新年伊始,美国国家航空航天局(NASA)和欧洲航天局(ESA)宣布了一项协议,联手建造下一代载人飞船“猎户座”(Orion)飞船的服务舱(Service Module),为宇航员提供氧气、饮水等生活必需品,以及辅助动力等关键设备。

因为财政紧缩和进度迟缓等原因,美国于2010年终止了星座计划(Project Constellation),但是同一年10月通过的立法,继续为包括近地轨道之外的空间探索提供经费,星座计划中的猎户座乘员/服务舱仍然是今后载人空间计划的重要部分。

猎户座发射、太空探索及返回过程示意图(Jianan根据NASA的模拟视频制作)

猎户座发射、太空探索及返回过程示意图(Jianan根据NASA的模拟视频制作)

猎户座由发射故障逃生系统、乘员舱和服务舱组成,保证4名宇航员可以完成最多210个地球日的空间任务。目前尚未确定最终的目的地,月球背向地球的一面、小行星带天体、火星的卫星以及火星本身,都有可能被选中作为目标。

猎户座的发射故障逃生系统和乘员舱已经完成了空投降落、发射应急分离着陆以及水面溅落等多项试验,按照目前的进度,明年早些时候将进行第一次无人飞行试验,在2017年发射下一代重型火箭,测试太空发射系统(SLS)。如果一切顺利,完成绕月无人任务之后,将在2020年前后进行载人绕月飞行,然后才会考虑火星或小行星的探索计划,那将是2030年前后的事情。

猎户座飞船由发射故障逃生系统、乘员舱和服务舱组成(NASA)

猎户座飞船由发射故障逃生系统、乘员舱和服务舱组成(NASA)

其实,从1950年代太空竞赛开始,美国就在规划太阳系外行星的载人探索。当时认为化学燃料火箭难以实现远程星际航行,需要开发比冲超过十万甚至百万级的火箭发动机,因此核能、电脉冲、等离子体以及小型核爆炸的推进方案都在考虑之中。其中有一个就是国防部的“远景计划”(Project LONGSIGHT)中的“猎户座计划”(Project ORION)。

那时的猎户座计划发动机考虑采用超小型的核爆炸作为动力。火箭在高空与助推器分离之后,间断地向后方抛掷小型核弹,推动火箭以极高的速度脱离地球引力,飞向预定的目标。因为核爆炸的强大冲击力,火箭的尾部必须有特制的缓冲装置,才能保证设备的安全,特别是宇航员的身体能够承受。

这个想法出自斯塔尼斯拉夫· 乌 拉姆(Stanislaw Ulam)。乌拉姆是波兰人,二战期间来到美国,后来也具有美国公民身份。他参加了美国的核计划,对氢弹的计算模型有很大贡献。该项计划由通用动力公司的原子动力分公司承担。该公司设计了验证原型火箭,于1959年在加州的洛马岬(Point Loma)进行了试验。采用常规炸药,五次快速连续的爆炸产生冲击波,将实验飞行器推向空中。

2012年2月在亚利桑那州Yuma进行空降试验后,参试人员合影(NASA)

2012年2月在亚利桑那州Yuma进行空降试验后,参试人员合影(NASA)

在猎户座计划的研发过程中,美苏于1965年签署了部分禁止核试验条约,地面、大气层和外层空间的核试验都在禁止之列,猎户座计划只得终止。当年被称为“Hot Rod”的试验飞行器和模型,原子动力分公司后来捐赠给史密森博物馆基金会保管。

今天的猎户座只是外太空探索的又一个阶段而已。人们正在设想和验证各种走出地球、甚至告别太阳系的星际航行方案。包括利用可控热核反应或阳光等作为动力是否可行,还要研究在百年以上的旅程当中,生态适应和太空环境引起基因突变等超前课题,例如需要多少“迁离地球”的移民才能维持种群正常繁衍。

一批欧洲的科学家和工程师已经在规划一、二十年内将志愿者送上火星定居。还有人预言,到本世纪末,人类有可能实现向太阳系外移民,去到距离我们最近的半人马座比邻星,或者拜访具有类地行星的最近的恒星邻居。希望今天的90后、00后可以看到那一天的到来。

1950和1960年代原子动力分公司研发以核爆炸为动力的猎户座计划飞船模型(左),原理验证飞行器(中),以及科学家提出的两种原理示意图(Jianan根据NASA资料图片制作)

1950和1960年代原子动力分公司研发以核爆炸为动力的猎户座计划飞船模型(左),原理验证飞行器(中),以及科学家提出的两种原理示意图(Jianan根据NASA资料图片制作)