SpaceX 载人飞船首发成功:马斯克的理科式浪漫与载人航天的新起点
北京時間 5 月 31 日 3 時 22 分,位于美國佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心 39A 發(fā)射場,矗立在發(fā)射塔架多日的 SpaceX 獵鷹九號運(yùn)載火箭,終于不負(fù)萬眾矚目,成功升空。
這次代號為「Demo-2」的任務(wù),雖然在 27 日因?yàn)樘鞖庠蛲七t到了今天,但好事多磨,當(dāng)獵鷹 9 號火箭把載有兩名宇航員的龍飛船,送入預(yù)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(yè)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(fā)射,馬斯克式的浪漫主義情懷,都會得到淋漓盡致地展現(xiàn)。這一次的載人龍飛船發(fā)射,船艙內(nèi)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(tǒng)的零重力指示器,艙內(nèi)大屏設(shè)計(jì)科技感十足|官方直播截圖
從 2010 年 12 月 8 日第一代貨運(yùn)龍飛船試飛成功,再到今天發(fā)射的載人龍飛船,SpaceX 十年磨一劍,發(fā)射時的震撼場面,彷佛帶我們重回兩年前,獵鷹重型首發(fā)現(xiàn)場的熱情澎湃,抑或是 50 多年前阿波羅 11 號發(fā)射時的慷慨激昂。
本次發(fā)射的載人龍飛船,作為載人航天的新起點(diǎn),它讓太空時代的前進(jìn)步伐,不再依賴于科研和國家的主導(dǎo)力量。SpaceX 通過龍飛船,提高了標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)入太空飽覽宇宙萬物,不再是一種奢望。至少,我們已經(jīng)能通過今天的龍飛船,預(yù)知到這一天必將到來。
重新詮釋科技感今天呈現(xiàn)在直播鏡頭面前的載人龍飛船,實(shí)際上沒有完全按照馬斯克式的創(chuàng)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(shè)計(jì)。簡化版的載人龍飛船,保留了原有的發(fā)射中止推進(jìn)系統(tǒng)、真空推進(jìn)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(tǒng)的傘降。
但這并不影響龍飛船在技術(shù)上的優(yōu)勢。
2018 年,SpaceX 公布了整套商業(yè)載人航天系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,包括載人龍飛船、發(fā)射系統(tǒng)、回收系統(tǒng)、宇航員飛行裝備等。相比于傳統(tǒng)俄式飛船的三艙段構(gòu)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(fā)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(nèi)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(nèi)環(huán)境等信息,并增加了窗戶、觸摸屏控制臺、應(yīng)急逃生系統(tǒng)、環(huán)境控制以及生命支持系統(tǒng)等人類需要的設(shè)施及系統(tǒng)。內(nèi)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(nèi)飾的科技感呼應(yīng),馬斯克不僅派出了特斯拉 Model X護(hù)送宇航員上船,還在 39A 發(fā)射臺上安裝了一條現(xiàn)代化設(shè)計(jì)的宇航員進(jìn)出臂(Crew AccessArm),專門供 NASA 宇航員「登船」使用。
按照設(shè)計(jì)要求,載人龍飛船能很好地適應(yīng)近地軌道空間站大規(guī)模載人航天任務(wù)的需求,在經(jīng)過發(fā)射、入軌、對接、再入返回回收之后,經(jīng)過簡單的測試和維護(hù),就可以快速投入下一次任務(wù)。按照設(shè)計(jì)指標(biāo),一艘載人龍飛船將重復(fù)使用 10 次左右。
據(jù)了解,載人龍飛船的推進(jìn)器由 8 個 SuperDraco 發(fā)動機(jī)組成,安裝在飛船的側(cè)面,能產(chǎn)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(shè)備,運(yùn)送至國際空間站。
雖然本次發(fā)射的載人龍飛船,只搭乘了兩名宇航員,但和俄聯(lián)盟號最多可容納 3 人的滿載能力相比,7 人座的龍飛船運(yùn)載效率提升了約 133%。特別是在獵鷹九號的護(hù)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(yōu)的載人航天器。
按照此前公布的數(shù)據(jù),如果滿載 7 個宇航員,SpaceX 的單人發(fā)射成本大約為 2000 萬美元,而聯(lián)盟號 2014 年的單人發(fā)射報價就已高達(dá) 7600 萬美元。這不得不歸功于獵鷹九號降本增效的技術(shù)創(chuàng)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(chǎn)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(gòu)想,并堅(jiān)持把垂直起降作為技術(shù)發(fā)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(fā)射是在 2012 年的 5 月。這兩次發(fā)射都屬于試射。在性能和系統(tǒng)能力得到成功驗(yàn)證后,第一代龍飛船才開始為 NASA 執(zhí)行國際空間站商業(yè)補(bǔ)給任務(wù)。
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(jì)為 NASA 執(zhí)行了 20 次國際空間站商業(yè)補(bǔ)給任務(wù),其中僅出現(xiàn)過一次失敗(2015 年 6 月 28 日 CRS-7 任務(wù))。
承接了 20 次國際空間站商業(yè)補(bǔ)給任務(wù)后,一代龍飛船完成了它的使命,即將謝幕。改進(jìn)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(shè)計(jì)規(guī)劃,它能夠自主停靠在國際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(shè)計(jì)圖和具體規(guī)格參數(shù)|Sapce.com
憑借獵鷹九號運(yùn)載火箭的基礎(chǔ)發(fā)射能力,SpaceX 深受 NASA 的青睞。為了促成龍飛船的研發(fā),NASA 先后在 2008 年和 2011 年,給馬斯克送出商業(yè)貨運(yùn)補(bǔ)給合同和商業(yè)載人航天開發(fā)合同。因此,根據(jù)業(yè)務(wù)屬性不同,龍飛船的用途也分為貨運(yùn)和載人兩個版本。
2019 年 3 月 2 日,載人龍飛船進(jìn)行了首次無人飛行測試,任務(wù)代號 Demo-1。飛船內(nèi)象征性地擺放了一個假人模型,用來記錄真實(shí)航天員承受的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。在抵達(dá)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(fā)射成本是俄聯(lián)盟號衍生版本「進(jìn)取號」貨運(yùn)飛船的兩倍,但載貨能力也相應(yīng)提高了兩倍。相比于航天飛機(jī),盡管龍飛船的載貨能力只有前者的三分之一,但其發(fā)射成本約為航天飛機(jī)的十分之一。
過去9年,NASA每年至少往國際空間站項(xiàng)目投入15億美元。其中,他們?yōu)橛詈絾T購買聯(lián)盟號的船票就已經(jīng)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(lián)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?yàn)椴ㄒ艉吐蹇讼5埋R丁合資成立的發(fā)射公司聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟(ULA),本可以通過德爾塔IV重型火箭讓美國重新?lián)P名立萬,但單次發(fā)射任務(wù)要價高達(dá)4億美元,最終雙方合作難以為繼。
面對這種內(nèi)外交困的境地,NASA也開始逐步調(diào)整自己的策略,培養(yǎng)新的參賽選手入場。
而一心筑夢火星的SpaceX,憑借重復(fù)使用的獵鷹九號運(yùn)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(fā)射任務(wù)。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(jìn)入預(yù)定軌道,一天后與國際空間站自動對接,像極了這一次的發(fā)射全過程。
本以為宇航員搭乘本國商業(yè)飛船進(jìn)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(dāng)天的例行靜態(tài)試點(diǎn)火過程中,發(fā)生了爆炸,太空艙幾乎完全被毀。爆炸產(chǎn)生的橙紅色濃煙,在五公里開外的海灘上清晰可見。
事件發(fā)生后,SpaceX 立即成立了調(diào)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(diào)查結(jié)果:由于氧化劑高速撞擊鈦閥門,導(dǎo)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(xiàn)「隔空暗戰(zhàn)」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(diào)聚首 SpaceX 總部加州霍桑,共同表態(tài):商業(yè)載人航天合作依然牢不可破。供需雙方發(fā)展到現(xiàn)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(diào)完成了載人龍飛船的靜態(tài)點(diǎn)火測試,驗(yàn)證載人龍飛船推進(jìn)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(fā)射首秀做足準(zhǔn)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(jìn)行太空載人是馬斯克成立SpaceX18年以來的夙愿。這次載人發(fā)射,讓 SpaceX 在太空競賽 2.0 時代,又一次成為領(lǐng)跑者,改寫全球載人航天的格局。
劃時代的載人發(fā)射功勛卓絕的肯尼迪航天中心,曾發(fā)射過13次「土星五號」火箭。在美國航天飛機(jī)時代,又有 125架次的航天飛機(jī)在這里起降。
執(zhí)飛本次發(fā)射任務(wù)的,是兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的宇航員道格·赫爾利和鮑勃·本肯。他們在發(fā)射當(dāng)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 ModelX 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(duì),執(zhí)行過多次飛行任務(wù)。曾經(jīng)并肩作戰(zhàn)過的「老戰(zhàn)友」,如今在這個歷史節(jié)點(diǎn)上重聚首。
再次走進(jìn)熟悉的發(fā)射場時,兩人都已為人父。貝肯在 5 月 12 日發(fā)布推文說,他必須在發(fā)射前得到年幼兒子的「批準(zhǔn)」。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(jìn)號航天飛機(jī),執(zhí)行了國際空間站 STS-123 和 STS-130 任務(wù)。兩次飛行中,他作為任務(wù)專家,出艙進(jìn)行了多次太空行走,并操縱了空間站的機(jī)械臂。
在 2012 年至 2015 年期間,本肯晉升為 NASA 的首席宇航員。擔(dān)任宇航員期間,他有過六次太空行走的經(jīng)歷,累計(jì)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(zhí)行了美國最后一次航天飛機(jī)任務(wù) STS-135。他曾擔(dān)任宇航員辦公室安全主管。之后在 2014 年成為美國飛行運(yùn)營局的商業(yè)機(jī)組人員計(jì)劃的助理主任。執(zhí)行 STS-127 任務(wù)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(wù)發(fā)射成功后,SpaceX和 NASA 接下來將著手準(zhǔn)備發(fā)射 Crew-1 任務(wù)。這是龍飛船的首個正式操作任務(wù),它將運(yùn)送 3 名 NASA 宇航員和 1 名日本宇航員前往國際空間站。據(jù) NASA 局長 Jim Bridenstine 透露,NASA 目前鎖定在美國時間 8 月 30 日發(fā)射 Crew-1 任務(wù)。因此 Demo-2 測試飛行必須在正式發(fā)射任務(wù)日期的前幾周返回,以便對飛船進(jìn)行檢測。
當(dāng)然,只是把載人龍飛船送上近地軌道并不是這次任務(wù)的終點(diǎn)。龍飛船將會在北京時間 5 月 31 日晚 10 點(diǎn) 29 分與國際空間站對接,完成任務(wù)后最終還要護(hù)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(zhí)行為期 30 到 120 天的太空任務(wù),任務(wù)期限取決于 Demo-2 任務(wù)飛船性能、Crew-1 任務(wù)的發(fā)射準(zhǔn)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。「如果有適合返航的窗口,并且兩位宇航員在國際空間站的任務(wù)也結(jié)束了,他們就會搭乘龍飛船返航,」Jim 表示到。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的SpaceX 载人飞船首发成功:马斯克的理科式浪漫与载人航天的新起点的全部內(nèi)容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇: 新寻仙财产密码忘了怎么办(寻仙官网怎么清
- 下一篇: 韩启德饶毅王立铭等发起科学和医学公共传播