继中国新一代载人飞船试验船成功首飞并回收后,备受瞩目的SpaceX载人“龙”飞船终于发射成功,将两名NASA宇航员送往国际空间站,使美国自2011年航天飞机退役以来,重新获得将宇航员送上地球轨道的能力,相信又会迎来一波载人航天的热潮。
载人龙飞船Demo-2和猎鹰9号火箭整装待发
从尤里·加加林第一次进入地球轨道,实现了人类的飞天梦以来,载人航天经历了近60年的跌宕起伏,如果算上载人“龙”飞船的话,共有九种航天器将人类送上太空,因此从年纪上看,龙飞船当然只能算老九。今天,人马君就给大家盘点一下宇航员们60年来曾经乘坐过的“宝马良驹”,以及它们背后那些不为人知的奇闻趣事。
飞天鼻祖:“东方”号飞船,前苏联,1961年载人首飞1961年4月12日,尤里·加加林乘坐“东方1”号飞船,由拜克努尔航天发射场升空,在89分钟的时间内绕地球一圈,成功返回地面,开创了载人航天的先河,成为千百年来人类飞天第一人。
“东方号”飞船
加加林的座驾——东方号载人飞船由一个金字塔形的设备舱顶着一个大球——载人返回舱构成,浑身还长满了刺儿(天线)。在返回舱和设备舱之间还挂着一圈气罐,装着用于维持生命的氧气和氮气。
尤里·加加林(1934~1968)
返回舱非常狭小,仅能容纳一名宇航员,好在加加林的双脚旁边有一个小窗户,可以让他在太空中观察一下地球。更神奇的是,返回舱没有降落伞等减速装置,在穿过热障后,宇航员要像飞机飞行员一样,从返回舱里连同座椅一起被弹射出来,再打开降落伞落地,以至于苏联宣传部门认为有失颜面,在新闻中刻意隐瞒了这一事实。
“东方”号飞船的结构:宇航员躺在一个“球”中
从1961年到1963年,东方号共进行了6次载人发射,在最后一次发射时还搭载了一名女性宇航员: 瓦莲京娜·捷列什科娃,她是第一位进入太空的女性。
“东方号”运载火箭
屈居第二并不冤:“水星”号飞船,美国,1961年载人首飞
这是美国人建造的第一艘载人飞船。1961年5月5日,阿兰·谢波德乘坐“水星”飞船“自由7号”,进行了一次亚轨道飞行,比苏联人晚了三个星期。
“水星”号飞船
可以看出,美国当时在太空领域确实比苏联慢了一拍,第一次的飞行高度只有186公里,飞行距离只有480公里。而真正意义上的地球轨道载人飞行要等到1962年2月,由传奇宇航员约翰·格伦完成。
美国第一位宇航员:阿兰·谢波德
水星号飞船除了“脖子”处的圆柱状伞舱外,基本上是一个圆锥体。在发射前,飞船处于竖立状态,宇航员躺在底部。到达太空以后改为平飞,宇航员恢复为正常坐姿。在返回地球时,飞船带有防热盾的底部会朝向飞行方向。
“水星”飞船的结构
搭载水星飞船的“红石”火箭发射
1961年至1963年,水星号飞船共进行了5次飞行,它们分别有自己独立的名字,例如第一次的“自由7号”,以及约翰·格伦乘坐的“友谊7号”等。之所以都是“7”号,可能与第一批参加“水星计划”的宇航员有7个人有关。
“七个小矮人”:美国第一批宇航员
下面这张罕见的照片拍摄于1960年,是美国第一批宇航员正在内华达州参加空军的生存训练,中间这位就是阿兰·谢波德,左数第一个是约翰·格伦,像不像一群嬉皮士?
第一批“水星”宇航员参加空军的生存训练
权宜之计:“上升”号飞船,前苏联,1964年载人首飞
上升”号飞船是苏联第二代载人飞船,由“东方”号改进而来,外形上非常相似。
“上升”2号飞船,实现了人类第一次太空行走
“上升”号完成了两大纪录:它第一次载人首飞就装了3名宇航员,而在第二次飞行中,完成了人类历史上首次太空行走。要说这些成就还得归功于赫鲁晓夫,当他得知美国人正在研制“双子星”和“阿波罗”飞船,分别能装下2个人和3个人,顿时着了急,严令苏联飞船总师科罗廖夫必须在1964年十月革命节前搞出能载3名宇航员的飞船。
传奇的科罗廖夫
科罗廖夫的实现方法简单粗暴:既然装不下3名穿着宇航服的宇航员,那就不要穿了!于是就诞生了“上升”1号,它于1964年10月12日发射,搭载了三位没有宇航服的勇敢者:一名驾驶员,一名医生和一名飞船工程师。但这样的设计不可能再让宇航员和座椅一起弹出着陆,因此上升1号改用大型降落伞整体着陆,总算是回到了主流。
而1965年发射的上升2号则实现了太空行走的壮举。为了实现这一目标,科罗廖夫在球形载人舱的侧面装了一个柱状的可伸缩气密舱,宇航员通过该舱进出飞船。1965年3月18日,阿利克谢·列昂诺夫在上升2号上完成了人类第一次太空行走,持续了12分钟零9秒。
第一次太空行走
由于充气式宇航服的膨胀,列昂诺夫在返回时卡在了舱口,险些没能活着进入飞船里。情急之下,冒着血液中的氮气沸腾的风险,列昂诺夫放掉了宇航服中的部分气体,最终还是安全回来了,他一直活到了2019年。这次史无前例的太空行走,证明了人类是可以在宇宙空间中生存和活动的。
退休后的阿利克谢·列昂诺夫
作为一个过渡产品,“上升”号飞船只执行了这两次任务,就被“联盟”号替代。
为登月探路:“双子星”飞船,美国,1965年载人首飞为了在与苏联的竞争中咬住比分,美国人在水星飞船的基础上设计了能装载两名宇航员的“双子星”飞船。相对于科罗廖夫的简单直接,美国人明显更老实,他们增大了载人舱,使其能装下两个人。1965年3月,仅在上升2号飞船发射后几天,双子星3号飞船载人首飞成功。
双子星飞船
与“上升”号一样,双子星飞船也是过渡性的,目的是为后来的阿波罗登月验证技术,它的使命有三个:首先是验证航天器在太空中的对接,然后是延长宇航员在太空中的停留时间,以及实现美国人的太空行走。
1965年6月3日,美国第一次太空行走
在双子星飞船第二次载人飞行任务中,宇航员艾德·怀特实现美国的第一次太空行走,持续23分钟。这次任务的太空停留时间也达到了4天。在第五次载人任务中,双子星7号飞船的宇航员在太空中呆了13天。而接下来的双子星8号,则首次实现了与“阿金纳”火箭上面级的对接。
第一次航天器对接
从1965年3月到1966年11月,短短一年零8个月的时间,双子星飞船进行了10次载人飞行,可见美国通过登月来超过苏联的心情是何等急切!
太空中的常青树:“联盟”号飞船,前苏联/俄罗斯,1967年载人首飞“联盟”号是飞船界的常青树,50多年来一直孜孜不倦的往返于天地间,至今仍在为国际空间站充当摆渡车。
从国际空间站上观察“联盟”飞船,可以清楚的看到三舱结构
同阿波罗飞船一样,联盟飞船原来是为了载人登月而设计的,它具有经典的三舱结构:轨道舱、服务舱和返回舱。后来的多种改型都延续了这种构型,所以看上去样子都差不多,甚至影响了我国的神舟飞船。
联盟TMA-6号搭载3名宇航员前往国际空间站
鲜为人知的是,联盟飞船1967年的第一次载人飞行中,在返回地球时降落伞出现故障,导致搭载的唯一一名宇航员牺牲。
由于美国在1969年抢先实现了登月,苏联人对登月逐渐失去了兴趣。而联盟飞船作为地球轨道运载工具却表现出了极大的价值,无论是礼炮号、和平号还是后来的国际空间站,都离不开联盟飞船来来回回的支持。联盟飞船共发展出10种改型,进行了大约150次载人太空飞行,是名副其实的太空“常青树”。
和平号空间站
1975年,在美苏冷战的高潮时期,联盟号与阿波罗飞船居然进行了一次太空对接,开创了不同国家之间航天器对接的先河。
阿波罗飞船与联盟飞船对接
在俄罗斯和美国的新一代飞船成熟之前,相信老当益壮的“联盟”飞船还将断续发挥它的光和热,将一代代宇航员送入太空。
奔向月球:“阿波罗”飞船,美国,1968年载人首飞提起上世纪60年代末的阿波罗登月计划,简直是无人不知,无人不晓,它使得美国在太空领域一扫落后于苏联的局面,这种领先优势一直保持到现在。阿波罗飞船1968年进行了第一次载人首飞,1969年7月16日,阿波罗11号发射。7月20日,两名宇航员乘坐登月舱降落在月球表面。
阿波罗飞船指令/服务舱、登月舱以及它们在土星5号火箭中的位置
话说您了解阿波罗飞船的构造吗?它由指令/服务舱和登月舱构成,它们的组合体由巨大的土星5号火箭发射升空。在发射时和前往月球的途中,三名宇航员都呆在圆锥形的指令舱内,而圆柱形的服务舱则提供一切必须的物资,以及往返月球轨道的动力。由上图可以看出,发射时指令/服务舱的下方与登月舱的顶部对接。
1969年,阿波罗11号发射
在前往月球的过程中,宇航员需要执行一系列操作,把它们的次序掉过来,让指令舱顶部和登月舱顶部对接,才能启动服务舱推进器。
指令/服务舱与登月舱组合体飞向月球
到达环月轨道后,两名宇航员进入登月舱,然后登月舱与指令舱分离,准备在月面着陆。
阿波罗11号:与登月舱分离后的指令舱
登月舱利用反推发动机,向月球表面缓缓降落,最终在月球表面的“静海”区域着陆,这里相对较为平坦。宇航员阿姆斯特朗首先出舱,成为踏上月球的第一人。
阿波罗11号:登月舱降落在月球上,宇航员奥尔德林正在检查设备
完成在月球表面的任务后,宇航员返回登月舱,启动推进器,将登月舱的上升级飞离月球表面,而其余部分则永远留在了月球上。上升级在环月轨道上与指令舱会合,宇航员离开登月舱回到指令舱,随后登月舱与指令舱分离,只剩下指令舱返回地球,并在大海上溅落。
阿波罗11号:登月舱上升级返回环月轨道
1967年,阿波罗1号在一次演练中起火,三名宇航员被烧死,促使NASA进行了一系列改进。1968年10月,阿波罗7号首次载人发射,12月,阿波罗8号首次到达环月轨道并返回。从阿波罗11号到17号,除了阿波罗13号因服务舱液氧箱爆炸而惊险返回之外,其余登月任务均获得了成功,共有12名宇航员登上月球。
人类的一大步
在美国的阿尔忒弥斯计划实施之前,阿波罗计划仍然是一个无法超越的高峰,以致于阴谋论者认为它是伪造的,人马君并不认同这种说法,因为现在仍然能够观测到阿波罗飞船留在月球上的登月舱,有兴趣的网友可以搜索查看一下。
荣耀与伤痛:航天飞机,美国,1981年载人首飞自阿波罗登月之后,大概十年的时间,美国都没有新的载人航天器问世,然而到了1981年,NASA却憋出了一个大招,直接闪瞎了世界人民的双眼:神一般的航天飞机横空出世。
哥伦比亚号航天飞机第一次发射
1981年4月12日,这个史上最庞大的载人航天器首次发射,从此开始了它三十年跌宕起伏的征程。航天飞机尺寸巨大,长37.2米,高17.4米,翼展23.8米,空重超过78吨,最大载荷超过25吨,一般搭载七名宇航员,这些数据远远超过了之前和之后的所有载人飞船。航天飞机依靠3台主发动机和2台固体燃料助推器垂直起飞,一个巨大的燃料箱为主发动机提供燃料,它们共同形成了那个年代的经典电视画面。
航天飞机飞向太空
完成任务后,航天飞机依靠隔热瓦穿过热障,通过滑翔方式降落在普通跑道上。它的起飞和降落过程的过载都不是太大,即使普通人经过培训后也可以乘坐。
哥伦比亚号航天飞机在跑道上降落
航天飞机是第一种可复用载人航天器,它自身以及那两台固体燃料助推器都可以回收再用,本意是希望降低天地往返的成本。然而事与愿违,航天飞机每发射一次,都需要大量经费进行维护,成本极为高昂。
梦幻般的场景
航天飞机有一个长达16米的大货舱,配备机械臂,能装下尺寸巨大的物体,比如哈勃望远镜,还可装载多个卫星,将它们送往不同的轨道,并实现卫星的在轨修复甚至回收。它因此成为功能最强大的载人航天平台。
奋进号上的宇航员维修哈勃太空望远镜
不过,现代火箭的推力越来越大,一箭多星技术也很成熟,成本远比航天飞机要低,而修复或回收卫星,并不一定比新造一枚更合算,这导致用航天飞机搭载卫星颇有些大材小用的感觉。
航天飞机货舱特写
而两次严重的事故更是让世界为之痛心。1986年,挑战者号航天飞机升空不久后爆炸,七名宇航员丧生。2003年,航天飞机的元老哥伦比亚号因为防热瓦脱落,在返回过程中解体,同样是七人遇难,严重打击了NASA和航天飞机项目。
挑战者后升空后不久爆炸
2011年,在经历了135次飞行后,剩余的三架航天飞机全部退役,在博物馆里静静度过余生。虽然有各种各样的问题,但不能否认,它们是人类曾制造过的最强大的载人航天器,难以超越。
远去的航天飞机
横空出世的中国力量:“神舟”飞船,中国,2003年载人首飞
2003年10月15日,杨利伟乘坐中国第一艘载人飞船——神舟五号进入太空,实现了中国人的飞天梦,令无数国人为之自豪,人马君当年也是激动的睡不着觉。
2003年10月15日,神舟五号发射升空
神舟飞船的样子与联盟号类似,同样是轨道舱、返回舱和服务舱三舱结构,应该是对联盟飞船的成功经验有所借鉴,这无可厚非,因为这种结构形式已经久经考验,无疑是可靠而稳妥的。
神舟飞船内部结构,从前到后分别为轨道舱、返回舱、服务舱
而中国航天基本上从零起步,中间也经历了不少艰辛。航天英雄杨利伟,在起飞时就经受了难以忍受的振动,感觉内脏都要被震碎。而返回地面时,由于佩戴的麦克风有棱角,着陆的瞬间把他撞得满脸是血。
不过这些问题暴露出来后就都得到了妥善的解决,后来的神舟越来越完善,搭载人数也从一人到两人、三人,完成了太空行走,以及与天宫一号、二号空间站的对接。
神舟九号正在与天空一号对接
作为中国第一款载人飞船,神舟的意义是极其重大的,它使中国挤进了载人航天俱乐部,打破了美俄的垄断局面,连欧洲都只能望我们项背。不可否认,神舟和长征2号F火箭的性能都不突出,看起来没有土星五号和航天飞机那么高大上,但它确实是中国航天的一大步,实现了突破,积累了经验和技术,为更加强大的新一代载人飞船打下了坚实的基础。
载人航天商业化:“龙”飞船,美国,2020年载人首飞载人龙飞船(或称“天龙座”)是自2003年神舟5号发射后,17年来第一次有新型的航天器载人发射,可谓千呼万唤始出来。
SpaceX的载人“龙”飞船
它受到如此多的关注,主要是因为美国人已经等待了太久了。2011年航天飞机退役后,美国人只能靠俄罗斯的联盟MS飞船送宇航员往返国际空间站,且不论俄国人开出的7000万美元单人票价,就这种即使在美俄交恶期间也要低声下气求人搭车的处境,足以让美国人食不甘味。
国际空间站
而进入21世纪第二个十年后,在政府和NASA的扶植下,马斯克的SpaceX风生水起,先是猎鹰9号可回收火箭大获成功,后来又研制了用于货运的龙飞船,这家NASA的“小舅子”公司俨然成为世界航天界的另一极,商业航天和可复用火箭的理念变得炙手可热。
猎鹰火箭在海上回收
SpaceX自然有义务要解决运送宇航员的燃眉之急。在无人的货运版龙飞船成功之后,载人龙飞船呼之欲出。它和我国新一代飞船一样是两舱构型,即载人舱和服务舱,高约6米,直径3.7米。就像马斯克的其它产品一样,龙飞船无论是圆润美观的外形,还是如星舰座舱一般的内部,都充满了科幻感,商业公司在形象包装方面真是不遗余力。
龙飞船圆润的外形
龙飞船内部的豪华座舱
载人龙飞船的无人版本在2019年进行了测试飞行,并与国际空间站进行了对接。2020年1月19日,载人龙飞船通过了紧急逃生测试。
龙飞船紧急逃逸测试
2020年5月30日(美国东部时间),龙飞船搭载两名宇航员,由猎鹰9号火箭发射升空,成为9年以来第一个从美国本土发射,运送美国宇航员的美国载人飞船,这种大事件,怪不得川普也要到现场看热闹呢!
特朗普前往观看载人龙飞船发射
不过人马君认为,除了这种政治上的宣传意义之外,载人龙飞船带来的真正改变是商业载人航天的兴起。把人送上太空这种事,从1961以来,都是超级大国才能玩得起的游戏。如今,不管说是扶持也好,给钱给技术也罢,SpaceX这样的商业公司居然也能干起载人航天了,甚至将来可能还会成为主力,这将对航天事业未来的发展带来深远的影响,是福是祸,现在还看不十分清楚。
结语写了快6000字,终于把六十年来的各类飞天神器历数了一遍,也不知各位网友是否有耐心读到这里:)本文由载人龙飞船发射而起意,最后还得回到中美航天事业对比的主题。就在不久前,我国新一代载人飞船试验船成功完成了测试,虽然是无人的,但还是非常令人鼓舞。要知道,新一代飞船的个头和性能要远远强于龙飞船,是为了登月甚至深空探测所准备的大国神器,它的竞争对手应该是美国的“猎户座”飞船。
我国新一代载人飞船试验船
美国在航天飞机退役后,经过了一个厚积薄发的阶段,现在,官方的猎户座和SpaceX的龙飞船齐头并进,再加上雄心勃勃的阿尔忒弥斯登月计划,隐隐然有要重现阿波罗登月时代辉煌的意味。
美国载人飞船三剑客(从左到右):CST-100、载人龙飞船、猎户座飞船
中国航天这几年的发展虽然不错,但也存在那么一点儿不顺,肩负重要使命的长征五号屡屡出状况,导致多个航天计划被迫推迟,不知不觉间,距离上一次神舟飞船发射已经过去4年了。好在长五B和新一代飞船试验成功,中国航天似乎又恢复了锐意进取,勇往直前的势头。与此同时,我国的民间航天公司的发展也进入了快车道,例如蓝箭航天的“天鹊”80吨级液氧甲烷发动机已经完成了100%推力试车试验。这次SpaceX的商业载人航天的尝试,是否对我们有启发意义呢?也许我们可以借鉴一下这种国家和商业公司并举的发展模式吧。
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