猎户座飞船(Orion Multi-Purpose Crew Vehicle 缩写:Orion MPCV)是
美国航空航天局(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。
2006年8月22日,美国新型
载人飞船被命名为“猎户座”;2014年12月5日,猎户座飞船首次“探测飞行试验”取得成功;2022年11月16日,发射升空,执行“阿尔忒弥斯-1”任务;2022年12月11日,猎户座飞船在经历了绕月飞行后,重返地球。
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19.56
立方米,可居住容积8.95m³。
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。
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。
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,
美国航空航天局发布“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。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。
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。
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。
2016年,
美国航空航天局宣布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。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。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”。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“
阿尔忒弥斯”月球任务迈入了一个新的里程碑。2020年10月13日,
美国航空航天局宣布与澳大利亚、
加拿大、意大利、
日本、
卢森堡、
阿拉伯联合酋长国和
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。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。
“
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
加利福尼亚州附近海域。
2023年4月3日,
美国航空航天局公布了“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。
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。
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。
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。
4、采用两舱构型,既能降低成本,又能提高可靠性。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
性能参数
组成
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
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。
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”。
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。
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。
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。
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
向量发动机,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。
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。
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。
飞行任务
已进行任务
规划任务
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
美国航空航天局有望在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。