当地时间4月27日21时左右,国际空间站又迎来4位新乘客,分别是美国宇航员谢尔·林德格伦(Kjell Lindgren)、鲍勃·海恩斯(Bob Hines)和杰西卡·沃特金斯(Jessica Watkins),以及欧洲航天局宇航员萨曼莎·克里斯托弗雷蒂(Samantha Cristoforetti)。
此时国际空间站上一共有3名俄宇航员,2名欧洲宇航员,6名美国宇航员。国际空间站的人数达到了11人。
不过这种情况是短暂的,Crew-3任务的3名美国宇航员和1名欧洲宇航员将在几天后返回地球。
也就是说,此次飞船对接国际空间站,是正常的“交接班”。
目前,能够将航天员运往空间站的飞船并不多,在役的有Space X的龙飞船,俄罗斯的联盟号飞船,以及我国的神舟飞船。
其中联盟号和我国神舟飞船都是3舱设计,每次可以接送3名航天员;而Space X龙飞船却是2舱设计,包括乘员舱和非密封性舱,每次可接送4名宇航员,最多可乘坐7人。
那么问题就来了,最多可以乘坐7人的龙飞船2舱设计更先进吗?我国神舟载人飞船为什么要采用3舱设计,而非2舱?
神舟载人飞船为何采用3舱设计?
实际上,咱们在研发载人飞船时,就对飞船究竟是两舱还是三舱进行过争论。当时专家们提供了许多方案,最后确定了3种方案:
方案一:由轨道舱、返回舱和推进舱组成
方案二:由返回舱、轨道舱、推进舱组成(和方案一有所不同的是舱段分布位置)
方案三:由返回舱和推进舱组成。
从保护航天员的角度上来看,方案二、三更有利于在发射阶段救生,因为返回舱在最前面,当发射失败后,只需要由逃逸飞行器将返回舱带走即可。
只不过这两个方案都有致命缺点,其中两舱设计的方案3因为没有轨道舱,需要将食物、水以及应用系统的有效载荷、科学实验仪器等放到返回舱中。
如此一来就要设计空间较大的返回舱,而返回舱越大、越重,对返回技术要求就更高,比如:现如今采用的主伞设计可能就无法满足要求。
不仅如此,这还会影响返回任务的系统,以及导致系统无法留在轨道上继续发挥作用。
并且,在当时3舱设计更先进,我国当时虽然航天事业刚发展,但我国老一辈航天人认为,要做就要做最先进的。
在深入研究之后,我国决定研发3舱飞船,并改进了方案一,这样当返回舱返回地球之后,轨道舱仍可以在轨工作,进行各种科学实验,这就是轨道舱“留轨再用”。
比如:神舟五号是我国第一艘载人发射任务,轨道舱在开展科学实验的同时,还是航天员的生活舱,衣食住都在里面,最后还被执行货物仓的功能,航天员返回地球之后,将垃圾等留在轨道舱。
在返回舱返回后,轨道舱继续在轨道上工作了半年左右,在轨运行期间仍旧进行各种科学实验工作,最后坠入大气层。
具备留轨再用的神舟飞船只有神舟二号、神舟三号、神舟四号、神舟五号和神舟六号。之后的神舟飞船轨道舱不再留轨再用,但它还有其他的作用。
比如:神舟七号有出舱任务,此时轨道舱除了以上功能之外,一半还被改成了“气闸舱”,这是因为飞船内外气压不同,没有气闸舱的话根本无法出舱。
神舟八号开始,我国基本上就瞄准了空间站任务,也就是说神舟八号之后,飞船多了一个新任务:交会对接。
轨道舱的功能又多了货舱+交会对接,它会携带300公斤左右的货物,轨道舱前端还有交会对接机构,完成飞船和空间站交会对接,组成一个组合体。
也就是说,在我国载人航天历史上,轨道舱其实是一个非常灵活的舱段,它在不同时期发挥了不同的作用。
新一代飞船为何是两舱设计?
既然三舱设计是当时先进的飞船,那为什么龙飞船又改成两舱飞船呢?
这其实是不同时期,对飞船的需求不同。
目前国际上正在研发的新一代载人飞船,基本上都是两舱设计,包括我国研发的新一代载人飞船。
(载人龙飞船已经属于在役飞船)
现如今载人飞船的主要功能,就是实现天地往返功能,更像是一个交通工具,将航天员运往空间站工作,或者是带人进入太空旅行,此时航天员或者乘客只需要待在座位上就可以,不用再去轨道舱工作和生活。
另外,每次返回时只有返回舱返回到地球表面,另外两舱都会坠入大气层后烧毁,造成了较大的浪费。而且三舱结构的返回舱较小,很多仪器设备和科学实验材料都无法带回。
也就是说,过去三舱结构的优点,现如今却成为了缺点,而两舱结构的缺点,却成为了优点。
现如今新一代飞船的返回舱空间更大,能够容纳更多的航天员登上太空,比如:载人龙飞船每次可以接送4名宇航员,最多可以达7名;我国新一代载人飞船最多也可以搭载7名航天员,或者是3名航天员+货物,使得载人飞船变成客货两用飞船,用途更多样化。
另外,返回舱空间变大之后,可以将整个载人飞船的价值高、重要的仪器安装在返回舱内。跟以前不太一样的是以前是分散的,轨道舱有,推进舱也有。
再加上各国都在研发可重复利用技术,返回舱回到地球上继续利用时,可以大大减少制造新飞船的成本,降低天地往返的运输成本,节约更多的资金用于探索其他可能。
(我国新一代载人飞船返回舱)
另外,过去制约两舱发展的是返回舱过大,对返回技术要求更高,但现如今这个问题已经不再是问题,比如:神舟飞船采用的是1具减速伞,1具主伞,而我国新一代载人飞船采用了群伞,有2具减速伞,3具主伞,不仅可以将超高速飞行的返回舱在极短时间里,减到市区里汽车的行驶速度,还能确保将来航天员乘坐飞船返回时,过载和姿态旋转感受良好。
返回舱底部配备的着陆气囊不仅可以适应海陆环境,还能够实现无损着陆,实现返回舱可回收利用。
当然了,究竟是三舱设计更先进,还是两舱设计更先进,这一点其实是没有可比性的,因为在不同时间,人们需要解决的问题不同。
无论是三舱设计,还是两舱设计,都是为了更好地服务航天探索计划,我们不能脱离大环境,去评判哪个更先进。