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哈喽各位亲，小宇宙又跟大家见面了，在阿波罗17号完成登月后的44年中，再无人类踏足月球，如今，NASA（美国国家航空航天局）宣布将重返月球，远征火星，搭载这次人月重逢的，正是猎户座飞船。在阅读的同时不要忘记订阅小宇宙哦~  1972年12月14日，阿波罗17号指令长尤金-塞尔南登上阿波罗17号飞船离开月球，成为迄今为止最后一个登上月球的人类，2006年8月，NASA宣布新一代载人航天器猎户座飞船，在未来，猎户座飞船将担负重要的载人航天任务，其中包括重返月球和登陆火星。上图为猎户座飞船飞行概念图。 说到猎户座飞船，就不得不从猎户座计划说起。 事实上，NASA也曾有过令人疯狂的想法，其中之一就是猎户座计划，该计划主要内容为，利用核爆炸（核脉冲推进）为动力，将巨型载人飞船送到离地球更远的星球，如火星，木星或土星。但最终因核辐射尘污染和推重比的问题而流产。下图展示了猎户座计划中飞船利用核爆炸飞行的场景：  “猎户座计划”最早发起于1958年，当时正是冷战早期、美苏刚开始太空争霸的时候。“猎户座计划”正是在这种背景下发起的，美国科学家计划造一艘像远洋巨轮般庞大的太空船—“猎户座”，并用数千枚小型核弹做动力，将这艘至少可以乘载40名宇航员的太空船送往火星、木星或土星。下图为当年研制的飞船模型：  根据计划，“猎户座”太空船只需125天就能往返火星，飞船上可以携带100吨设备和食品，当飞船借助火箭废除大气层后，宇航员就从船尾释放出一颗核弹，接着再释放出一些由含氢塑胶制成的固体圆盘，飞船驶出一定距离后，核弹将在飞船后面爆炸，蒸发掉塑胶圆盘，将其转化成高热的等离子浆。这些等离子将会向四面八方冲击扩散，其中一些将会追上太空船，撞击太空船尾部巨大的金属推进盘，从而推动太空船高速行驶。下图为飞船在发射场的概念图：  计划中，整个飞船将有16层楼那么高，尾部的推进盘直径达41米，发射平台将由8个高达76米的发射塔组成。当太空船被发射升空后，太空船尾部每隔10秒钟就要爆炸一颗相当于2万吨TNT能量的小型原子弹。但最终因核辐射尘污染和推重比的问题而流产。下面这段视频展示了该计划中飞船的工作原理：
事实上，在此之后，猎户座计划并未全部停止，在加入新技术和改进后，又诞生了一个空间版本的猎户座飞船（仅在太空环境中使用）：   空间版的猎户座飞船采用了现代脉冲裂变推进概念，从外形上看就比之前那个疯狂计划靠谱得多，同时引入了空间发射的概念，即将飞船作为一个太空母舰，其中搭载的数个小型载人飞船可由母舰再次发射，进行星球着陆任务，下图展示了将航天飞机装入猎户座飞船：  但令人遗憾的是，该计划最终也因现有技术无法实际建造飞船而搁置。 在航天飞机时代结束后，NASA开始设计新一代载人航天器，开始“星座计划”，该计划旨在2020年将人类再次送往月球，并征服如火星等太阳系内目标。但美国总统奥巴马在2010年2月1日正式提议取消星座计划，原因为该计划“超预算、进度落后而且缺乏新意”。有关法案于同年10月成为法律，星座计划宣告终结。但新一代载人飞船计划获得保留，被称为Orion Multi-Purpose Crew Vehicle (MPCV)，亦称猎户座飞船。下图为正在进行测试的猎户座飞船：  关于飞船的命名，还有一段小插曲：“载人探索飞行器”（Crew Exploration Vehicle，CEV）原本是美国国家航空航天局所预定的名字，并打算在2006年8月31日公布。可惜在2006年8月22日之前，国际太空站上的美国宇航员杰夫·威廉斯对地球无线电通话时无意中说溜了嘴，提到了美国国家航空航天局刚刚选定的最后名称猎户座，消息很快传播开来。因此，美国国家航空航天局只得在2006年8月22日正式公布猎户座这个名字。猎户座是天空中最明亮的星座之一，也是大家十分熟悉而且极易辨认的星座。而该代号也曾用在约翰·杨和查尔斯·杜克所乘坐过的阿波罗16号的登月舱，该登月舱在1972年4月的时候降落在月球的表面。下图为猎户座飞船飞行概念图：  猎户座飞船的外貌与阿波罗飞船相似，融入了电脑、电子、维生系统、推进系统及热防护系统等领域的诸多最新技术。同航天飞机比，猎户座的使用成本更加低廉，安全系数也大幅提高，而且与航天飞机一样可以回收再使用。由洛克希德·马丁公司负责设计和建造。  与航天飞机相比，猎户座飞船拥有以下优点： 1.发射时飞船将与火箭串联在一起，即飞行器在火箭的顶部，而不像航天飞机那样与火箭并联，所以能远离燃烧的发动机和坠落的碎片造成的危险，完全避开泡沫材料脱落的威胁。 2.设置有载人火箭常用的‘逃逸塔’系统，一旦在发射时出现故障，引发燃料爆炸，可迅速将飞行器分离出去，通过降落伞安全降落。这些措施可使太空飞行事故率从以往航天飞机1/220降低为现在的1/2000，提升了安全系数。 3.借鉴俄罗斯飞船的经验，把人、货分开运输，这样既安全又经济。 同时，与阿波罗飞船相比，既有相同点，也有不同之处： 1.空间更大，能携带4到6位宇航员，而阿波罗飞船最多只能承载3名宇航员。 2.装备有太阳能电池板，这将大大减少使用燃料电池和普通电池。 3.既能像阿波罗飞船一样降落于水中，也能依靠降落伞在干燥的沙漠地区着陆。 4.由合成材料制成，重量显著降低，而具有强大的计算机系统，同类飞船中最先进的，每秒处理的指令数量可达到4.8亿条，是国际空间站的25倍，航天飞机的400倍， 阿波罗飞船的4000倍。同时还能抵抗极端的高温和寒冷环境，以及严重的辐射和振动环境，重启时间只需15秒。 下面这段视频记录了猎户座飞船进行着陆测试：
猎户座飞船的“载人及服务模块”（CSM）的结构包括两个主要的部分：一个圆锥形的载人舱，以及一个圆柱形的服务舱。后者除了提供飞船的推进动力之外，还提供额外的供给。这两者都是在1967年至1975年执行任务的阿波罗号飞船命令及服务模块的基础上进行设计的，除此以外，还参考了航天飞机计划中所衍生出来的新型技术。 载人舱由洛克希德·马丁公司建造，可以容纳4-6名机组人员。虽然猎户座飞船采用了与六十年代开发的阿波罗飞船相近的设计理念，但使用数项较为完善的技术： 1.“玻璃驾驶舱”数字化控制系统（衍生于波音787飞机中的驾驶舱）。 2.类似俄罗斯进步号飞船和欧洲自动运载飞船的自动对接系统，该系统允许在紧急情况下由宇航员全权控制。此前的其他美国飞船，如双子座、阿波罗飞船，以及航天飞机等，在进行对接时都需要手动操作。 3.改进过的废弃物管理设备，包括一个微型野营式马桶，以及一个在航天飞机和国际空间站中已投入使用过的不分性别的“便溺管”。其中航天飞机的“便溺管”系统是基于天空实验室上的系统开发的，而国际空间站的系统则是基于联盟号、礼炮和和平号国际空间站的同类系统。因此，在该飞船中将彻底取消遭人恨的“阿波罗袋子”。之所以称为“阿波罗袋子”，是因为阿波罗飞船上的宇航员必须使用这种“设备”。该“设备”其实就是一个开口处有粘性的塑料袋，排便时需要将其粘贴在屁股上，然后再进行排便。4.氮气/氧气混合空气环境，保持海平面的大气压（101.3kPa），或者稍低（55.2至70.3kPa）。 5.更加先进的计算机系统。 事实上，猎户座飞船目前有两个版本：往返国际空间站的6人式和执行月球任务的4人式，除了在内部的座位上有所变化，外部的太阳能板和服务舱也有所不同。下图为猎户座飞船与国际空间站对接概念图： 模块中的返回舱是可以部分重复使用的，计划可以执行最多10次飞行任务，以便能形成包含载人及无人驾驶的猎户座飞船船队。载人舱和服务舱，均使用合成材料建造。航天飞机的外部燃料箱、德尔塔-4运载火箭以及宇宙神-5运载火箭也使用了这种材料。 整个模块的隔热方式，采用了诺梅克斯材料制成的隔热毡进行包裹。可重复利用降落伞是基于阿波罗号及航天飞机固体助推器的降落伞进行设计的，并同样使用了诺梅克斯布料来制作。 在登陆舱方面，与阿波罗登月舱相比大很多，可以携带重量高达23吨的载筹抵达月球表面，甚至比整个阿波罗登月舱还要重。这么大载筹重量，甚至可以用于支持长期有人照料的月球基地。这一大载筹的特性，对于运送大量物资和科研设备至月球表面基地来说，非常有意义。 和阿波罗登月舱一样，猎户座的登月舱也包含降落和起飞两个过程。在起飞阶段，登月舱可以承载4人至环月轨道。按照原来的计划，登月舱应当使用使用甲烷-氧气燃料作为推进剂。在这一个基础上，还会衍生出结构近似的，用于火星任务的着陆器。选用甲烷作为燃料，它可以通过应用原位资源利用的理论方法在火星土壤中获得，而无需从地球运送过去。但由于该型推进系统仍然处于雏形阶段，为了避免因此拖后登月计划的整体进度而改为使用液氧-液氢燃料。下面这段视频模拟了猎户座飞船登月的情景：
同时，猎户座飞船拥有载人火箭常用的逃逸塔系统，事实上，逃逸塔本身是一种小型火箭，能在发射失败时将指令舱推离助推火箭。猎户座飞船的逃逸塔系统可在0.1毫秒内做出反应。 除载人部分外，猎户座飞船还有一个服务舱系统，主要承载主推进系统、动力系统和飞行姿态控制系统。飞行姿态是指飞船在空间（x、y、z方向，或者俯仰、滚转和偏航轴）中的定向方式。“猎户座”飞船则采用反推力控制推进器来控制飞行姿态，这些推进器分别安装在飞船的头部和尾部。在飞行中，服务舱将覆盖并保护载人探测飞船载人舱的隔热层，同时为飞船提供电力、推进力和飞行姿态控制。服务舱将在飞船重返大气层之前被抛弃。下图为载人舱和服务舱链接在一起： 服务舱本身还有一个为登月和登陆火星而设计的衍生版本，从整体来看，服务舱有不少亮眼的设计： 1.单发动机推进，使用甲烷/氧燃料，其效率稍高于阿波罗号飞船服务舱使用的自燃燃料混合物（肼/四氧化氮）。与肼/四氧化氮相比，甲烷/氧燃料具有更高的比冲（单位重量推进剂产生的冲量），这意味着当推进燃料质量相同时，其燃烧时间更长，并能带来更高的速度。将来，人类有可能会利用月球和火星上的原料来制造甲烷，为这种类型的飞船提供燃料。 2.更大的载油量使选择不同的月球轨道和着陆点成为可能。 3.除燃料电池提供的能源外，飞船上的太阳能电池板也能发电并提供补充能源。 4.含有液态氨或水/乙二醇混合物的导管将热量传递给散热器，以便将其散发到太空中。在外太空，有阳光照射的区域和没有阳光照射的区域温差大概有204摄氏度。这种受热不均现象会使飞船结构中的金属产生热应力。为了抵消这一效应，阿波罗号飞船在飞往月球时，采用绕轴旋转的方法，确保太阳射线能够均匀照射飞船的各个部分（“烧烤棍滚动操纵法”）。预计载人探测飞船也会采用相同的方法。 5.采用转向推进器控制飞行姿态，与阿波罗号飞船类似。 下面这段视频演示了猎户座飞船的技术特点：
2014年12月5日，猎户座飞船首飞成功。在这次飞行中，猎户座飞船搭乘“德尔塔”－4重型火箭点火，从佛罗里达州肯尼迪航天中心升空，经过约4个半小时的试飞后，飞船落入太平洋海域。下面这段视频记录了此次任务的全过程：
2016年9月10日，美国国家航空航天局（NASA）的官员表示，猎户座飞船的研制工作目前正在进行，将于2018年执行飞往月球背面的无人测试任务——“探索任务-1（EM-1）”，为之后的载人航天任务做准备。 从目前NASA给出的时间表来看，猎户座飞船将于2021年进行首次载人绕月飞行，2026年实施小行星重定向任务（捕获小行星并让其进行绕月飞行），2036年进行首次无人火星飞行任务，2039年进行载人火星任务。 |
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