俄罗斯新型载人飞船新鲜出炉

自美国哥伦比亚号航天飞机失事后,俄罗斯的联盟号飞船独挑天地之间载人往返运输的大梁,虽然联盟号以其高可靠性、高稳定性著称,但也日益显现出不能满足飞行需求的迹象。所以在2000年俄罗斯的科学家就开始在联盟号飞船的基础上,研制一种新型的可载6人的航天器——“快帆”(Kliper),用来替换目前使用的联盟号飞船。目前,快帆号计划已经取得了一些实质性的进展。

发射系统

按照最初的计划,快帆号飞船将由尚未研制出来的由联盟号运载火箭改进的Onega运载火箭发射,该运载火箭在联盟号运载火箭的基础上进行了较大的改进。Onega火箭不带载荷整流罩,不过在飞船返回舱头部装有紧急逃逸火箭。这个紧急逃逸系统类似于联盟号上的逃逸系统,能在航天器进入轨道之前的任何发射阶段将航天员带离火箭。

成功地研制Onega火箭及其配套的发射设施是快帆号计划中一个极具挑战性并且耗资巨大的部分。此外,若采用一次性运载火箭,将会束缚可重复使用运载器的发展,也就体现不出它的经济性。由于研制经费有限,能源火箭航天公司转向考虑具有类似能力的天顶号运载火向考虑具有类似能力的天顶号运载火箭。该火箭曾是苏联运载系列中最先进的火箭,由于苏联解体后其主要制造商归属于乌克兰,因此基本上退出了俄罗斯的空间计划。然而在快帆号计划中,技术上的实用主义压倒了政治上的干扰因素。2004年8月能源火箭航天公司确认重新修改快帆号的技术参数,以适应天顶号火箭的运载能力。快帆号将原来的设计重量缩减了1.5吨,其中约有1吨是从再入舱缩减的。此外,紧急逃逸系统也从飞船的顶部移到了飞船与运载火箭的适配器上。这一修改能在飞船的最后入轨机动时利用紧急逃逸发动机,从而达到节省缩减重量的目的。

轨道操作

快帆号能够自主飞行,为国际空间站运输人员和货物。它能够承载6名乘客(其中可以包括太空游客)。可分离式的居住舱在一定程度上借鉴了联盟号飞船的设计,并且与联盟号飞船一样安装在再入舱的后部而不是前部。居住舱中包括对接硬件设备、卫生间及其他生命保障系统。

圆环型的仪器舱环绕在居住舱之外,其中包括轨道机动与姿控系统、供电系统(太阳电池阵)。推进系统的燃料是偏二甲肼与四氧化二氮。当返回舱再入的时候,居住舱/服务舱联合体将被分离抛弃。这一点与联盟号飞船一样。

再入系统

能源火箭航天公司最初公布的快帆号外形设计是“升力式”,这样的设计能在快帆号再入大气层时高效利用空气推力。与一般的返回舱不同,快帆号在返回地面时能够进行侧向机动飞行,这就使其最终的返回轨迹具有较大的可操纵空间。

快帆号助推段的尾部上安有3个活动方向舵,2个在垂直方向上,1个在水平方向上。这种设计能使快帆号进行左右滑行,最大偏移距离可达到500千米,并且最大过载不会超过2g,舱头关键部分的表面温度不会超过3000K。

快帆号将综合借鉴苏联暴风雪号航天飞机计划与联盟号飞船的热防护系统。热防护系统的某些部分将不可重复使用。

着陆系统

快帆号飞船的着陆系统包括非可控主伞系统(3伞降落)和一些固体推进发动机,后者将在快帆号着陆前的瞬间点火,且极有可能采用水中溅落的方式来实现安全着陆。

“带翼式船体”设计方案

2004年11月,能源火箭航天公司又公布了一个“带翼式船体”的设计方案。这种新的设计方案能使快帆号的侧向机动能力达到500~2000千米,并且能任意选择返回的飞行轨道以及在常规的跑道上降落。然而这种方案目前还没有解决发射时的紧急逃逸问题,因为在机场的紧急逃逸需要控制好着陆点,而不像“升力式”方案中可以通过降落伞任意着陆。

模块化设计

根据能源火箭航天公司2004年11月份公布的资料很明显就能看出,全封闭的乘员舱既能与“升力式”承载平台匹配,也能与“带翼式”承载平台匹配。两种承载平台都作为单独的模块进行设计。正是采用这样的结构才允许快帆号能够展开阶段研制,一开始是“升力式”方案,后来才是“带翼式”方案。

早在2年前,俄能源火箭航天公司的专家就提出在2014年左右向火星发射载人飞船,为了实现这个目标,快帆号计划已经包含在2005~2015年俄罗斯联邦航天计划中。

由于俄罗斯方面能够提供用于快帆号初步研究的资金较为有限,能源火箭航天公司一直在寻求合作的伙伴。2004年与欧空局和美国航宇局进行了多次洽谈,希望它们能够加入该计划,但一直没有取得太大的进展。看来,俄罗斯快帆号飞船的成功与否,不在技术上而在经费上。