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正文共： 6834字 11图 预计阅读时间： 18分钟 处于十字路口的太空探索:
1997–2017 
太空舱猎户座（Orion） 2003年2月1日，哥伦比亚号航天飞机在再入大气层时解体，布什政府听取了随后的哥伦比亚号事故调查委员会的主要建议之一：在完成国际空间站的组装后，让航天飞机退役。2004年1月，乔治-W-布什总统宣布2010年为其最后一年的服役期。取而代之的是，他提出了一个复杂而雄心勃勃的计划，名为 "太空探索愿景"，至少在某种意义上超过了航天飞机（一个局限于地球轨道的航天器）。布什要求建立一个能够将宇航员送入深空的乘员舱和运载火箭。总统为航天飞机的继任者提供了一个时间表：2014年首次飞行，至迟于2020年完成登月任务。除此之外，他还广泛地谈到了月球作为人类最终访问火星的平台。布什讲话的乐观精神很快就遇到了阿富汗和伊拉克的反恐战争所带来的严峻的预算现实。NASA发现自己正在缩减总统的宏伟计划，用一个基于历史悠久的硬件的系统来取代昂贵的新技术。被称为 "星座 "的计划需要两个独立的发射器："战神一号"，这是一个源自航天飞机固体火箭助推器的火箭；以及 "战神五号"，这是一个由五台RS-68发动机（就像德尔塔IV型上的那些型号）驱动的巨大飞行器，由一个巨大的外部油箱提供燃料并由另外两个固体火箭助推器补充。战神一号和战神五号都使用土星五号的J-2第二级。星座计划的创建者选择了一个航天器，即猎户座指挥和服务舱，用于将宇航员运送到地球轨道之外。与战神一号和五号一样，猎户座大量借鉴了过去的经验。它非常类似于阿波罗指挥和服务舱的圆锥体外形，只是更加宽敞。它可以携带六名宇航员到国际空间站（ISS），四名宇航员到月球。在月球航行中，它重现了阿波罗的月球轨道会合结构：当猎户座在月球上运行时，一个着陆器与它分离，飞到月球表面并着陆，在那里停留长达7天，并（利用其上级）与猎户座会合，进行回家的旅程。返回地球的过程既模仿了阿波罗计划，又与之相背离。在抛弃服务舱后，猎户座的指挥舱通过降落伞落入大气层。但不是在海上溅落，而是通过反托架和气囊缓冲器使航天器下降到美国西部的一些地方进行地面着陆。NASA 猎户座（Orion） MPCS (多用途乘员舱)
ESM (欧空局服务模块)
在2006年的前七个月，三家航空航天公司--一边是洛克希德-马丁公司，另一边是诺斯罗普-格鲁曼公司加上波音公司--竞标猎户座太空舱项目。2006年8月31日，美国宇航局将主合同授予洛克希德-马丁公司，金额为61亿美元。但随着2008年巴拉克-奥巴马总统的当选，布什太空计划的手段--与其说是目标，不如说是改变了。2010年4月在肯尼迪航天中心的一次演讲中，奥巴马总统概述了他的计划，其中包括对小行星、月球甚至火星的载人任务。奥巴马还取消了 "星座 "项目，但保留了 "猎户座 "航天器。为了取代战神号火箭，他提出了一种技术上更先进的运载工具，最终被称为太空发射系统（SLS）。政府撤销了与洛克希德-马丁公司的合同，但签署了一份持续到2020年的新合同，责成该公司为三次任务建造猎户座。猎户座的指挥和服务模块与阿波罗的最大不同之处在于体积。它长8.1米，直径5米，比阿波罗号短3米，宽1.2米。但更重要的是，它提供了总共19.5立方米的加压空间，而阿波罗号只有10.4立方米，几乎是后者的两倍。猎户座的重量为25,848公斤--令人惊讶的是，比阿波罗号少了大约4,500公斤。此外，与与星座项目有关的猎户座不同，后续型号在海上降落，而不是在陆地上。而星座项目的配置需要三个不同的猎户座型号来实现其不同的任务，NASA指示洛克希德在一个多用途的设计中建造新的猎户座，以适应所有的紧急情况。猎户座的测试始于2008年至2014年期间进行的一系列中止系统和溅射回收试验。然后，在2014年12月5日，进行了第一次轨道发射：Delta IV重型火箭在大约4.5小时内将猎户座绕地球两圈。它达到了5,800公里的高度，之后降落在太平洋。工程师们评估了航天器的降落伞、弃置设备、机载计算机和热防护罩。在这次飞行之后，下一次任务（定于2018年）预计将进行为期7天的无人驾驶月球往返航行，随后计划用猎户座发射第一批船员，到2025年，航天局预计将送宇航员到附近的小行星进行考察。恢复以人为本的深空任务--自1972年阿波罗17号以来，美国宇航局从未尝试过--并不便宜。仅猎户座的成本估计（到2023年）就达204亿美元，这个数字还不包括仍在开发中的巨大空间发射系统火箭的支出。龙太空舱（Dragon）当乔治-W-布什总统和他的政府在2004年决定在哥伦比亚号事故后取消航天飞机计划时，美国太空探索的未来受到了怀疑。可以预见的是，按计划在2010年航天飞机退役后，美国宇航局没有能力将宇航员送入轨道。各行各业迅速响应，争夺NASA的轨道业务，重点是，但不限于，为国际空间站（ISS）补给物资，并最终补给乘员。其中，加州霍桑的太空探索技术公司（SpaceX）（由企业家埃隆-马斯克创立），在早期就取得了领先。SpaceX于2004年开始研制名为 "龙 "的太空舱，其猎鹰1号火箭于2006年进行了首次飞行。就在奥巴马总统邀请各公司竞争合同的八个月后，龙号由SpaceX公司更新、更强大的猎鹰9号发射，首次亮相。2012年10月，"龙 "号成为第一个与国际空间站对接的私人航天器，它在那里运送物资并通过溅射将货物送回地球。美国宇航局与SpaceX签署了到2017年的15次国际空间站货运任务的协议，从2019年到2024年至少还有6次。航天局同意为这些服务向SpaceX支付约28亿美元。虽然是大客户，但美国国家航空航天局代表了SpaceX的许多客户之一；该公司在2006年6月至2017年7月期间总共进行了42次发射，其中10次是为美国国家航空航天局发射到国际空间站。在设计这些新的航天器时，龙飞船的工程师重视灵活性。除了最初的运输模型，他们还开发了一个几乎相同的载人版本（龙2，最多可搭载7名乘客），SpaceX通过利用前往国际空间站的货运任务来测试载人部件，为飞行做准备。第三种非常相似的龙式变体，称为龙式实验室，将作为技术演示和科学实验的载体。龙飞船的两个部分包括一个钟形舱，舱内有11立方米的增压货物空间。就在它的下面，在它的底部，它有推进器；一个制导、导航和控制舱；以及一个隔热罩。第二部分，位于航天器下方，有一个圆柱形的躯干，包含太阳能电池阵列，提供14立方米的非加压有效载荷容量。总的来说，龙飞船重达6000公斤，长7.2米，直径3.7米，并提供25立方米的内部空间。2014年，SpaceX赢得了美国宇航局对龙2号的批准。该公司将以26亿美元的价格开发该航天器，在有宇航员乘坐的测试飞行中对其进行验证，然后将2至6名国际空间站工作人员送往空间站，计划于2018年进行首次发射。这项协议代表了美国航天的一个新时代。如果成功，它将结束美国宇航局完全依赖俄罗斯运载火箭将其宇航员送入太空的七年时间，并开始美国宇航局将发射美国宇航员进入轨道的角色让给私营公司的时期。Space X Dragon 2
CST-100奥巴马总统在2010年呼吁商业公司竞标国际空间站的运输服务，SpaceX在响应这一呼吁时面临着激烈的竞争。其他相对较小的公司，如轨道科学公司和杰夫-贝索斯的蓝色起源公司也在争夺美国国家航空航天局的这些合同。但是，在所有这些刚起步的公司面前，站着的是航空航天业的巨头，它对自己的航天器-发射器组合有着宏伟的计划。波音公司在这场竞争中以巨大的优势开始。它（或它所吸收的公司）不仅体现了从阿波罗、航天飞机和国际空间站计划中获得的丰富经验，而且它不需要开发新的火箭。由于它在2006年与洛克希德-马丁公司建立了名为联合发射联盟的伙伴关系，波音公司获得了洛克希德公司久经考验的阿特拉斯五号火箭的使用权。阿特拉斯五号火箭自2002年以来一直在飞行，它的核心助推器带有多达五个捆绑式固体火箭发动机和半人马座第二级，具有强大的起飞能力。波音公司在2011年回应了奥巴马总统的商业发射邀请，推出了一个阿波罗形状的太空舱测试模型，它称之为乘员太空运输（CST）-100 Starliner。10月，CST在NASA的艾姆斯研究中心进行了风洞测试。第二年，波音公司在空投测试中使用了降落伞和气囊，这是很重要的里程碑，因为与水星、双子星和阿波罗不同，这个航天器是在地面上降落，而不是在海中。2012年，美国宇航局和波音公司就CST的基本布局达成一致，2014年，该公司首次公布了一个全尺寸的模拟模型--包括完整的内部布局。波音公司在其候选者中承诺了效率和现代性。由于它避免了飞溅，其工程师声称它可以提供高达10倍的重复使用。它的外壳由轻质、非焊接的蜂窝结构组成，它的其他特点包括自主对接、可容纳7名船员的空间（NASA更喜欢5名船员加货物的配置）、由人工驾驶支持的自动控制，以及源自波音商业飞机的令人愉悦的LED机舱照明。CST的长度为5.03米，最宽的直径为4.5米。尽管在项目开始时承诺了里程碑，但发展的硬性事实要求进行技术和方案调整。最初的时间表预计在2013年进行停机坪测试，在2014年进行无机组人员的轨道飞行和双机组人员的飞行测试，并在2015年将宇航员运送到国际空间站。场地中止试验一直等到2017年10月，无机组人员的轨道飞行试验一直到该年12月，而国际空间站任务（有一名宇航员和一名波音公司的试飞员）一直到2018年2月。推迟的原因是波音公司需要减少太空舱的质量，解决CST-100在阿特拉斯五号的发射和上升测试中发现的空气动力学问题，并完成NASA要求的新要求所带来的软件修改。波音公司根据NASA在2014年9月的42亿美元承诺继续开展工作；SpaceX在同一时间获得了大约28亿美元。无论这些公司还是其他公司获胜，NASA当局都期待着结果。最终，选择赢家将使该机构摆脱宇航员转运的困境，自2011年航天飞机退役以来，这种情况一直困扰着它。Boeing Starliner (CST-100)
神舟 （Shenzhou）从近年来的一连串成功来看，中国的载人航天计划似乎是非常连贯和集中的。一个被称为 "曙光 "的载人计划早在1968年就开始了，承诺到1973年将有一名中国宇航员进入太空。但是缺乏资金和政治兴趣不足注定了曙光计划的失败。在1970年代的剩余时间里，低水平的活动继续进行，直到1980年，由于削减成本，所有工作都结束了。中国国家航天局（CNSA）在1980年代中期接过了接力棒，因为中国看到其他国家取得了巨大的进步，最引人注目的是美国的自由空间站、战略防御计划和航天飞机业务；以及苏联和俄罗斯的和平号空间站和暴风雪号航天器。在考虑了更先进的技术，如可重复使用的飞行器和航天飞机之后，中国当局在1992年决定着手开发一个有意识地仿照历史悠久的联盟号飞船的太空舱，与长征（CZ）-2F运载火箭的一个改型相配，为人类乘客进行升级。苏联通过向20名中国工程师提供奖学金，以及更直接地同意向中国航天局转让技术和宇航员培训技术，来支持中国的努力。一旦新的太空舱在20世纪90年代进行了设计、制造和地面测试，它就进入了第二阶段，从1999年11月开始乘坐现在的人类等级的长征二号F进行了四次无人飞行。中国自豪地将该航天器命名为 "神舟 "，但在最初的测试中只有其服务舱作为一个完整的功能单元飞行；仍未完成的轨道舱作为一个假人进入轨道。在这次飞行之后，被命名为神舟一号，2001年1月，神舟二号携带一只狗、一只猴子和一只兔子进入太空，以测试生命支持系统。2002年3月，神舟三号带着一个模拟乘客进入太空，以评估太空飞行对人类生理的影响。2002年12月的神舟四号代表了即将到来的载人飞行的全面演练，在倒计时的部分时间里有一名乘员在太空舱内。这次任务按计划进行，为第一位太空人扫清了道路。在首次发射之前，安装在长征-2F顶部的航天器看起来与联盟号惊人地相似，只是更大。与俄罗斯的飞行器一样，它由三个主要部分组成：一个向前的轨道模块（联盟号是球形的；神舟号是半球形的）；中间的钟形再入模块；以及后面的圆柱形服务模块。神舟号重7840公斤，长度超过9.25米，直径超过2.8米，其太阳能电池组的跨度为17米。通过神舟五号，中国加入了美国和俄罗斯的行列，成为唯一有能力将人送入太空的国家。太空人杨利伟于2003年10月15日升空。他在21个小时内绕地球14圈，然后成功着陆。随后又进行了六次神舟飞行任务，在这些任务中，乘员人数、在轨时间和任务的复杂性迅速增加--实质上，将几十年的太空成就压缩到了11年。在2005年10月12日发射的神舟六号中，两名航天员开始了为期五天的旅程，在此期间他们首次居住在神舟的轨道舱中。2008年9月25日启动的神舟七号载着三名乘客进行了为期三天的任务，在此期间，其中两人进行了太空行走。然后发生了第二组突破性进展。在神舟八号的任务中，刚刚发射的中国空间站天宫一号在2011年11月3日的自动交会对接中接受了两个测试假人的访问。天宫一号的首次人类居住发生在2012年6月18日，当时神舟九号的机组人员--两男一女--在上面呆了11天。神舟十号也载着两男一女来到空间站，从2013年6月13日开始，他们花了12天时间进行技术和科学实验，以及与人体生理学有关的研究。最后，在2016年10月16日，神舟十一号载着两名船员前往新的天宫二号空间站，以33天的任务创造了中国的太空记录。尽管载人航天的酝酿期很长，但中国的太空计划一旦认真开始就获得了越来越大的动力，到21世纪开始缩小与美国人和俄罗斯人之间的差距。CAST 神舟 (项目921-1)
联盟（Soyuz） MS (7K-MS)2016年是航天史上的一个历史性里程碑：它标志着联盟7K-OK号启动联盟系列太空舱以来的第50年。无论是7K-OK，还是它的一些继任者，都没有被证明是完全成功的。但作为一个群体，它们证明了一个基本健全的设计--谢尔盖-科罗廖夫和他的特别设计局1，即后来的RKK Energia的工作--为工程师提供了修改、现代化和保持两代航天器家族服务的机会。从外观上看，联盟TM和TMA大致相同，但TMA的内部反映了美国国家航空航天局要求的变化。作为一个经常依靠联盟号运送宇航员进出国际空间站的客户，美国航天局要求进行一些实际的改进，如可调节的沙发，以适应更高更重的船员。Energia团队还增加了改进的降落伞系统和第一个玻璃驾驶舱--电子飞行仪表显示在LCD屏幕上，而不是模拟仪表上--有史以来安装在一次性航天器上。当航天飞机在2011年退役时，在可预见的未来，将宇航员和宇航员运送到国际空间站并将他们带回家的全部责任落在了联盟号飞船上。因此，Energia对TMA进行了现代化改造，并将其重新命名为联盟TMA-M。这需要对老式设备进行全面整修，特别是用新的数字计算机取代旧的和沉重的电子管计算机，包括数字航空电子设备和显示器。TMA-M从2010年到2016年执行了20次任务。Energia为庆祝联盟号五十周年，在2016年7月推出了新的型号-MS（"现代化系统"）（也被称为联盟号7K-MS）。虽然它看起来像TMA-M和其他前辈，但联盟MS预示着内部的重要修改，与电子、船员安全和飞行控制有关。也许最值得注意的是安装了一个卫星导航系统，而不是依靠六个地面站进行轨道观测的老方法。此外，可靠的库尔斯交会系统经历了30年来的第一次重大改进，成为库尔斯-NA，它引进了更先进的计算机，同时体积更小，重量更轻，功耗更低。为了补偿与更先进的电子装置相关的更多的电力需求，MS的设计师在太阳能电池阵列上放置了更多的电池，并在航天器上已有的四个电池基础上增加了一个额外的电池。除了这些改进之外，一个新的通信系统中的三颗卫星使乘员在80%以上的时间里能够与莫斯科的任务控制中心联系。最后，为了再次回应NASA的关切，Energia加强了覆盖MS上居住舱的薄铝壳，以保护其三名乘客免受日益普遍的太空垃圾或自然产生的碎片的碰撞。联盟号MS的首次飞行是在2016年7月7日进行的，首先是为期两天的试航。9日，机组人员与国际空间站对接，并在那里停留到10月30日。自那时起，俄罗斯航天局计划在2017年年底前再进行六次联盟号MS前往国际空间站的旅行，搭载14名乘客。他们预计将在2019年3月进一步执行直至联盟MS-12的任务，并可选择将其延长至2020年代中期。届时，俄罗斯政府对美国国家航空航天局的镜像--俄罗斯航天局，计划公布下一代俄罗斯载人航天器。Soyuz 7K-MS (Soyuz MS)
Soyuz 7K-MS (Soyuz MS)
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