细品漫话“星际线”

文/ 钱卫

▲ 飞船壳体铣出网格来减重

熟悉美国载人航天历程的人们在看到“星际线”的时候就会发现它非常眼熟，它和波音在2006年竞标美国宇航局“乘员探索飞行器”的方案外观几乎一模一样，只是推进舱的长度略短一点，连圆锥体返回舱的锥度都一样。如果再向前追溯一点，会发现“星际线”和早年的阿波罗飞船也很像，只是推进舱短了一多半而已。那么，“星际线”到底是一个怎样的存在呢？

系出名门

按照有关报道的说法，“星际线”确实继承了“乘员探索飞行器”的很多理念，但所有元器件和分系统都是重新研制的。其实，波音在投标“乘员探索飞行器”的时候也只不过拿出了一个纸面方案而已，谈不上有什么具体的硬件，所以“星际线”的确是全新研制的。在“星际线”之前，波音公司实际上从来没有研制过这种飞船式的天地往返飞行器。或许有读者会对这种说法提出质疑，在波音公司自己的宣传中，阿波罗飞船就是波音的产品，怎么会没有研制过呢？实际上，阿波罗飞船是美国北美飞机公司的产品。只不过在1967年，北美飞机公司和洛克维尔公司就合并了。到了1996年，这家公司因为经营不善而破产，被波音整体收购，波音也因此拥有了宇航科研能力。另外，发射阿波罗飞船用的土星5号火箭也是这家公司的产品。波音收购的宇航企业还包括著名的通信卫星制造商休斯公司、生产德尔它火箭的通用汽车公司、生产大力神火箭的麦道公司。

▲ 制造中的“星际线”，上方的框架内容纳降落伞

▲ 飞船研制期间，实施了降落伞极限试验

虽然“星际线”和阿波罗飞船的返回舱看上去也很像，但是在总体结构上要简单多了，而且体积要大得多。“星际线”的底部直径为4.5米，头部有一个穹顶形的整流罩，用来在发射期间保护对接口。飞船进入宇宙空间后，这个整流罩就被抛掉了。在返回大气层的过程中，防热大底向前，对接口向后。虽然也要承受高温的考验，但受热情况不算严重。

两舱飞船

从设计角度说，“星际线”可谓中规中矩，体现了美式飞船的一贯设计理念。

首先，这是一种两舱式飞船，只有返回舱和推进舱，没有“神舟”和“联盟”飞船的轨道舱。这是因为它不打算单独长期在轨飞行，只是往返于地面和国际空间站之间。既然没有轨道舱需要保护，“星际线”在发射的时候也不需要装在整流罩里，而是直接用飞船外侧的热护罩来抵挡上升过程中的气流冲击。这样的设计能够极大地扩展飞船直径，使其达到4.56米之多。当然，飞船头部的对接口需要用一个小型整流罩保护起来。

返回舱的热护罩分为3个部分，圆锥体上部是一次性使用的可抛热护罩，下部是固定安装的重复使用热护罩，底部是一次性使用的防热大底。在上部可抛热护罩下面是降落伞舱。防热大底里面是软着陆用的气囊。

▲ 逃逸救生试验中的飞船

▲ 星际线飞船安装在火箭头部，造型有趣

▲ 星际线飞船的对接口在入轨后就暴露出来

返回舱内部是载人和载货空间。如果不携带大件行李，舱内最多可以坐7个人。不过美国宇航局购买的“星际线”运输服务只乘坐四五个人，其余空间用来载货。和其他飞船一样，座椅之间的距离很小，乘坐并不舒服。但是按照计划，“星际线”在发射后31分钟就能进入“稳定轨道”，然后经过几个小时就能进入国际空间站轨道，再经过几个小时的精密交会，就可以对接了。所以哪怕乘坐体验很差，也还算可以忍受。返回舱本身装有12台445千牛发动机，用于脱离国际空间站后的机动返回。

返回舱下面是推进舱，主要的电力和推进系统都装在这里。其中有28台378牛顿的姿态控制推力器、20台6672牛顿推力器，最重要的是4台177929牛顿逃逸救生推力器。推进舱的电源设计非常奇葩，它的太阳电池并不采用展开式结构，而是贴满了底部。这当然降低了设计制造的难度，同时也不需要为它设计发射阶段的整流罩。然而，“星际线”底部面积只有不到16平方米，还需要在上面开出4个圆孔来容纳逃逸救生推力器的喷管，所以发电能力是很有限的。不过考虑到它的飞行时间有限、任务比较简单，或许也算够用了。

两舱相加，高度达到了5.03米，看起来矮墩墩的。装在宇宙神5火箭的顶部，给人一种极为奇特的视觉感受。

陆地回收

“星际线”这次降落在白沙导弹靶场，是多年来美国第一次在陆地上降落和回收的载人飞船。

和海上溅落相比，在陆地上降落的优点很明显。主要是回收成本比较低，在GPS定位和移动通信技术非常成熟的今天，飞船可以一边降落一边报告自己的位置。回收队甚至不需要动用飞机，用几辆汽车就能完成整个回收工作。航天员也不用担心海上生存的问题。“阿波罗”计划采用海上回收方式，主要是因为当时的落点控制精度不够高，担心掉进有人居住地区造成伤亡。龙飞船和“载人龙”的海上回收同样是这个理由。但是波音公司作为老牌军火商和飞机制造商，不但和联邦航空管理局（FAA）、北美防空司令部等单位关系熟络，而且和陆军关系也很好，可以协调到属于陆军的白沙导弹靶场。白沙靶场不但空域辽阔，而且是美国两片不受FAA管理的天空之一（另一片是白宫上空）。而且经过数十年航天技术发展后，飞船落点精度控制能力也远远超过了“阿波罗”时代。所以波音决定飞船立刻返回之后，着陆回收过程还是比较顺利的。

▲ 回收队用普通卡车就能执行任务

▲ 星际线飞船模拟器内部

▲ 训练用的星际线飞船，注意舱壁厚度

“星际线”还选择了3个备用着陆场，分别在犹他州的杜格伟试验场、亚利桑那州的威尔考克斯-帕拉亚干湖和加利福尼亚州的爱德华兹空军基地。

既然是在陆地上着陆，就要考虑最后的着陆缓冲问题。和“联盟”“神舟”不同的是，“星际线”采用了气囊着陆技术。这次飞行也使这种技术提前得到了验证。“联盟”“神舟”都采用反推发动机进行缓冲，这就要在防热大底后面设置大推力的固体火箭发动机，不但技术要求较高，而且携带大量固体推进剂完成整个天地往返飞行，风险也是比较大的。用气囊着陆，虽然也要在气囊里设置一些火药来产生气体、给气囊充气，但剂量毕竟要小得多。另外，无论采用哪种着陆缓冲方式，都要考虑在应急情况下能降落在水里。这就意味着，即使采用缓冲发动机，也要在飞船上设置一套浮囊。“星际线”上的气囊也可以作为浮囊，因此结构设计上就更加简单一些。“星际线”要求着陆海域的浪高不能超过4米，风速不能超过每秒13.9米，还不能有雷暴和闪电。另外，载人火星计划也打算靠气囊来实现最后的落地，“星际线”也为波音未来再次参与火星探索计划奠定了技术基础。

总体评价

在飞船总装的问题上，波音有一个巨大的优势，是马斯克不能相比的。“星际线”的总装工序在原先的航天飞机轨道器维修维护三号车间里进行，这个车间就位于肯尼迪航天中心，距离发射塔架很近。飞船总装完成后，只需要极短距离的转运就可以抵达发射工位。这对于降低发射准备成本、减少运输风险有巨大的好处。

“星际线”虽然进度比“载人龙”慢一些，但总体设计一直没有发生大的变化。直到这次发射，依然保留着7人座舱、降落伞回收、推动式逃逸救生系统的基本设计。“载人龙”却先是放弃了火箭反推回收方案，改用降落伞；最近又放弃了7人座舱方案，减为4人。可以看出，波音作为一家老牌航空航天制造商，虽然航空部门面临着诸多问题，但航天部门稳扎稳打的作风还在，曾经的北美飞机公司团队也没有彻底自废武功。如果能把质量管理体系重新振作起来，“星际线”的未来还是值得期待的。

▲ 着陆试验用的模拟飞船，涂装成蓝白格子