猎户座CEV将如何工作

由:克雷格•Freudenrich博士。

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CEV发射。查看更多航天飞机图片。
照片礼貌美国国家航空航天局/John Frassanito and Associates

虽然航天飞机它仍然是一个技术奇迹,舰队正在老化,运营成本越来越高。最近泡沫绝缘材料的问题使机组人员暴露在危险中,使其飞行不安全,并导致美国国家航空航天局停飞了整个机队。NASA需要一种能够将宇航员和有效载荷送到地球轨道,月球和火星.考虑到未来的探索,NASA正在设计一种新的飞行器。

美国国家航空航天局的新宇宙飞船,猎户座载人探索飞船,实际上将由两艘飞船组成:

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  • 载人探索飞行器(CEV)将运送四到六名宇航员。
  • 货物运载火箭(CLV)将在必要时运送沉重的有效载荷和宇航员。

“猎户座”将使用阿波罗和航天飞机项目中经过验证的技术。对于长期的太空探索来说,它们也将更加安全、更加多功能。

在这篇文章中,我们将研究猎户座背后的概念和技术,并了解它将如何帮助我们探索月球和更远的地方。

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CEV基础知识

美国航空航天局已经选定洛克希德·马丁公司设计和建造猎户座主要系统(如电力、导航、生命保障、通信和计算机)将是阿波罗号和航天飞机上的更先进的版本。

CEV将由三个基本部分组成:

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  • 容纳宇航员的太空舱。
  • 一个服务模块容纳主推进系统,动力系统,还有的态度控制。姿态是指航天器在空间中的姿态(x、y、z方向或俯仰、滚转、偏航轴)。阿波罗号使用安装在服务舱上的四个推进器组成的四个单元来完成这项任务,而航天飞机使用位于机头和尾部的反应控制推进器。
  • 将CEV送入地球轨道的助推器。

对于登月任务,将会有一个特殊的模块。

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月球轨道上的载人飞行器和着陆器
照片礼貌美国国家航空航天局/ John Frassanito and Associates

太空舱将像阿波罗指挥舱一样呈锥形,因为它比航天飞机更符合空气动力学。CEV将不再以每秒8公里的速度(像航天飞机一样)重新进入地球轨道的大气层,而是从月球上以每秒11公里的速度飞行后重新进入大气层。

除了形状之外,CEV的乘员舱和阿波罗还有其他一些相似之处,也有一些不同之处:

  • 更大的直径(16.5英尺,或5米,而不是3.9英尺)将容纳更多的船员和货物。
  • CEV尾部的隔热罩将会烧蚀材料,意思是它会蒸发掉。阿波罗号使用了一个由铝和环氧树脂制成的单层多层尾部隔热罩,当它吸收了重返大气层时的热量时,隔热罩被烧蚀掉。(它被设计成只能使用一次,就像指令模块的其他部分一样。)航天飞机使用陶瓷隔热瓦、隔热毯和增强碳树脂来吸收热量。然而,事实证明,这一概念比其理论设计更难实现。CEV的隔热罩可更换多达10次,并在飞行器的设计寿命内持续使用。
  • CEV上的气囊将使陆地回收和海上回收成为可能。阿波罗号的所有回收物都是海水溅落。
  • CEV位于发射助推器的顶部,避开了飞溅的泡沫碎片或冰块等碎片。
  • 一个逃逸塔一种小型火箭,在发射失败时将指令舱从助推器上发射出去,这是CEV的独特特点之一。这个机制比航天飞机的中止程序更安全。

在下一节中,我们将探索服务舱和助推器。

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CEV服务舱,推进器和CLV

CEV服务舱也是圆柱形的。它将覆盖和保护CEV太空舱在飞行时的隔热罩,并提供动力、推进和姿态控制。服务舱将在重返大气层前被丢弃。

业务模块的一些功能包括:

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  • 单引擎推进,将使用稍微更有效的甲烷/氧气燃料,而不是阿波罗SM自燃混合物(肼/氮四氧化二氮)。甲烷/氧燃料有较大的特定的冲动这意味着在相同质量的推进剂下燃烧时间更长,速度也更快。在未来,可能会用月球和火星上的组件制造甲烷燃料,为这种类型的交通工具提供燃料。
  • 更大的燃料容量使不同的月球轨道和着陆点成为可能。
  • 太阳能电池板产生的电力补充燃料电池的能量。
  • 含有液态氨或水/乙二醇混合物的管道,用于将热量转移到散热器,以便热量能够逃逸到太空。在外层空间,阳光和阴影之间的温差大约是400华氏度.这种不均匀的加热会对航天器结构中的金属产生热应力。为了抵消这种影响,阿波罗飞船在前往月球时绕其轴旋转,以让太阳辐射均匀地加热飞船(“烧烤卷操作”)。CEV可能也会这样做。
  • 用类似阿波罗号的推进器控制姿态。

阿波罗号需要一个巨大的运载工具(土星5号)来运载宇航员和有效载荷。出于同样的原因,航天飞机的主引擎需要向飞行器提供大量的推力。CEV发射助推器,只会吊起宇航员,而不是沉重的有效载荷。正因为如此,CEV助推器可以比阿波罗和航天飞机助推器更小。

CEV助推器的第一级将是固体火箭助推器(SRB)命名为“战神一号”,它将与航天飞机上的类似。第二阶段将由一个由液氢和氧气罐作为燃料的单个航天飞机发动机组成。这两个阶段都不会回收或再使用(航天飞机的srb都回收和再使用了)。

载人太空探索需要将宇航员和有效载荷都送入轨道。过去的运载火箭将人与有效载荷结合在同一枚火箭上,但CEV概念将这些功能分开。CLV将运载沉重的有效载荷,如月球着陆器、月球转移级和空间站组件。如果有必要,CLV也可以配置为载人发射。

CLV将包括两个阶段:

  • 第一级将有五个以液氢和液氧为燃料的主发动机(命名为“战神5号”)。
  • 第二个将有一个航天飞机主引擎或一个阿波罗J-2引擎,同样以液氢和液氧为燃料。
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带有月球着陆器和地球发射台的货物运载火箭
照片礼貌美国国家航空航天局/ John Frassanito and Associates

接下来,我们来看看太空探索的未来。

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太空探索的未来

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宇航员在上升阶段离开月球
照片礼貌美国国家航空航天局/John Frassanito and Associates

美国宇航局希望猎户座CEV能在未来的太空探索中发挥多功能。他们预计,到2014年,它将能够将宇航员运送到国际空间站,到2020年将宇航员运送到月球。火星将是下一个目标。

CEV的主要目标是重返月球。在阿波罗号的设计阶段,有两项关于将人类送上月球的建议:

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  • 地球轨道交会(EOR)大型月球火箭的碎片将在地球轨道上组装,然后发射到月球上
  • 月球轨道交会(LOR)-两个较小的航天器(指挥/服务舱和登月舱)将在月球轨道上相遇

科学家们最终同意,LOR方法将节省更多的重量,并实现约翰·f·肯尼迪总统在10年内实现人类登月的目标。CEV重返月球的飞行计划包含了EOR和LOR的元素。

CEV月球任务将建立一个月球基地,探索月球,并在月球南极寻找水(在月球上生存所必需的,也是制造火箭燃料的潜在材料来源)。它们还将允许宇航员为未来的火星任务测试设备和技术。由于离月球只有三天的距离,从那里发射火星任务更安全,成本更低。在月球上执行救援任务也比在火星上执行救援任务容易。CEV将作为设计其他深空载人航天器的模型。

通过CEV,美国宇航局希望宇航员重返月球,并实现送人类探索火星和其他地方的梦想太阳系

关于太空飞行、猎户座乘员探索飞行器和相关主题的更多信息,请查看下一页的链接。

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来源

  • 整天,乔纳森。阿波罗透视物理研究所出版,布里斯托尔,2000。ISBN 0-7503-0645-9
  • “载人探索车确保安全、可靠地前往空间站、月球和火星。”Nothrup Grumman Corporation, october 12, 2005 http://www.irconnect.com/noc/press/pages/news_releases.mhtml?d=87722
  • 介绍美国宇航局的新宇宙飞船。美国国家航空航天局。http://www.nasa.gov/missions/solarsystem/explore_main.html
  • 我们将如何重返月球,美国宇航局。http://www.nasa.gov/missions/solarsystem/cev.html
  • NASA探索系统理事会。http://www.nasa.gov/missions/solarsystem/explore_main.html

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