團隊還增加了改進的降落傘系統(tǒng)和第一個玻璃駕駛艙--電子飛行儀表顯示在LCD屏幕上，而不是模擬儀表上--有史以來安裝在一次性航天器上。當航天飛機在2011年退役時，在可預見的未來，將宇航員和宇航員運送到國際空間站并將他們帶回家的全部責任落在了聯(lián)盟號飛船上。因此，Energia對TMA進行了現(xiàn)代化改造，并將其重新命名為聯(lián)盟TMA-M。這需要對老式設備進行全面整修，特別是用新的數(shù)字計算機取代舊的和沉重的電子管計算機，包括數(shù)字航空電子設備和顯示器。TMA-M從2010年到2016年執(zhí)行了20次任務。Energia為慶祝聯(lián)盟號五十周年，在2016年7月推出了新的型號-MS（"現(xiàn)代化系統(tǒng)"）（也被稱為聯(lián)盟號7K-MS）。雖然它看起來像TMA-M和其他前輩，但聯(lián)盟MS預示著內部的重要修改，與電子、船員安全和飛行控制有關。也許最值得注意的是安裝了一個衛(wèi)星導航系統(tǒng)，而不是依靠六個地面站進行軌道觀測的老方法。此外，可靠的庫爾斯交會系統(tǒng)經(jīng)歷了30年來的第一次重大改進，成為庫爾斯-NA，它引進了更先進的計算機，同時體積更小，重量更輕，功耗更低。為了補償與更先進的電子裝置相關的更多的電力需求，MS的設計師在太陽能電池陣列上放置了更多的電池，并在航天器上已有的四個電池基礎上增加了一個額外的電池。除了這些改進之外，一個新的通信系統(tǒng)中的三顆衛(wèi)星使乘員在80%以上的時間里能夠與莫斯科的任務控制中心聯(lián)系。最后，為了再次回應NASA的關切，Energia加強了覆蓋MS上居住艙的薄鋁殼，以保護其三名乘客免受日益普遍的太空垃圾或自然產(chǎn)生的碎片的碰撞。聯(lián)盟號MS的首次飛行是在2016年7月7日進行的，首先是為期兩天的試航。9日，機組人員與國際空間站對接，并在那里停留到10月30日。自那時起，俄羅斯航天局計劃在2017年年底前再進行六次聯(lián)盟號MS前往國際空間站的旅行，搭載14名乘客。他們預計將在2019年3月進一步執(zhí)行直至聯(lián)盟MS-12的任務，并可選擇將其延長至2020年代中期。屆時，俄羅斯政府對美國國家航空航天局的鏡像--俄羅斯航天局，計劃公布下一代俄羅斯載人航天器。Soyuz 7K-MS (Soyuz MS)
Soyuz 7K-MS (Soyuz MS)
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