空军如何计划将人类送上月球

在斯普特尼克号发射仅几个月后,美国空军就制定了一项载人登月计划。
A MISS spacecraft concept
MISS 航天器概念图。美国空军

注意这篇发表于 2015 年的文章,作为我们庆祝地球首个人造卫星“斯普特尼克 1 号”和“斯普特尼克 2 号”的 #sputnik60 系列活动的一部分,现被重新推广。在 2017 年 10 月份,我们将重新发布关于太空竞赛的精彩故事。

1958 年春季,在德怀特·艾森豪威尔总统呼吁建立一个民用航天机构后,美国空军认为自己将领导任何国家航天活动。因此,该部门制定了一项名为“载人航天”的详细分阶段计划,目标是在 1960 年代中期实现载人登月。

“载人航天”计划的第一阶段是技术演示阶段,称为“载人航天刻不容缓”(Man in Space Soonest,简称 MISS)。该阶段将迈出太空探索的第一步,以了解其中涉及的人体因素。最初的六次飞行将是机器人任务,旨在测试硬件和飞行系统,随后在六个月内进行六次动物飞行,以测试生命支持系统。一切就绪后,将发射载人飞船,理想情况下最早在 1960 年 10 月。这些载人飞行将通过开发再入和回收技术来满足 MISS 阶段的技术需求。

为了配合 MISS 阶段的简单目标,所有阶段的航天器都非常基础。它被设计成一个简单的、高阻力、零升力、钝头圆柱体,直径为八英尺,底部有喇叭口,并装有烧蚀式隔热罩,以保护乘客免受再入热量的影响。喇叭形裙部将容纳用于轨道姿态控制的反应控制喷气装置、启动航天器再入地球轨道的减速火箭以及用于海上溅落的回收降落伞。在整个任务过程中,飞行员将仰卧在沙发上,虽然航天器会加压,但他仍会穿着压力服作为额外的安全措施。飞行员旁边将装有一定量的仪表,包括主导航和控制系统以及辅助电源组、遥测和语音通信系统。

MISS 的目的是解决载人航天的关键未知问题,为了飞行员的安全,将飞行员排除在循环之外;没有人想冒险使用人类飞行员,以防失重具有毁灭性的定向障碍。在后续的飞行中,飞行员将拥有更大的控制权,但真正的飞行员控制要到计划的第二阶段,“先进载人航天”(Man in Space Sophisticated,简称 MISSOPH)才能实现。

Different pilot positions in the MISS spacecraft
MISS 航天器内的不同飞行员位置。美国空军

该阶段的第一阶段 MISSOPH I 将于 1961 年 3 月开始,将发射机器人和动物飞行,使用更大的航天器,设计用于滞空长达两周,这是往返月球的平均时间。这款航天器或多或少是 MISS 航天器的一个更大版本,但增加了一个气闸舱,以方便太空行走。第二阶段 MISSOPH II 将利用更大的“超泰坦氟”助推器发射到极高的高度。目标是让航天器距离地球 40,000 英里,这样当它返回时,将以约 35,000 英尺/秒的速度再入大气层,这大致与从月球返回的航天器速度相同。第三阶段 MISSOPH III 将是第一个为飞行员提供大量控制权的阶段,因为它采用了全新的激进设计。与之前的钝式飞行器不同,MISSOPH III 将拥有一个平坦的三角形底部,让人想起升力体飞行器,这样飞行员就可以在跑道上进行平稳的滑翔降落。

MISSOPH III 航天器将超越其专用阶段,实现地球轨道和月球任务,但这要等到该计划的第三个“月球勘测”(Lunar Reconnaissance,简称 LUREC)阶段飞行之后。LUREC 计划与 MISSOPH 阶段同时进行,于 1960 年 4 月开始。第一阶段 LUREC I 致力于弄清楚与距离地球四分之一百万英里的航天器进行实时跟踪和通信的细节。一旦跟踪系统到位,LUREC II 任务就可以启动飞行,测试将航天器送往距离四分之一百万英里处的正确目标的制导系统。这些无人驾驶飞行器还将使用一系列科学仪器,测量月球周围的温度、放射性以及大气密度,同时传输电视图像,以帮助任务规划者缩小安全着陆点的范围。

The MISSOPH III spacecraft
MISSOPH III 航天器。美国空军

在对月球环境有了更好的了解后,LUREC III 将成为第一个尝试在月球软着陆的阶段。航天器将使用减速火箭减慢下降速度,并使用伸缩腿缓冲撞击。保持完整很重要;一旦着陆,该航天器将收集月球表面的第一批原位数据,包括来自地面噪音的地震和音频数据。

基于迄今为止学到的经验,最后一个飞行阶段“载人月球飞行”(Manned Lunar Flight,简称 LUMAN)将是实现载人登月的阶段。第一阶段 LUMAN I 要求在 1962 年 5 月之前进行绕月动物飞行,以验证硬件、计算机和生命支持系统。LUMAN II 将执行相同的任务,但由人类飞行员执行。LUMAN III 将恢复无人飞行,在月球上进行软着陆。在 LUMAN IV 阶段,同一航天器将在月球表面着陆,然后从月球表面起飞,并在理想情况下于 1963 年初安全返回地球。

届时,所有准备工作将就绪,为载人登月做好准备,这是 LUMAN V 阶段的目标。在此次任务中,一名飞行员将驾驶其航天器在月球表面软着陆。一旦到达那里,他将通过气闸舱离开航天器,并穿着特制的压力服自由探索表面。他将返回他的航天器进行返程飞行,并在返回后,在 1965 年左右完成该计划的主要目标。后续任务将侧重于更大的科学和军事目标;LUMAN VI 和 LUMAN VII 将分别进行更复杂的着陆和轨道任务,配备更先进的科学仪器。

当该“载人航天”计划于 1958 年提出时,预计从最初的无人任务到 LUMAN 任务的总成本为 15 亿美元。但成功取决于几件事,即获得优先地位并有权控制空军为尽快使任务起飞可能需要的任何资源。而且,为了按时完成计划,它需要在 1958 年 7 月 1 日之前获得优先地位;这个日期距离提案的撰写仅几个月。

Internal layout of MISSOPH III
MISSOPH III 的内部布局。美国空军

尽管它提出了改进侦察、通信和早期预警系统以防御敌方袭击等有价值的衍生效益,但空军的提案被认为过于宏伟。它被缩减规模,专注于“载人航天刻不容缓”阶段,该阶段可以迅速完成,并且在接受登月等挑战性任务之前。这正合该部门的意。此外,空军毫不怀疑它将在太空领域取得领先地位。它将 X-15 计划视为榜样,这是美国空军和 NACA(美国国家航空咨询委员会)的联合计划,NACA 承担了大部分详细的工程工作,而美国空军的飞行员则获得了驾驶打破记录飞行的荣耀。为什么太空飞行会有所不同?

不幸的是,对于空军来说,艾森豪威尔总统决定建立一个民用航天机构——NASA——抢先了任何军事计划。一年后,NASA 的水星计划正在开发中,已有七名宇航员被选定执行其任务。空军在该计划中的参与极少,仅提供阿特拉斯火箭和地面支持,而新机构的宇航员则成为了民族英雄。

我在我的书《打破引力链》(Breaking the Chains of Gravity)中讲述了空军最早的太空计划,包括“载人航天”。这本书目前在英国上市,并将于 2016 年 1 月 12 日在美国发行。您可以在亚马逊上(预)订购,或在我的网站上购买签名精装本,不过我的配送速度比亚马逊慢! 资料来源:美国空军“载人航天”提案。本文节选自我的著作《打破引力链》。

 

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我的学术背景是科学史,但我从小就对太空飞行感兴趣,那是在我小学时,我看到了一张两个宇航员在月球上的卡通画。我把七岁时对阿波罗计划的好奇心转化为一名太空飞行历史学家和自由撰稿人的职业生涯。

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