美国的机组探测飞行器计划

计划背景

2004年1月14日，美国总统布什宣布了一项旨在探索太空、将人类足迹扩展到整个太阳系的新航天计划——制造新型飞行器，使得美国宇航员能在2015年前重返月球建立基地，并以此为跳板，将人类送往火星乃至更遥远的宇宙空间。布什雄心勃勃的新航天计划的目标要点如下：

(1)近期目标：2010年前完成国际空间站(ISS)的建设，之后航天飞机退役。因哥伦比亚号事故而停飞的航天飞机将尽快重返太空。

(2)中长期目标：2008年前研制试验一种新型载人航天器——“机组探测飞行器”(CEV)。2008年首飞，2014年前完成首次载人飞行。

(3)长期目标：2020年以前重返月球，并将其作为载人火星飞行的发射基地。为此，2008年以前，美国将向月球表面发射一系列的机器人型探测器，为未来的载人探测与研究做准备。CEV将在2015年尝试载人登月飞行。2030年以后，它将以月球为起点进行载人火星探测。

在新航天计划中，布什明确提出要发展安全性更高、性能更好的CEV取代原航天计划中的“轨道航天飞机”(OSP)。不仅如此，“下一代运载技术”(NGLT)项目也受到影响，甚至可能被终止。

计划内容

(1)任务

CEV的研制已纳入“星座”计划。根据布什的新航天政策，“星座”计划并不局限于简单地制造CEV，还要考虑如何将它送入近地轨道和月球轨道、如何在月球上着陆并建立永久性基地以及如何探测太阳系内更远的目标等一系列问题。因此，CEV的主要任务有两方面：一是将宇航员送入近地轨道以外的深层空间，并完成相应的探测和科学任务。二是在航天飞机退役之后，承担向国际空间站运送宇航员的任务。所以，研制、试验和运行CEV将成为美国航宇局未来10～20年的工作重点。

(2)进度

根据美国航宇局目前的初步设想，CEV的研制将分三个阶段进行：

第一阶段：研制试验样机

第二阶段：研制无人1型CEV

第三阶段：研制载人2型CEV

2004年主要进行方案研究，2005～2006年进行初步设计。2005年将完成系统设计评审，2006年将完成初步设计评审，2006年底将决定是否生产全尺寸样机。最后还将进行无辩护评审和独立成本评审。计划于2008年进行样机的首次飞行试验，2011年进行无人1型的飞行试验，2013年进行载人2型的飞行试验。2014年，CEV将进行近地轨道载人飞行；2020年前，CEV可望往返月球运送宇航员。2008～2009年间，美国航宇局将决定是否使用“土星”5类的重型运载火箭发射CEV。但从目前来看，承担CEV发射任务的极有可能是新型大推力的德尔它4H运载火箭或者宇宙神5HLV运载火箭。

今年夏天，美国航宇局将公布CEV的外形(参见图1)、结构和更加详细的发展计划。

(3)项目管理机构及负责人

美国航宇局通过机构调整，成立了新的探测系统办公室。探测系统办公室将负责CEV项目的管理和监督以及其它探测系统及相关技术的开发工作，核动力技术开发项目也纳入其中。新任命的美国航宇局助理局长斯泰德尔是探测系统办公室的负责人，全权负责CEV系统的研制和采购。据悉，斯泰德尔为退役海军少将，曾担任国防部联合攻击战斗机(JSF)计划主管和海军F/A－18战斗机项目的负责人。他将把丰富的项目管理经验带到CEV项目中来，致力于改进项目控制流程、加强项目沟通以及提高对问题的反馈速度等。随着载人航天和机器人探测项目的并举，美国航宇局内部协作和整合将得到加强。探测系统办公室将紧密地同空间科学办公室合作，开发探测月球的新方法、新技术以及支持人类继续开展深空探索的新系统。

(4)设计原则与方案

目前，CEV的具体设计方案还未确定。它很有可能沿用阿波罗、双子星座、联盟号和神舟号飞船太空舱和控制舱的设计原则，而不采用航天飞机的设计原则。CEV将体现40年来最新的载人飞船技术，由大推力运载火箭送入近地轨道、月球、火星甚至更远的宇宙空间。

CEV的外形可能采用类似阿波罗飞船外形的设计方案，当然也不排除带翼的可能。多数科学家和宇航员比较倾向于阿波罗飞船方案，因其外形已经在“水星”计划、双子星座计划和阿波罗计划中成功应用。

在设计上,CEV与OSP有所不同，因为CEV要求载有飞抵其预定目标所需的大量推进剂。另外，与航天飞机需要两翼不同，作为飞向月球和火星的CEV可以不要机翼，因为它是在真空中飞行。

(5)成本与预算

根据布什2005财年预算案，2005财年美国航宇局总预算额为162亿美元，比2004财年增长5．6％。其中，“星座”计划2005财年的预算为4．28亿美元。CEV所需的大部分投资将从OSP和NGLT计划经费转移出来。今后5年CEV的预算总额将达到66亿美元。

由于CEV的具体发展计划和方案还未确定，所以没有较为准确的成本估算。不过从目前的估计来看，到2008年，CEV飞行试验的成本将超过45亿美元，2013～2014年进行首次载人飞行的成本将达到130亿美元，到2020年CEV项目的总成本将在220～300亿美元之间。另外一个影响成本的重要因素是美国航宇局对承包商的选择。执行OSP计划时，美国航宇局只选择了两家公司进行竞争。而对于CEV计划，该局还未决定是否需要有更多的承包商参与竞争。

建议方案

截至目前，美国航宇局还未确定哪些公司将参与CEV方案的竞争。已经对CEV表示出极大兴趣的仍然是波音公司和洛克希德·马丁公司两大公司。它们正在积极准备竞争CEV合同。在布什新计划公布以前，波音公司和洛马公司一直致力于用于取代航天飞机的OSP方案的研制工作。不过，有关人员表示，这两家公司的OSP方案只需适当调整就可非常接近于CEV计划的新要求。

(1)洛马公司、诺格公司和轨道科学公司的方案

洛马公司已牵头同诺斯罗普·格鲁曼公司和轨道科学公司组成联合小组。继共同竞争OSP合同之后，它们又再次联手竞争CEV合同。它们建议的CEV方案如图2所示。该方案是以洛马公司先前的OSP方案为基础发展而来的。

(2)波音公司的方案

继美国航宇局进行机构重组之后，波音公司也于近期新成立了空间探测系统(SES)办公室。该办公室设在首都华盛顿，由波音公司原OSP项目办公室副主任兼项目经理查尔斯·艾伦领导。它有权指导支持美国航宇局空间探测及CEV计划的系统及相关技术的开发，并确定它们的优先级。

波音公司建议的方案是将乘员舱与能完成不同任务的登月舱组合，从而满足不同任务的要求(图3)。根据布什新航天政策对CEV的要求，乘员舱后面是提供“能源”的登月舱，采用德尔它4的上面级将其送抵月球(图4和图5)。而且波音公司将在其CEV方案中采用新的月球着陆方案。

结　论

针对布什的新航天政策，美国航宇局已及时调整和制定了相应的发展规划。CEV是美国航宇局未来工作的重点。“星座”计划的各项工作才刚刚起步，目前还没有制定出详细的发展计划与方案。为了在CEV方案的竞争中取胜，波音公司和由洛马公司牵头的联合小组已着手CEV方案的研究和论证。但同时也应该看到，CEV并不代表最新的天地往返技术。至于以月球为基地实现人类登陆火星，还有相当长的一段路要走。