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美国的载人航天计划

发布日期:2008年09月08日字体: 【大】【中】【小】

  美国为谋求和保持“空间领先”地位,在“空间竞赛”中战胜苏联,自1958年成立航宇局以来实施了一系列载人航天计划。

  从“水星”到“阿波罗”计划 

  “水星”计划是美国1958年开始实施的第一个载人航天计划。鉴于当时与苏联竞争紧迫形势,该计划的基本指导思想是尽可能利用已经掌握的技术和成果,以最快的速度和简单可靠的方式抢先把人送上天。但事实上,当苏联于1961年4月12日把航天员加加林送上天成功地完成轨道飞行时,“水星”飞船尚处于无人试验阶段,直到1962年才进行首次载人轨道飞行。“水星”计划于1963年结束,共完成25次飞行试验,其中包括4次动物飞行,2次载人弹道飞行,4次载人轨道飞行,耗资约4亿美元。

  美国通过“水星”计划证明人能够在空间环境中生存和有效地驾驶飞船,也取得了载人飞船设计的初步经验。但是在这一回合的载人航天竞争中输给了苏联,突出表现为载人上天的时间落后于苏联,航天运载能力也处于劣势。为改变这种局面,经美国航宇局和冯·布劳恩等火箭专家论证,提出美国在60年代经过努力能够达到而又刚好超出苏联能力的目标是载人登月。于是,美国总统肯尼迪于1961年5月25日宣布了“阿波罗”载人登月计划。

  作为从“水星”到“阿波罗”计划之间过渡,美国于1961年11月至1966年11月实施了“双子星座”计划。其主要任务是研究、发展载人登月的技术和训练航天员长时间飞行及舱外活动的能力。该计划历时5年,完成了10次环地轨道载人飞行,每次2人,共花费12.8亿美元。此外,美国为实施“阿波罗”计划还研制了“徘徊者”、“勘测者”、“月球轨道环行器”无人月球探测器、土星族重型运载火箭,以及由逃逸系统、指令舱、服务舱和登月舱组成的阿波罗飞船,这些工作为1969年把人送上月球奠定了坚实的技术基础。

  “阿波罗”计划从1961年开始实施至1972年结束,共花费240亿美元,先后完成6次登月飞行,把12人送上月球并安全返回地面。它不仅实现了美国赶超苏联的政治目的,同时也带动了美国科学技术特别是推进、制导、结构材料、电子学和管理科学的发展。但是,“阿波罗”计划耗资太大,几乎占用了航宇局60年代部经费的3/5,严重影响了美国空间科学和空间应用领域的发展,迫使美国重新考虑下一步的航天目标。

  天空实验室与航天飞机

  早在60年代中期,美国航宇局、国家科学院、总统科学顾问委员会等部门就开始研究“阿波罗”后的航天计划。1969年以副总统阿格纽为组长的“空间工作组”,向总统提出了《阿波罗后续计划:未来的方针》的报告,强调美国在阿波罗之后应有一个“平衡”的航天计划,即空间探索与空间应用要协调发展,并提出载人火星飞行、月球基地、大型航天站和航天飞机等目标。报告发表后在社会上引起强烈争论,普遍认为花费太大。1970年3月尼克松总统在听取各方面意见后发表了70年代的空间政策声明,确定了以无人空间探测器探索太阳系,加强近地轨道航天应用和降低航天成本的原则。随后,经美国航宇局和国防部进一步论证,确定了美国70年代天空实验室和航天飞机两项计划。

  “天空实验室”原称“阿波罗”应用计划,其目的是用“阿波罗”计划剩余的土星运载火箭和载人飞船作为运输系统,以“土星-5”第三级壳体改装后作为实验舱,开展试验性航天站活动。该计划从1973年5月至1974年2月耗资25亿美元,共完成3次载人活动,进行了天文观测、地球资源勘查、生物医学和材料加工等270项试验,突出显示了人在天上长期生活和从事检查、维修、排除故障和进行科研工作的能力,还创造了连续载人航天84天的记录。

  航天飞机是美国继阿波罗之后的又一项庞大航天计划。选择这个计划的主要原因是:①技术上有创新,有利于保持美国的技术领先地位;②用途广泛,可满足军民两方面发射、修理和回收卫星以及运送人员、物资等需要;③可多次重复使用,能显著降低运载成本。美国从1972年至1981年最大限度地压缩载人航天活动,集中财力研制航天飞机,经过近10年的努力终于研制成功并投入使用。截至1986年1月,由4架航天飞机共完成24次飞行,先后发射了29颗卫星,在轨道上修理了2颗卫星,回收了2颗卫星,携带空间实验室进行4次飞行试验,还进行了大型结构装配和燃料加注试验。

  航天飞机是一种具有重要民用与军用价值的多用途航天器,它的出现是美国航天技术发展的一次飞跃。实现了航天运载器由一次使用向部分重复使用的过渡。但是,由于美国航天飞机的设计上过分求全,把军用与民用、运输与轨道实验、运货与运人等多种任务集于一身,同时又遇到经费不足和在计划管理上的失误等问题,致使其性能、可靠性、经济性等方面均未能达到原定指标。在这种情况下,美国又过早做出减少和停止生产一次使用运载火箭的决定,形成全面依赖航天飞机的局面。结果,在1986年初“挑战者”航天飞机失事后,致使美国整个航天活动几乎陷于停顿状态。

  据目前美国政府决定,航天飞机于1988年秋恢复飞行重点保证军事任务和国家的民用计划,一般商业服务改由一次使用的运载火箭承担,预计航天飞机可继续使用到2010年,是否还研制第二代载人航天飞机,将就今后几年空天飞机计划的进展情况而定。永久性载人航天站计划

  1984年美国决定用10年时间研制永久性载人航天站,并把它作为航天飞机之后新的国家目标。其主要目的是继续保持美国空间领先地位,推进空间产业开发,并为未来建立永久性月球基地和进行载人行星探索作准备。该计划提出后,方案论证工作仍在进行,总费用预计为230多亿美元。

  1988年2月,美国政府依据对国内国际形势的研究又颁发了新的空间政策,正式确定了扩大载人航天活动、实施月球和火星载人飞行长远目标。

  国际空间站与空天飞机

  在2000年前后,美国将以自己为主体并与欧洲、俄罗斯、日本等国联合建立“自由号”国际航天站。长期性、可扩大规模和可变换功能的载人航天站的建成,将为空间研究和宇宙资源的开发提供更广泛的可能性和良好的条件。但航天站就其功能来说基本上不具备对站外其他航天器提供服务的能力,即在轨服务能力。因此,下一个合乎逻辑的发展目标应该是建立载人空间区基地。

  空间基地除执行航天站全部功能外,对基地外航天器在轨服务的主要项目有:在轨加注和补给,在轨维修,在轨变换功能,在轨装配和轨道中转等。空间基地的建成必将为空间科学技术的发展和空间资源的利用和开发开辟更宽阔的道路。

  空间基地可以设置在轨道上,也可以建立在月球上。月球蕴藏着丰富的自然资源和独特的环境条件。例如月球含有大量的氢、碳和氮等化学物质,还含有地球上极稀有的氦同位素、氮同位素等。后者可作为“洗涤剂”用来清除反应炉里的残留燃料,以便得到地面上无法精炼的高纯度和独具特性的材料。

  月球是地球的近邻。从月球基地上“旁观”、遥感地球,可以更加全面、及时、详细地了解和掌握地球的“习性”和在这里正在发生着的一切变化。月球基地还将成为人类通往火星、金星和向深宇宙进发的航天港和中继站。

  载人火星探测,是美国载人航天活动的另一个目标。建立月球基地或载人火星考察,每项计划可能都需耗资1000亿美元。美国航空航天局早些时候曾提出一个先建航天站,再建月球基地,然后是飞往火星的先后顺序的设想。但斯坦福大学主张直接飞往火星,并提出了一个具体方案。该方案建议在2005年使用俄罗斯的“能源”号大型运载火箭把载人星际飞船的一半送入地球轨道,大约4个月后再将另一半和航天员乘务组一起送上地球轨道。两部分在轨对接成一艘完整的载人星际飞船,并在地球轨道上进行为期3年的一系列试验。

  大约在2008和2009年,一个由一艘载人飞船和四艘货运飞船组成的飞船集群先进入地球驻留轨道,然后一起飞向火星。赴火星的飞行需要9个月的时间。乘员组在火星上考察14个地球日(一个火星年相当于687个地球日),然后返回地球。

  斯坦福大学的这一方案,以其简洁明了和经济实用而受到普遍关注。在该计划中如果美国能与俄罗斯充分合作,那么火星载人飞行的一切技术问题就基本上解决了。我们知道,俄罗斯目前已经拥有连续一年以上在失重条件下生存和工作的经验。与此同时,俄罗斯的“能源”号火箭的运载能力可达100t。目前世界上只有它符合火星载人飞行的要求。1986年2月美国总统里根在国情咨文中宣布了一项“东方快车”即空天飞机X-30计划。空天飞机是一种速度快、费用低的运输工具。作为新一代的航天运输工具,它可以在机场跑道上水平起飞,单级入轨,重复使用。美国目前有两项这种计划正在实施过程中。一是空军和航空航天局的“国家空天飞机”,另一是由弹道导弹防御局出资的麦道公司的“德尔它特快飞船”。两种飞行器都处在试验样机的研制和试验阶段。

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