|
解釋最新科技進展，報道硅谷大事小情 
不是科技大佬的玩票，未來的星際旅行可能要靠它們了。 —— 文｜杜晨 編輯｜Vicky Xiao 伴隨著直播里一聲激動的呼喊，SpaceX的獵鷹9號運載火箭點火升空！12分鐘后，兩名 NASA 宇航員乘坐的龍飛船被送上了太空，火箭成功落地回收——任務成功！美東時間5月30日下午3點22分，在千萬人的矚目下，SpaceX 成功發射了一枚搭載有龍飛船的獵鷹9號運載火箭，將龍飛船送上太空，龍飛船將繼續飛往距離地球表面350千米的國際空間站，而獵鷹9號運載火箭圓滿完成任務。這次飛行將載入人類宇航史冊，因為龍飛船和獵鷹9號運載火箭均由 SpaceX 公司自主研制，這是首次由私營航天公司載送宇航員進入國際空間站。本次發射對于美國來說也意義重大。2011年美國正式退役航天飛機，9年后，美國宇航員首次乘坐美國制造的火箭進入了軌道。本次發射在佛羅里達州卡納維拉爾角的肯尼迪航天基地的 LC-39A 發射臺進行。本次發射的正式命名為 Crew Demo-2，也即 NASA 和 SpaceX 合作的載人龍飛船第二次演示任務 (Crew Dragon's second demonstration mission)。Demo-2 將采用SpaceX 自主研發的獵鷹9號 (Falcon-9) 火箭。這枚火箭得名于《星球大戰》的千年隼飛船 (Millenium Falcon) 和可重復使用的火箭一級助推器的9個發動機，在2,000千米以下高度的載荷可以超過22噸。獵鷹9號有多種代次和配置型號，本次 Demo-2 執飛的將會是最新的 Block 5 型號。獵鷹9號在航天史上也占據著重要地位，有著多個“第一”：根據發射和回收窗口的情況不同，獵鷹9號可以在陸地上或者相對靜止的海上進行回收。SpaceX 已經對火箭進行過多次回收測試，成功次數多于失敗，執行 Demo-2 載人飛行任務的龍飛船，同樣由 SpaceX 自主研發，不過研發過程中引入了多家其它公司，均為私營公司。龍飛船于2010年首次試飛成功，2012年首次成功運輸貨物交給國際空間站，至今已經執行22次飛行任務，只有一次失敗。龍飛船采用了航天領域較為多見的鈍錐形彈道膠囊造型，起飛載荷可達6噸，可以被國際空間站的遙控系統自動抓取并實現對接。龍飛船還有多種配置：貨運、實驗室、人貨同載、可在其它行星/衛星著陸的紅龍飛船，以及加大碼的貨運用途龍飛船 XL。龍飛船同樣有著多個“第一”：第一枚完全由私營航天公司開發的近地軌道太空飛船；第一枚可重復使用的貨運/載人飛船；第一枚具備下行運輸能力（從空間站向地球運回物資）的飛船。龍飛船執飛任務的編碼為 SpX.去年3月，NASA 和 SpaceX 已經完成了龍飛船的第一次演示任務 Demo-1，將一枚沒有宇航員乘坐（放了一支假人）的龍飛船送上太空、和國際空間站實現無人接軌，并且成功返回地球。此次發射原定的窗口是當地時間5月27日周三下午4:33。但由于周三云量較多，天氣情況不允許，SpaceX 決定推遲到今天發射。昨天，SpaceX 的另一款產品星際飛船 (Starship) 在試點火過程中發生故障導致爆炸這次事故和本次載人龍飛船發射項目無關。發射后，獵鷹9號將在接近一分鐘時達到受力最復雜、最容易發生事故的最大動壓點（Max-Q，最大空氣動力應力點）。2分半左右開始，一級助推器熄火、一二級分離、二級助推器點火。到了8分47秒左右，二級助推器也將熄火，再過半分鐘左右一級助推器已經將落在地面上；12分鐘時，搭載有兩名宇航員的龍飛船將從二級助推器上分離，然后開始繞地球飛行并接近國際空間站軌道高度。
動圖來自 Demo-1 任務 龍飛船將在接近預定軌道高度時與國際空間站建立通訊連接，并逐步提升高度，最終在距離國際空間站大約200米 (Keep Out Sphere, KOS) 時建立同步聯系，使得飛船可以和同步飛行并最終實現對接。對接過程是完全自動化的，當然，兩邊的宇航員都會密切監控飛船的接近和對接，在必要的時候隨時接管控制。
動圖來自 Demo-1 任務 等到對接完成，國際空間站的在軌天數已經達到了7,860天，已經繞地球完成了接近12.34萬圈繞飛行。兩名宇航員在太空中停留多久？這個問題，直到飛船和國際空間站對接之后才會有答案。目前的計劃是最短一個月，最長119天，也即四個月左右。為什么現在決定不了到底要停留多久？除了本次執飛的龍飛船之外，NASA 還要考慮下一次四名宇航員上國際空間站的 Crew-1 任務所用的另一枚龍飛船的狀態。需要考慮、分析和籌劃的有很多，NASA 也需要讓這次 Demo-2 任務的效用最大化，所以回程的時間還沒定下來。整個回程也是由程序控制完成的。自動接觸對接之后，龍飛船上的推進器將會啟動，讓飛船遠離國際空間站。
動圖來自 Demo-1 任務 飛船將繞地球飛行并降低軌道高度，調整方向，對準著陸點。到了預定的軌道高度和對應地面位置，飛控電腦將會拋棄掉龍飛船的貨倉，減輕落地重量并節省推進燃料。然后推進器將會啟動長達12分鐘，將飛船送回地球大氣層，在引力的作用下朝著著陸地點前進。進入大氣層后，飛船會遭遇到巨大的空氣阻力，會顯著降低其降落速度。兩個減速降落傘會首先在5.48千米（18,000英尺）高度展開，隨后四個主降落傘會在1.98千米（6,500英尺）高度展開，讓飛船的下落速度降低到7.62米/秒（25英尺/秒），最終降落在佛羅里達州附近的大西洋洋面上。
動圖來自 Demo-1 任務 以下視頻演示了火箭發射、飛船對接、解除對接、返程、降落的全過程：龍飛船將會搭載 Douglas Hurley 和 Robert Behnken，兩名來自 NASA 的男性宇航員。Douglas Hurley 出生于1966年10月21日，之前曾兩次進入太空，停留時間683小時，是亞特蘭提斯號航天飛機/STS-135任務，也即 NASA 航天飛機計劃最后一次執飛的駕駛員。Hurley 曾擔任 NASA 宇航員訓練教官、商業飛行計劃助理總監等職位。
Douglas G. Hurley Behnken 出生于1970年7月28日，擁有機械工程博士學位，之前曾兩次進入太空，停留時間達708小時，其中包括太空行走37小時。Behnken 曾擔任 NASA 宇航員、工程師和宇航員辦公室主任，于2018年入選 Demo-2 任務。
Robert L. Behnken Hurley 和 Behnken 將成為國際空間站的第229和第230位訪客。為什么最終選擇了這兩名宇航員？因為 Demo-2 準確來講仍然是一次“試飛任務”，首次采用龍飛船真正載人進入太空的任務。
肯尼迪太空中心主任Robert Cabana 透露，Hurley 和 Behnken 都是 NASA 最頂級的試飛員，他們最擅長的就是執飛全新機型——事實上，他們在加入 NASA 之前在各自的軍旅生涯中都有過豐富的新機型試飛經驗。本次發射任務的另外兩名備選宇航員分別為 Sunita Williams 和 Eric Boe.如無意外，這次發射任務也將會是 SpaceX 設計的宇航服，首次投入實戰使用：（2018年2月，SpaceX 曾發射一輛特斯拉生產的 Roadster 電動車上太空，車上乘有一名穿著 SpaceX 宇航服的假人。）前面提到，本次 Demo-2 任務是私營航天公司首次使用自主研發的火箭和飛船送真人宇航員進入國際空間站。SpaceX 是截至目前最知名的，在私營航天 (private spaceflight) 領域作出最多突破的公司。不過，它的成績也要依托于前輩們的杰出貢獻。私營航天最早可以追溯到上世紀60年代，SpaceX 創辦的整整40年前。1961年12月12日，OSCAR一號成為了第一顆進入近地軌道的業余無線電衛星，在軌20天。雖然加上了“業余”倆字，其實衛星的開發者們并不“業余”——他們大部分都是美國航天軍工公司 TRW（現屬于諾格公司）的員工。1962年7月10日，貝爾實驗室開發，交由 AT&T 使用的電星1號 (Telstar 1) 升空，通過太空從美國向法國轉播了電視圖像，實現了首次跨大西洋電視直播。不過遺憾的是，由于美國在電星1號發射的前一天在其軌道高度上引爆了一枚核彈，導致后來的衛星使用了半年左右就完全停止工作。
電星1號 電星1號升空不久后，熱衷于太空發展的美國前總統約翰·F·肯尼迪簽署了1962年通訊衛星法案，為私營公司擁有和運營衛星提供了最初的法律基礎和監管框架。1984年，里根前總統簽署了商業太空發射法案，認可了私營航天技術的商業價值和增長前景，要求持續鼓勵私營航天事業。執飛人類首次成功登月任務的火箭土星5號，就是由私營公司建造的。它的設計者是 NASA，但是主要建造承包商均來自私營部門，包括波音、北美航空、道格拉斯（后來的麥道）和 IBM。
土星5號搭載阿波羅11號登月艙 1990年，軌道科學公司 (Oribital Science) 自主研發的飛馬座，一種小型的空中發射火箭，成功試射，成為第一顆在沒有政府資助開發出來并進入近地軌道的火箭。進入21世紀，私營航天的發展迎來一個很多人都不愿意承認的里程碑：美國航天科學家和富商 Dennis Tito 自費近2,000萬美元，通過各種關系找到俄羅斯，乘坐火箭進入國際空間站，成為第一位太空旅客，旅程長達7天22小時4分鐘。NASA 高層一度認為 Tito 花錢找俄羅斯上天的行為“背叛了美國”，甚至不愿意為他提供本應提供給他的訓練——尷尬的是，在五架在役航天飛機損毀了兩架之后，美國于2011年退役了整個航天飛機計劃，之后美國宇航員上天也得求助俄羅斯的聯盟號……
進行 Demo-2 任務的獵鷹9號火箭等待發射 2012年5月25日，SpaceX 的龍飛船執飛 NASA 的物資任務，成為首個登陸國際空間站的商業飛船。在那之前，只有各國政府下設官方航天機構的飛船曾經造訪過距離地表350千米的國際空間站。
但是 SpaceX 并不只聚焦于美國政府訂單（雖然它最主要的收入來自于政府合同），只要付得起在行業里并不算昂貴的發射費用，SpaceX 愿意為任何人發射衛星。它的客戶包括本國的企業，比如 Facebook（很遺憾炸壞了扎克伯格的衛星）、銥星公司、地理測繪公司 Maxar，也包括外國政府和公司，比如哈薩克斯坦政府、泰國政府、土庫曼斯坦政府、歐洲公司 Eutelsat、亞洲衛星控股、KT（韓國電信）、以色列公司 Spacecom 等。事實上，SpaceX 的私營訂單和美國政府/軍事訂單的比例，幾乎達到1:1；其發射的其它公司載荷的次數，比自家的星鏈衛星還要更多。本次 Demo-2 發射任務，將會是自2011年美國正式退役航天飛機的9年以來，美國宇航員首次在本土乘坐火箭進入國際空間站。
兩名宇航員在 SpaceX 發射演示任務控制中心 當然，這并不是2011年以后美國人首次乘坐本土生產的太空交通工具上太空。去年2月，五名宇航員乘坐私營航天公司維珍銀河 (Virgin Galactic) 的 VSS Unity 飛機進入了51.4千米高度的太空。
雖然這次飛行遠未達到所謂的軌道高度，不過倒是比 NASA 認證的太空起始點高了1.4千米。說起私營航天公司，人們往往會提起 SpaceX、維珍銀河、藍色起源等，但從發射經驗上來看，實際上很少有其它公司可以和 SpaceX 相提并論。
維珍銀河 (Virgin Galactic) 由維珍集團創始人理查·布蘭森爵士于2004年創辦。從公司架構上，維珍銀河是面向消費者的品牌公司，技術研發公司則叫做 The Spaceship Company (TSC)，和另一家公司 Scaled Composites 合資開發了維珍銀河目前所用的飛船。正如公司名稱所指，SpaceX（全名 Space Exploration）是一家太空探索公司，它能夠自主研發推進器，并且已經成功發射正規尺寸的運載火箭和太空船，未來的目標是登陸月球、火星，拓展載人宇航的邊界。維珍銀河更像是一家太空旅游公司，按照常用的界定方式，稱其為 spaceliner company。截至目前，該公司的機隊規模只有兩架，而且正如前述，只能進行亞軌道飛行，也即沖出大氣層，到達不算太高的高度，畫出一個拋物線，再回到地球，無法執飛軌道任務。你也可以說這種只算觸到了太空的“皮毛”，不能算“真正”的太空飛行。同時，維珍集團旗下還有一家小型衛星公司，名叫維珍軌道 (Virgin Orbit)，業務比較有限，疫情期間還開小差研制了一款呼吸機。以下是維珍銀河的太空飛機首次進入太空的紀錄視頻，拍的非常美：藍色起源 (Blue Origin) 是另一家常被提起的私營航天公司。創辦于千禧年，比 SpaceX 還早兩年，而且創始人也是科技業大佬，亞馬遜的老板杰夫·貝佐斯。不過，藍色起源發了幾枚火箭和登月概念車（這里的“發”，更多指的是發布，而不是發射……），實際業務并沒什么太大起色。該公司的發射經驗不算多，所有現役火箭型號都沒有實戰經驗。藍色起源旗下擁有小型可回收火箭載具新謝潑德 (New Shepherd)，設計可以載人，八次無人測試，均成功發射、著陸和回收，；重型可回收火箭新格倫 (New Glenn)，2016年發布，對標 SpaceX 的獵鷹重型火箭，計劃2021年首次試飛。去年五月，藍色起源發布了斥巨資多年低調開發的大型模塊化登月飛船藍月亮 (Blue Moon)，具有載人能力，計劃在2024年之前讓宇航員可以重返月球。人類首次登月已經過去了半個世紀，為什么要重返月球？貝佐斯指出，不管人類想要去太空中的任何地方，月球都應該成為第一站，成為人類太空活動的基地。他說的沒錯，畢竟月球的引力更小，沒有復雜的大氣環境，比地球發射更容易，而且月球上存在大量可制成氫燃料的永凍冰。除了 SpaceX、維珍銀河、藍色起源之外，行業里還有一些不可小覷的私營公司，比如：畢格羅宇航，成立于1998年，方向是民用空間站，或者可以說是太空酒店（創始人 Robert Bigelow 是美國廉價酒店連鎖老板），以及商用空間站，用于接替原計劃于今年退役的國際空間站。該公司已經成功發射兩枚空間站組件 1）創世一號，2006年發射，設計壽命5年，目前在近地軌道上；2）創世二號，2007年發射，設計壽命12年，目前仍在軌道； 火箭實驗室 (Rocket Lab)，成立于2006年，總部在加州，在新西蘭擁有自己的發射基地。其開發的輕型火箭電子號 (Electron)，可以將最高150千克載荷發射到最高500公里的軌道，已經執飛過多次商業發射任務。
當然，以及波音集團旗下的波音綜合國防系統，目前和 SpaceX 共同作為 NASA 最大的發射載具承包商。
|
