NASA的”獵戶座”飛船在探測任務(wù)1(Exploration Mission-1)期間經(jīng)過月球40,000英里，這是它首次搭載太空發(fā)射系統(tǒng)火箭飛行。

導(dǎo)語

當(dāng)一個(gè)載人航天器探索深空時(shí)，它需要一系列的舉措來保證航天器和里面機(jī)組人員的安全。航行距離和持續(xù)時(shí)間上都要求航天器必須有一套在很遠(yuǎn)的地方都能夠可靠運(yùn)行的系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在緊急情況下保證宇航員的生命安全，而且還必須足夠輕使得火箭可以發(fā)射它。

當(dāng)NASA的”獵戶座”飛船搭載世界上最強(qiáng)大的火箭——NASA的太空發(fā)射系統(tǒng)離開地球時(shí)，月球附近的任務(wù)將開始執(zhí)行。“獵戶座”從NASA位于佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心發(fā)射升空后，將在月球之外飛行，離地面的距離是國際空間站在近地軌道上距離的1000倍以上，比迄今為止的任何載人航天器都要遠(yuǎn)。為了完成這項(xiàng)壯舉，”獵戶座”擁有可以讓機(jī)組人員和航天器深入到太陽系深處進(jìn)行探索的內(nèi)置技術(shù)。

01 生存和呼吸系統(tǒng)

當(dāng)人類在距離地球更遠(yuǎn)的地方執(zhí)行更長時(shí)間的任務(wù)時(shí)，生存系統(tǒng)必須是高度可靠的，同時(shí)具有最小的質(zhì)量和體積。”獵戶座”將裝備根據(jù)深空任務(wù)需要而設(shè)計(jì)的先進(jìn)的環(huán)境控制和生命保障系統(tǒng)。一個(gè)已經(jīng)在空間站上測試過的高科技系統(tǒng)能夠?qū)ⅰ矮C戶座”內(nèi)的二氧化碳和濕氣排除。排除二氧化碳和濕氣對于確保機(jī)組人員呼吸空氣的安全至關(guān)重要。控制航天器硬件上的水汽凝結(jié)以防止水侵入敏感設(shè)備或腐蝕主壓結(jié)構(gòu)。

該系統(tǒng)還可以節(jié)省航天器內(nèi)部的體積。如果沒有這個(gè)技術(shù)，“獵戶座”就不得不攜帶很多化學(xué)容器，這將會占據(jù)航天器內(nèi)127個(gè)籃球大小的空間 (或32立方英尺)—約占航天員可活動區(qū)域的10%。“獵戶座”還將有一個(gè)新型小巧的廁所，比空間站上的更小。長時(shí)間遠(yuǎn)離地球的任務(wù)要求使得工程師必須要設(shè)計(jì)緊湊的系統(tǒng)，這不僅可以最大程度地增加可利用的空間以提高宇航員的舒適度，而且還可以提供在持續(xù)幾日或數(shù)周的任務(wù)中攜帶的消耗品所需要的容納空間，例如足夠的水和食物。

當(dāng)遠(yuǎn)離地球的宇航員沒有受益于來自地球頻繁的物資再補(bǔ)給所帶來的備用配件時(shí)(就像地球運(yùn)送到太空站的配件一樣)，高度可靠的系統(tǒng)就至關(guān)重要了。即使是小系統(tǒng)都必須可靠地運(yùn)行以維持在太空中的生存，從可使用的廁所到自動滅火系統(tǒng)，再到可以幫助宇航員保持身材的運(yùn)動裝備以防止太空中失重環(huán)境下可能造成的肌肉或者骨骼萎縮。遙遠(yuǎn)的距離還需要“獵戶座”有特制的宇航服，可以在太空艙失壓的情況下維持宇航員存活6天，以支持漫長的返回行程。

02 合適的推力

航天器探索太空的距離越遠(yuǎn)，它的推進(jìn)系統(tǒng)維持航天器的行程精度和確保宇航員可以順利返回的能力越強(qiáng)。

“獵戶座”有一個(gè)功能強(qiáng)大的推進(jìn)艙，用來作為航天器的動力室，它提供了一個(gè)強(qiáng)大的推進(jìn)能力，可以讓“獵戶座”環(huán)繞月球和重新回到探索任務(wù)上來。推進(jìn)艙有33個(gè)不同大小的引擎。主引擎將在整個(gè)任務(wù)過程中提供主要的空間操縱能力，包括讓“獵戶座”進(jìn)入繞月軌道和提供足夠強(qiáng)大的推力以脫離月球軌道返回地球。其他32臺引擎用于在軌道上操縱和控制“獵戶座”。

“獵戶座”的推進(jìn)艙可以在惡劣環(huán)境下執(zhí)行遠(yuǎn)距離和長時(shí)間的任務(wù)，同時(shí)可以有能力在各種緊急情況下將宇航員送回地球，這種能力一部分得益于它的推進(jìn)能力，包括能夠儲存將近2000加侖推進(jìn)劑的油箱和在發(fā)生故障時(shí)的備用主引擎。

03 隔熱能力

進(jìn)入月球不是一項(xiàng)簡單的事，上述只是整個(gè)歷程的一半。航天器在太空中航行的距離越遠(yuǎn)，當(dāng)它返回地球時(shí)它產(chǎn)生的熱量就會越多。保證航天器安全返回需要很多技術(shù)，這些技術(shù)可以讓航天器承受30個(gè)馬赫的速度和兩倍火山熔漿溫度的高溫或者太陽溫度的一半。

當(dāng)“獵戶座”從月球返回時(shí)，它將以大約每小時(shí)25000英里的速度航行，這個(gè)速度可以在六分鐘內(nèi)從洛杉磯飛到紐約。它先進(jìn)的防熱罩是由一種叫做AVCOAT的材料制作而成的，它會隨著溫度的升高而燒蝕掉。“獵戶座”的防熱罩是迄今為止建造的最大的防熱罩，將會幫助航天器在再入大氣層過程中承受大約5000華氏度的高溫。

在再入段之前，“獵戶座”還會承受從-150°F到550°F高達(dá)700度的溫差，“獵戶座”強(qiáng)大的熱防護(hù)系統(tǒng)，配合溫度控制器，將在陽光直射和一片漆黑的時(shí)候保護(hù)“獵戶座”，同時(shí)它上面的宇航員將會舒適地享受著大約77華氏度(25℃)安全穩(wěn)定的室內(nèi)溫度。

04 輻射防護(hù)

當(dāng)航天器執(zhí)行的任務(wù)超出了地球磁場的保護(hù)范圍時(shí)，它將暴露在一個(gè)比近地軌道更惡劣的輻射環(huán)境中，受到更多的來自帶電粒子和太陽風(fēng)暴的輻射，對關(guān)鍵計(jì)算機(jī)設(shè)備、電子設(shè)備和其他設(shè)備造成干擾。受到大量輻射的人可能會遇到急性和慢性的健康問題，從短期的輻射病到長期可能發(fā)展為癌癥。

“獵戶座”從一開始就被設(shè)計(jì)成具有內(nèi)置系統(tǒng)級功能，以確保航天器的基本元件在可能有輻射的情況下的可靠性。例如，“獵戶座”配備有四臺完全相同的計(jì)算機(jī)，它們每一臺都能進(jìn)行自我檢測，加上一臺完全不同的備份計(jì)算機(jī)以確保“獵戶座”在出現(xiàn)故障的情況下仍然能夠發(fā)出命令。工程師們已經(jīng)對零部件和系統(tǒng)進(jìn)行了高標(biāo)準(zhǔn)的測試以確保所有關(guān)鍵系統(tǒng)即使在極端情況下也能正常工作。

“獵戶座”在乘員艙的主甲板下還有一個(gè)臨時(shí)的風(fēng)暴避難所。在太陽輻射事件發(fā)生的情況下，NASA已經(jīng)為航天器上的宇航員制定了計(jì)劃，利用航天器上的材料建造一個(gè)臨時(shí)的避難所。各種輻射傳感器也將在航天器上幫助科學(xué)家們更好地了解遠(yuǎn)離地球的輻射環(huán)境。一項(xiàng)名為“AstroRad”的研究將會在 探測任務(wù)1(Exploration Mission-1)上進(jìn)行，并測試一種實(shí)驗(yàn)背心，它有可能有助于保護(hù)重要器官和減少暴露在太陽粒子事件情況的發(fā)生。

05 持續(xù)通信和導(dǎo)航

航天器探索的距離超出了GPS和近地軌道上通信衛(wèi)星定位范圍。為了與在休斯敦的航天地面指揮中心進(jìn)行對話，“獵戶座”的通信和導(dǎo)航系統(tǒng)將從被用在國際空間站上的NASA的跟蹤和數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星(TDRS)系統(tǒng)上進(jìn)行切換，并通過深空網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

“獵戶座”還配備有備用通信和導(dǎo)航系統(tǒng)，以幫助航天器在主要系統(tǒng)失靈時(shí)與地面保持聯(lián)系和自身定位。備用導(dǎo)航系統(tǒng)是一種名為光學(xué)導(dǎo)航的相對較新的技術(shù)，它使用相機(jī)來拍攝地球、月亮和恒星的照片，并自動從照片中對“獵戶座”進(jìn)行三角定位。它的備用應(yīng)急通信系統(tǒng)不使用主系統(tǒng)或者天線進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸。

來源:NASA 編譯：周程林

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