猎户座飞船

美国航天局星座计划的航天飞船

猎户座飞船

猎户座飞船（Orion Multi-Purpose Crew Vehicle 缩写：Orion MPCV）[0]是美国国家航空航天局（NASA）主导、洛克希德-马丁公司研制、欧洲航天局负责服务舱研制的航天飞船，是NASA“星座”计划中的关键组成部分，是“阿尔忒弥斯”计划的关键。[8][1]2006年8月22日，美国新型载人飞船被命名为“猎户座”；[9]2014年12月5日，猎户座飞船首次“探测飞行试验”取得成功；[2]2022年11月16日，发射升空，执行“阿尔忒弥斯-1”任务；[10]2022年12月11日，猎户座飞船在经历了绕月飞行后，重返地球。[11]

猎户座飞船（Orion Multi-Purpose Crew Vehicle 缩写：Orion MPCV）[1]是美国国家航空航天局（NASA）主导、洛克希德-马丁公司研制、欧洲航天局负责服务舱研制的航天飞船，是NASA“星座”计划[注1]中的关键组成部分，是“阿尔忒弥斯”计划[注2]的关键。[9][2]

2006年8月22日，美国新型载人飞船被命名为“猎户座”；[10]2014年12月5日，猎户座飞船首次“探测飞行试验”取得成功；[3]2022年11月16日，发射升空，执行“阿尔忒弥斯-1”任务；[11]2022年12月11日，猎户座飞船在经历了绕月飞行后，重返地球。[12]

猎户座（CM-002）飞船由乘员舱、服务舱、发射紧急中止系统构成。飞船可搭载4名航天员，起飞总质量35.4t，入轨质量26.5t，总加压容积19.56m³，可居住容积8.95m³。[9]

按规划，猎户座飞船将于2024年11月搭载4名宇航员进行绕月飞行，飞行预计持续10天左右；于2025年搭乘4名航天员进入绕月轨道，把2名航天员转移到登月舱上并踏上月球表面。[13][11]

历史背景

大量航天实践表明，载人飞船比航天飞机可靠性高、成本低。美国在小布什当政期间提出了建造新型载人飞船的计划，使其不仅可靠性高、成本低，还具有用途广泛、运输能力强和可重复使用等新特点。奥巴马当选美国总统以后，计划将飞船主要用于载人深空探测，也可作为国际空间站天地往返运输系统的备份。[14]

发展沿革

2004年，时任美国总统乔治·沃克·布什宣布了美国太空新计划，其中包含研发新一代太空飞船，能够成功地将宇航员送往月球，乃至登陆火星。2006年，NASA发布“重返月球”计划，其核心目标是在月球上建立永久基地，并以此为跳板，为登陆火星乃至探索更遥远的太空做准备。[15]NASA将新型载人飞船命名为“猎户座”，并将该飞船的合同授予洛克希德·马丁公司，由其负责设计、开发及建造。2010年，美国总统奥巴马以“超预算、进度落后而且缺乏新意”为由宣布取消“星座计划”，但仍保留研制新一代载人飞船等规划。[16]

猎户座飞船的设计、制造、测试等工作早在2009年就开始了，当年进行了飞船初步设计审查，完成了主降落伞测试；2010年，洛克希德-马丁公司为“猎户座”飞船安装了世界上最大的热防护结构。“猎户座”飞船成型后，先后成功进行了飞船发动机试验、“异常中断系统”试验，并成功验证了“猎户座”的新型传感器技术，这种技术将使飞行器与“国际空间站”的交会对接更加简单安全；2011年，对“猎户座”多用途乘员飞行器导航系统进行了测试，验证了视觉导航敏感器和对接相机的独特能力。2013年，“猎户座”先后进行了载人舱模拟回收测试、飞船加电试验、通电测试、整流罩分离测试；2014年，“猎户座”首个服务舱建成，并进行了降落伞系统测试、振动模拟测试、第二次返回舱回收测试、终止发动机点火装置测试。[17][18][19][20]

2014年12月5日，“猎户座”发射升空，在绕地球飞行两圈后，降落在太平洋上，由美海军两艘军舰回收。这标志着人类第一艘以深空探索为目标的载人飞船首次试飞取得成功。回收后的飞船经海上和公路运输后，运回美国肯尼迪航天中心。[21][3]

猎户座飞船返回舱
猎户座飞船返回舱

2016年，NASA宣布2018年将发射“探索任务”-1（EM-1），除了不载人“猎户座”飞船以外，还将搭载13枚立方体卫星进入太空。[22]2018年，因预算超支以及波音公司对核心级开发持续延误，猎户座飞船的无人首飞任务计划被推迟。[23]2019年，NASA局长吉姆·布里登斯廷宣布重启登月计划，计划2024年把一名女航天员送上月球，任务代号名为“阿耳忒弥斯”。[24]并在当年成功测试了猎户座宇宙飞船的发射中止系统，标志着“阿耳忒弥斯”月球任务迈入了一个新的里程碑。[25]2020年10月13日，NASA宣布与澳大利亚、加拿大、意大利、日本、卢森堡、阿联酋和英国7国签署了《阿尔忒弥斯协议》，意味着这些国家将能参加新登月计划。[26]2021年11月，NASA宣布由于预算不足等原因，美国宇航员重返月球可能最早于2025年登月。在宇航员登陆前，计划进行代号为“阿耳忒弥斯1号”的无人绕月飞行测试和代号为“阿耳忒弥斯2号”的载人绕月飞行测试。[27]

“阿尔忒弥斯1号”的发射并不顺利，从2022年4月起，阿尔忒弥斯1号先后经历了燃料泄露、传感器故障、飓风影响、热控系统故障等问题而多次推迟发射。2022年11月16日，美国新一代重型运载火箭“太空发射系统”（SLS火箭）终于从肯尼迪航天中心成功发射，将猎户座载人飞船及10颗立方星送往月球轨道，正式开始执行“阿尔忒弥斯-1”任务。12月11日，猎户座飞船在经历了绕月飞行后，重返地球并溅落在美国加利福尼亚州附近海域。[12][11]

2023年4月3日，NASA公布了“阿尔忒弥斯2号”首次载人绕月任务的4名宇航员名单，其中包括一名女性和一名非裔宇航员。将于2024年11月执行的“阿尔忒弥斯2号”任务只绕月飞行，飞行预计持续10天左右，不登陆月球。[13]

技术特点

1、用途广，目前使用的载人飞船都只有单一用途，而猎户座飞船既能往返空间站，也能飞往月球、小行星或火星。[14]

2、可以重复使用，目前的载人飞船都是一次性使用的，而猎户座飞船可重复使用10次左右，因此能大大降低成本。[14]

3、运载能力增加，目前的载人飞船每次最多可运载3人，而猎户座每次可以运送4～6人。[28]

4、采用两舱构型，既能降低成本，又能提高可靠性。[14]

5、“猎户座”乘员舱采用与“阿波罗”飞船指令舱相同的外形，其舱内空间是“阿波罗”飞船指令舱的2倍，并且开有更大的窗口，扩大了航天员的视野。[18]

6、在技术性能上，它也比阿波罗有大幅度提高， 分系统和元件采用许多创新技术。[14]

7、猎户座采用太阳能电池翼供电，所以功率大，行动时间长，而阿波罗飞船只能由燃料电池短期供电。[14]

8、猎户座飞船拥有世界上最大的防热罩，它采用先进耐高温复合材料，由数十万个蜂窝结构组成。每次返回地面后隔热罩还可以替换。[14]

9、猎户座的着陆路方式不仅在陆地上着陆，也可以在水上着陆。[29]

10、猎户座月球巡航速度更快，重返大气层时的速度高达11千米/秒。[29]

性能参数

项目参数
直径约5米
载员4人
起飞总质量35.4t
入轨质量26.5t
总加压容积19.56m³
可居住容积8.95m³
参考资料：[9]

乘员舱

乘员舱是航天员的生活场所，猎户座飞船的乘员舱由美国洛克希德·马丁公司建造，采用类似“阿波罗”飞船的气动外形，最大直径5.02m，质量8.9t。[9]

猎户座飞船结构图
猎户座飞船结构图

猎户座飞船乘员舱采用与波音787客机类似的数控驾驶舱系统，舱内配备改进型垃圾处理设施，包括微型野营式厕所以及男女通用型“方便管”。[30]

猎户座飞船有两台中心计算机，采用备份设计，每秒处理的指令数量可达到4.8亿条，该中央计算机还能抵抗极端的高温和寒冷环境，以及严重的辐射甚至是振动环境，其重启的时间只需15秒。[31][14]

猎户座飞船乘员舱外表拥有世界上最大的防热罩，它采用先进耐高温复合材料，由数十万个蜂窝结构组成，可以有效阻绝飞船以26马赫速度接近地球大气层时，飞船表面高达1763°C的高温。[14]

服务舱

服务舱将为飞船提供推进力、电力、水和热控制，并为航天员维持空气中的氧气和氮气含量。猎户座飞船的服务舱由欧洲航天局负责研制。[32]

猎户座飞船服务舱安装了飞船电源、电子设备、辐射器等设备，配备1台27.7kN矢量发动机，携带8.6t推进剂，具有轨道推进、姿态控制等功能，并为航天员提供所需的水和氧气。[9]

发射紧急中止系统

发射紧急中止系统（LAS）也叫异常中断系统，或逃逸塔。是飞船进入发射程序后的一道关键性安全设计，当猎户座进入发射程序后，如果需要紧急中止发射，那么就要启动以毫秒为单位的发射中止系统，在紧急情况下可以激活乘员舱并启动逃生程序，通过小型火箭让乘员舱脱离火箭。[14]

猎户座飞船发射中止系统由三个固体发动机组成，分别是用于将乘员舱拉离火箭的中止发动机、调整飞船姿态的姿控发动机以及实现LAS系统与飞船分离的抛投发动机。[33]

已进行任务

任务编号任务时间任务结果主要任务情况
“探测飞行试验” (EFT-1)2014年12月5日除与溅落后气囊充放气有关的两项目标外，EFT-1的其它85项目标全部实现利用德尔塔4H火箭发射升空，起飞17.5分钟后被送入185千米×888千米的预定椭圆形低地轨道。飞船绕地球飞行两圈，其中第二圈靠再次点火工作的火箭上面级进入远地点约5800千米的一条大椭圆轨道。4.5小时后以大于32180千米/小时的高速再入大气层，最终在墨西哥下加州外海的太平洋上溅落
“阿尔忒弥斯-1”任务2022年11月16日至2022年12月11日任务成功，但“猎户座”携带的10颗小型卫星，至少有4颗在被抛入轨道后失效利用SLS1重型火箭发射升空，飞行8分钟后，过渡型低温上面级开始工作，携带猎户座飞船飞行44分钟后完成近地点轨道抬升，随后继续飞行37分钟后开始地月转移轨道射入点火，持续18分钟。进入地月转移轨道后，猎户座飞船与上面级共同飞行约10分钟之后分离，前往月球。在飞船分离后，过渡型低温上面级与飞船适配器的组合体继续飞行，在8小时内将10颗立方星部署至相应轨道。11月25日，“猎户座”飞船在围绕着月球进行“远方逆行轨道”（distant retrograde orbit）操作时，和美国宇航局任务控制中心的通信中断了 47 分钟。工程团队通过重新配置航天器和深空网络之间的通信链接才得以恢复。在完成近26天的飞行后，猎户座飞船返回地球，在太平洋成功溅落
参考资料：[3][14][34][35][36]

规划任务

任务编号规划任务时间主要任务情况
“阿尔忒弥斯-2”任务2024年11月猎户座飞船将首次载人升空，搭载4名宇航员进行绕月飞行，飞行预计持续10天左右
“阿尔忒弥斯-3”任务2025年计划利用SLS火箭将发射载有4名航天员的猎户座飞船。飞船进入绕月轨道后，将与登月舱实施在轨对接，把2名航天员转移到登月舱上并踏上月球表面。预计完成6天多月面探索后，他们将返回绕月轨道并与飞船对接，最终4名航天员乘坐猎户座飞船返回地球
参考资料：[13][11]

未来发展

美国行星学会曾召开了一次名为“火星轨道载人飞行”的研讨会，就登陆火星的可行性和成本进行了分析，并就人类登陆火星前必须首先完成轨道飞行等问题达成共识。共识认为NASA有望在2033年把宇航员送入火星轨道，2039年派人登上火星。火星探索计划决定利用“猎户座”飞船，让宇航员往返地球与火星之间。[37]

参考资料 37

  1. NASA:2033年登陆火卫一 2039年登陆火星 — 中国载人航天
  2. https://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjMwNDI2Eg1nanRrMjAxNTAxMDA5GghwYnQ4amE0dg%3D%3D
  3. https://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjMwNDI2Eg16Z2h0MjAxNTAzMDEyGghuNmVpMWdqaA%3D%3D
  4. 美“猎户座”载人飞船 开始首次不载人试飞 — 新浪网
  5. 后航天飞机时代美国的载人航天 — 北京周报
  6. NASA的反应有意思 — 百家号
  7. 2022年世界航天十大新闻 — 中国日报网
  8. 探月热潮再次兴起 是共赢还是竞争？ — 百家号
  9. SLS首飞成功，重返月球的“阿尔忒弥斯”计划拉开帷幕 — 中国载人航天
  10. “猎户座”载人飞船命名由来 — 中国载人航天工程
  11. SLS首飞成功，重返月球的“阿尔忒弥斯”计划拉开帷幕 — 光明网
  12. https://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjMwNDI2Eg9ramR6anMyMDIyMDYwMTIaCHA3cnFkdmdo
  13. 图说｜重返月球要几步？NASA公布2024年绕月飞行名单 — 澎湃新闻
  14. https://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjMwNDI2Eg96c2pzbGwyMDE0MTIwMTYaCHJwbXNjNWJ1
  15. 美国的“重返月球”计划 — 海南日报
  16. “猎户座”飞船:开启美国“太空探索新时代” — 光明网
  17. https://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjMwNDI2Eg10a3RzMjAxNTAxMDEyGghycG1zYzVidQ%3D%3D
  18. https://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjMwNDI2Eg1nanRrMjAxMDEyMDA1GggxdmN3OW9nag%3D%3D
  19. 美国重启载人航天 “猎户座”飞船完成回收测试 — 山东频道凤凰网
  20. 美猎户座宇宙飞船第二次回收测试 可载4人登月 — 中华网
  21. “猎户座”飞船预计2021到2023年首次载人飞行 — 中国航空新闻网
  22. SLS火箭将在“探索任务”-1中携带13枚立方体卫星 — 中国载人航天工程
  23. 美国“史上最强”火箭，首飞日期一再推迟，到底有何顾虑? — 上观
  24. 美SLS火箭首发再次延期 — 百家号
  25. 到月球建核热推进传送器？NASA星际探索正稳步推进中 — 百家号
  26. 告别花钱买座 美国太空计划驶入“快车道”？ — 百家号
  27. 美国大推力火箭“太空发射系统”进行发射演练 — 百家号
  28. 美“猎户座”载人飞船首飞成功 — 青报网
  29. [科普中国]-猎户座飞船 — 科普中国网
  30. “猎户座”飞船完成绕月任务，外媒:美登月计划仍面临系列挑战 — 新华网
  31. https://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjMwNDI2Eg5odHFnYzIwMTYwNDAxNhoIcnBtc2M1YnU%3D
  32. 欧洲航天局为猎户座飞船首次载人任务提供服务舱 — 中科院太空应用重点实验室
  33. NASA完成最后一次猎户座飞船发射中止系统试验 — 中国载人航天工程
  34. 无人绕月试飞成功，美国“猎户座”飞船返回地球 — 搜狐科技
  35. https://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/ChlQZXJpb2RpY2FsQ0hJTmV3UzIwMjMwNDI2Eg1nanRrMjAyMjEyMDA1Ggh5YWxqejl4ZA%3D%3D
  36. 突然断联 47 分钟，NASA“猎户座”出现通信故障原因不明 — IT之家
  37. 美国人有可能2039年登上火星 — 海外网

注释

  1. “星座”计划是2005年美国航天局为响应时任总统布什制定的太空探索计划而出台的后续措施，计划研制阿瑞斯1载人大型运载火箭和阿瑞斯5载货重型运载火箭、猎户座载人飞船、牵牛星着陆器以及其他相关设施。2010年，面对美国严重的财政赤字以及“星座”计划的经费超支和进度滞后，奥巴马政府停止了“星座”计划。[5]
  2. “阿尔忒弥斯”计划是NASA正在进行中的一项太空探索计划，目标是重返月球并且登陆火星。2022年，“阿尔忒弥斯-1”任务取得成功。“阿尔忒弥斯”计划在2024年将宇航员送上月球，2028年在月球上建立可持续落脚点，使其最终成为人类登陆火星的中转站。[6][7][8]
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