SpaceX 載人飛船首發成功:馬斯克的理科式浪漫與載人航天的新起點

摘要

航天事業因為 SpaceX 的綻放,變得更加偉大。

北京時間 5 月 31 日 3 時 22 分,位于美國佛羅里達州卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心 39A 發射場,矗立在發射塔架多日的 SpaceX 獵鷹九號運載火箭,終于不負萬眾矚目,成功升空。

這次代號為「Demo-2」的任務,雖然在 27 日因為天氣原因推遲到了今天,但好事多磨,當獵鷹 9 號火箭把載有兩名宇航員的龍飛船,送入預定軌道時,SpaceX 毫無懸念地成為全球第一家有能力將航天員送往國際空間站的商業太空公司。

和 2018 年 2 月份,獵鷹重型火箭把特斯拉 Roadster 跑車和宇航員假人送入太空一樣,每逢重大發射,馬斯克式的浪漫主義情懷,都會得到淋漓盡致地展現。這一次的載人龍飛船發射,船艙內的零重力指示器就變成了一只紫色的小恐龍。

         小恐龍玩偶替代了傳統的零重力指示器,艙內大屏設計科技感十足|官方直播截圖

從 2010 年 12 月 8 日第一代貨運龍飛船試飛成功,再到今天發射的載人龍飛船,SpaceX 十年磨一劍,發射時的震撼場面,彷佛帶我們重回兩年前,獵鷹重型首發現場的熱情澎湃,抑或是 50 多年前阿波羅 11 號發射時的慷慨激昂。

本次發射的載人龍飛船,作為載人航天的新起點,它讓太空時代的前進步伐,不再依賴于科研和國家的主導力量。SpaceX 通過龍飛船,提高了標準化程度和可靠性的同時,大幅降低了登船成本,每個人的太空夢想都近在咫尺。

或許在不久的將來,花一二十萬就能進入太空飽覽宇宙萬物,不再是一種奢望。至少,我們已經能通過今天的龍飛船,預知到這一天必將到來。


重新詮釋科技感

今天呈現在直播鏡頭面前的載人龍飛船,實際上沒有完全按照馬斯克式的創新去落地。2017 年,出于對飛船安全性的顧慮,NASA 取消了龍飛船反推著陸的設計。簡化版的載人龍飛船,保留了原有的發射中止推進系統、真空推進器、再入飛行減速等功能,但它無法像獵鷹九號那樣垂直起降了。降落方式被迫改為傳統的傘降。

但這并不影響龍飛船在技術上的優勢。

2018 年,SpaceX 公布了整套商業載人航天系統的設計方案,包括載人龍飛船、發射系統、回收系統、宇航員飛行裝備等。相比于傳統俄式飛船的三艙段構型,龍飛船的集成化和自動化程度很高,就連逃逸塔的功能也集成到了乘員艙。

發射后的第 12 分鐘,二級火箭與龍飛船分離|官方直播截圖

載人龍飛船高約 8.1 米,直徑 4 米,最多能同時容納 7 位宇航員,有 4 個舷窗,艙內的座椅是由最高等級的碳纖維和阿爾坎塔拉(Alcantara)織物面料制成,座椅前方的顯示屏將向宇航員提供飛船位置和艙內環境等信息,并增加了窗戶、觸摸屏控制臺、應急逃生系統、環境控制以及生命支持系統等人類需要的設施及系統。內部充滿了科幻電影中的未來感。此外,飛船可由宇航員和地面控制中心控制,同時也能夠全自動飛行。

為了與飛船內飾的科技感呼應,馬斯克不僅派出了特斯拉 Model X 護送宇航員上船,還在 39A 發射臺上安裝了一條現代化設計的宇航員進出臂(Crew Access Arm),專門供 NASA 宇航員「登船」使用。

按照設計要求,載人龍飛船能很好地適應近地軌道空間站大規模載人航天任務的需求,在經過發射、入軌、對接、再入返回回收之后,經過簡單的測試和維護,就可以快速投入下一次任務。按照設計指標,一艘載人龍飛船將重復使用 10 次左右。

據了解,載人龍飛船的推進器由 8 個 SuperDraco 發動機組成,安裝在飛船的側面,能產生約 1.5 萬磅的推力,可以將飛船升到離地面 1500 米的高度。船艙還配備了 37 立方米的非加壓貨艙,可攜帶體積相對較大的艙外設備,運送至國際空間站。

雖然本次發射的載人龍飛船,只搭乘了兩名宇航員,但和俄聯盟號最多可容納 3 人的滿載能力相比,7 人座的龍飛船運載效率提升了約 133%。特別是在獵鷹九號的護送下,龍飛船將徹底讓美國擺脫俄羅斯壟斷,成為迄今性價比最優的載人航天器。

按照此前公布的數據,如果滿載 7 個宇航員,SpaceX 的單人發射成本大約為 2000 萬美元,而聯盟號 2014 年的單人發射報價就已高達 7600 萬美元。這不得不歸功于獵鷹九號降本增效的技術創新,大幅降低了國際空間站的票價,提高國際空間站的科研產能。


徹底擺脫鉗制

早在 2005 年,一心馳往火星的馬斯克就提出了建造載人太空飛船的構想,并堅持把垂直起降作為技術發展路線。龍飛船正是在這樣宏大的愿景下,誕生的階段性成果。

一代龍飛船首飛于 2010 年 12 月,第二次發射是在 2012 年的 5 月。這兩次發射都屬于試射。在性能和系統能力得到成功驗證后,第一代龍飛船才開始為 NASA 執行國際空間站商業補給任務。

從 2012 年 10 月 8 日的 CRS-1,到 2020 年 3 月 7 日的 CRS-20,一代龍飛船共計為 NASA 執行了 20 次國際空間站商業補給任務,其中僅出現過一次失?。?015 年 6 月 28 日 CRS-7 任務)。

承接了 20 次國際空間站商業補給任務后,一代龍飛船完成了它的使命,即將謝幕。改進后的第二代龍飛船也迎來了正式交付前的終極測試。按照設計規劃,它能夠自主??吭趪H空間站的軌道前哨站,也可以完全依靠程序完成與國際空間站的自動對接。

龍飛船二代設計圖和具體規格參數|Sapce.com

憑借獵鷹九號運載火箭的基礎發射能力,SpaceX 深受 NASA 的青睞。為了促成龍飛船的研發,NASA 先后在 2008 年和 2011 年,給馬斯克送出商業貨運補給合同和商業載人航天開發合同。因此,根據業務屬性不同,龍飛船的用途也分為貨運和載人兩個版本。

2019 年 3 月 2 日,載人龍飛船進行了首次無人飛行測試,任務代號 Demo-1。飛船內象征性地擺放了一個假人模型,用來記錄真實航天員承受的各項數據。在抵達國際空間站并短暫停留后,載人龍飛船于 2019 年 3 月 8 日離開國際空間站回到地球,濺落至大西洋,測試取得圓滿成功。

雖然發射成本是俄聯盟號衍生版本「進取號」貨運飛船的兩倍,但載貨能力也相應提高了兩倍。相比于航天飛機,盡管龍飛船的載貨能力只有前者的三分之一,但其發射成本約為航天飛機的十分之一。

過去 9 年,NASA 每年至少往國際空間站項目投入 15 億美元。其中,他們為宇航員購買聯盟號的船票就已經支付了超過 33 億美元。NASA 的剛需和重度依賴,無疑給了俄羅斯坐地起價的底氣。聯盟號單張船票的價格以肉眼可見的速度飆升,從 2011 年的 3000 萬美元,上漲到 2018 年的 8100 萬美元。

而之所以受制于俄羅斯,是因為波音和洛克希德馬丁合資成立的發射公司聯合發射聯盟(ULA),本可以通過德爾塔 IV 重型火箭讓美國重新揚名立萬,但單次發射任務要價高達 4 億美元,最終雙方合作難以為繼。

面對這種內外交困的境地,NASA 也開始逐步調整自己的策略,培養新的參賽選手入場。

而一心筑夢火星的 SpaceX,憑借重復使用的獵鷹九號運載火箭的高性價比,獲得了 NASA 的青睞。在白宮授意下,NASA 加大了對 SpaceX 的扶持力度,并與 SpaceX 簽訂了一份價值 16 億美元的合同。隨后,SpaceX 加快了商用太空飛行器——龍飛船的研制和落地。


龍飛船的一波三折

2019 年 3 月,SpaceX 圓滿完成了龍飛船的首次無人試飛,代號 Demo-1 的發射任務。在那次演練中,獵鷹 9 號的火箭一級大約在升空后的 10 分鐘,成功著陸在大西洋上的無人船上。11 分鐘后,載人龍飛船進入預定軌道,一天后與國際空間站自動對接,像極了這一次的發射全過程。

本以為宇航員搭乘本國商業飛船進出太空的愿望,近在咫尺。2019 年 4 月 20 日,突如其來的一場爆炸,讓這個愿景近乎毀于一旦。龍飛船因在當天的例行靜態試點火過程中,發生了爆炸,太空艙幾乎完全被毀。爆炸產生的橙紅色濃煙,在五公里開外的海灘上清晰可見。

事件發生后,SpaceX 立即成立了調查小組。2019 年 7 月,阿波羅登月 50 周年大慶前夜,SpaceX 公布了事故調查結果:由于氧化劑高速撞擊鈦閥門,導致鈦與氧化劑相互作用,從而釀成了這場不幸。

盡管事后 SpaceX 給出了一套清晰的解決方案,即徹底換掉鈦金屬止回閥,采用一次性安全隔板替代,增加可靠性。但考慮到這次事故的影響,龍飛船的首次載人飛行一直被推遲到了今天。這一度讓 SpaceX 與 NASA 雙方高層出現「隔空暗戰」的緊張局面。

直到 2019 年 10 月中旬,馬斯克才與 NASA 局長握手言和,高調聚首 SpaceX 總部加州霍桑,共同表態:商業載人航天合作依然牢不可破。供需雙方發展到現在,早已是利益共同體。吵歸吵,但誰都離不開誰。

終于,SpaceX 在 2019 年 11 月 14 日,低調完成了載人龍飛船的靜態點火測試,驗證載人龍飛船推進器的安全可靠性。2020 年 1 月 19 日,編號為 C205.1 的載人版龍飛船,漂亮地完成了飛行中止測試,為即將到來的載人發射首秀做足準備。

不過,疫情并沒有摧毀龍飛船飛抵太空的意志。對 SpaceX 來說,進行太空載人是馬斯克成立 SpaceX 18 年以來的夙愿。這次載人發射,讓 SpaceX 在太空競賽 2.0 時代,又一次成為領跑者,改寫全球載人航天的格局。


劃時代載人發射

功勛卓絕的肯尼迪航天中心,曾發射過 13 次「土星五號」火箭。在美國航天飛機時代,又有 125 架次的航天飛機在這里起降。

執飛本次發射任務的,是兩名經驗豐富的宇航員道格·赫爾利和鮑勃·本肯。他們在發射當天的 9 時左右起床,然后接受體檢、吃早餐、聽取最后的指示,最后穿戴太空服。SpaceX 為他們安排的登船儀式很有趣,兩人先是乘坐新一代「太空車」特斯拉 Model X 入場,然后從全新的「乘員登船臂」踏上龍飛船。

         道格·赫爾利(前)和鮑勃·本肯(后)|SpaceX

值得一提的是,赫爾利和本肯在 2000 年 7 月都被選入 NASA 的宇航員部隊,執行過多次飛行任務。曾經并肩作戰過的「老戰友」,如今在這個歷史節點上重聚首。

再次走進熟悉的發射場時,兩人都已為人父。貝肯在 5 月 12 日發布推文說,他必須在發射前得到年幼兒子的「批準」。上月底,他還在推特上分享了兒子畫的龍飛船。

本肯曾在 2008 年和 2010 年先后乘坐奮進號航天飛機,執行了國際空間站 STS-123 和 STS-130 任務。兩次飛行中,他作為任務專家,出艙進行了多次太空行走,并操縱了空間站的機械臂。

在 2012 年至 2015 年期間,本肯晉升為 NASA 的首席宇航員。擔任宇航員期間,他有過六次太空行走的經歷,累計超過 708 小時,在空間站外度過的時長超過了 37 小時。

而赫爾利在 2011 年,乘坐「亞特蘭蒂斯號」執行了美國最后一次航天飛機任務 STS-135。他曾擔任宇航員辦公室安全主管。之后在 2014 年成為美國飛行運營局的商業機組人員計劃的助理主任。執行 STS-127 任務時,他在太空呆了 15 天以上,而在 STS-135 期間,他在太空上逗留了 12 天。

本次 Demo-2 的試飛任務發射成功后,SpaceX 和 NASA 接下來將著手準備發射 Crew-1 任務。這是龍飛船的首個正式操作任務,它將運送 3 名 NASA 宇航員和 1 名日本宇航員前往國際空間站。據 NASA 局長 Jim Bridenstine 透露,NASA 目前鎖定在美國時間 8 月 30 日發射 Crew-1 任務。因此 Demo-2 測試飛行必須在正式發射任務日期的前幾周返回,以便對飛船進行檢測。

當然,只是把載人龍飛船送上近地軌道并不是這次任務的終點。龍飛船將會在北京時間 5 月 31 日晚 10 點 29 分與國際空間站對接,完成任務后最終還要護送宇航員平安返回地球。

期間,兩名宇航員會在國際空間站執行為期 30 到 120 天的太空任務,任務期限取決于 Demo-2 任務飛船性能、Crew-1 任務的發射準備以及返航的天氣情況,他們可能會在空間站一直待到 8 月初?!溉绻羞m合返航的窗口,并且兩位宇航員在國際空間站的任務也結束了,他們就會搭乘龍飛船返航,」Jim 表示到。


責任編輯:于本一

題圖來源:紐約時報

本文首發于極客公園,轉載請聯系極客君微信geekparker 或 [email protected]

最新文章

極客公園

用極客視角,追蹤你最不可錯過的科技圈。

極客之選

新鮮、有趣的硬件產品,第一時間為你呈現。

頂樓

關注前沿科技,發表最具科技的商業洞見。

2020幸运飞艇官方开奖网站