|
騰訊太空 文/喬輝 北京時間5月31日凌晨3點22分，美國太空探索技術公司（SpaceX）首次利用載人龍飛船把兩位宇航員送入地球軌道，目前正在追逐國際空間站，預計19個小時后，嘗試與國際空間站對接。 圖注：獵鷹9火箭升空畫面 圖注：發射升空時，載人龍飛船中的宇航員 一級火箭成功回收，降落在大西洋中的漂浮平臺上 原計劃，北京時間5月28日凌晨4點33分發射，但由于天氣原因推遲至北京時間5月31日發射。 圖注：5月28日，發射場上空烏云密布，不得不取消發射 本次發射依然采用穩定的“獵鷹9”（Block5）運載火箭，發射地點位于美國佛羅里達州肯尼迪航天中心，發射臺是最為著名的LC-39A，該發射臺曾經見證了阿波羅登月飛船和航天飛機的歷次重大發射，后來被SpaceX租下來，用于發射火箭。 下面我們先來看看本次發射意味著什么，然后再詳細聊聊具體細節。 一、本次發射的意義是什么？ 本次發射是NASA與SpaceX簽訂的“商業載人項目”（Commercial Crew Program）的組成部分。意義至少可以從三個層面來理解： 第一個層面，對于SpaceX公司來講，重要性毋庸置疑，本次發射是該公司的首次載人發射，成功就意味著拿到了商業載人航天的入場券，未來前景無可限量； 第二個層面，對于美國和NASA來講，意味著自從2011年航天飛機退役以來，再次恢復載人航天能力（后面我們詳述）； 第三個層面，對于整個世界商業航天來講，意味著揭開了商業載人航天的帷幕，商業航天走進新時代。 SpaceX公司和特斯拉公司創始人埃隆·馬斯克（Elon Musk） 二、兩位宇航員來自何方？ 參加本次試飛的兩位宇航員是：道格拉斯G赫爾利（Douglas G.Hurley）和羅伯特L貝恩肯（Robert L.Behnken），分別出生于1966年和1970年。 圖注：宇航員貝恩肯和赫爾利（右） 他們都是曾經三次進入過太空，而且還都是執行過航天飛機任務的老手。其中，赫爾利在太空中有超過683個小時的經驗，還執行過2011年7月最后一次航天飛機任務（代號：STS-135）。貝恩肯作為航天飛機任務專家，曾先后執行2008年的（STS-123）和2010年的（STS-130）任務，累計在太空飛行時間超過708小時，其中包括37小時的太空行走時間。 對于載人航天來講，整體上看兩大件：承載宇航員的飛船和運送飛船的火箭。俗話說，“花開兩朵，各表一枝”，我們先主要聊一聊載人龍飛船，然后再略談一下獵鷹9火箭。 三、SpaceX載人龍飛船的結構特點 圖注：載人龍飛船內部。以往密密麻麻的操作按鈕，已被大屏幕取代（鄰近發射，貝恩肯和赫爾利坐進龍飛船） 載人龍飛船屬于SpaceX研制的第二代龍飛船（Dragon 2），具備可重復使用的能力。第二代龍飛船可分為載人龍飛船和貨運龍飛船兩種，其前身是第一代貨運龍飛船（Dragon 1）。新飛船可以自動與空間站完成對接，而不像第一代飛船那樣，需要借助空間站上的機械臂的幫助。當然，載人龍飛船也保留了人工對接的選項。 圖注：地面上的載人龍飛船 本次使用的載人龍飛船，直徑4米，高8.1米，最多可搭載7位宇航員（載人龍飛船NASA版本的只有4人座位），這與航天飛機搭載的宇航員數量相同，也與我國5月5日測試的“新一代載人飛船”設計上能夠搭載的宇航員數量相同。 載人龍飛船的最頂端是一個能夠打開的頭錐蓋子，在發射和返回的過程中，保護飛船和對接機構。當飛船與空間站對接的時候，頭錐蓋子會打開，露出對接機構，當飛船脫離空間站的時候，蓋子關閉，準備返回地面。 飛船主體由兩大部分組成，一個是加壓的返回艙，另一個是在返回艙下面的服務艙（這里要說明的是，SpaceX使用Trunk一詞，而不是Service module，但從作用上看類似于服務艙，目前尚無統一的翻譯）。服務艙是非加壓的，可以搭載對氣壓不敏感的貨物。 另外，服務艙外側粘貼有太陽能電池，就像穿了個太陽能板的裙子一樣，這擺脫了傳統的太陽能展開翼的造型。服務艙外側還有翼狀結構，能夠為飛船在逃逸過程中提供氣動穩定性。 四、載人龍飛船具備全程逃逸能力 載人龍飛船集成有8個推力強大的“超級天龍座”火箭，火箭兩兩分組，安裝在飛船的側壁，作為逃生使用，每個發動機的推力可達71千牛，換算成大家有直觀感覺的表示方式就是相當于7.1噸的推力。此外，還裝有16個推力相對較小的“天龍座”發動機噴口，用于姿態控制和軌道機動。 圖注：載人龍飛船“飛行中止測試”試驗（示意圖） 熟悉載人航天的朋友，可能會留意到，無論是阿波羅登月火箭，還是我國的長征2F載人運載火箭，在火箭頂部都有個逃逸塔。
圖注：阿波羅飛船的“逃逸塔” 逃逸塔的作用就是在火箭發射起始階段，如果發生意外，可以啟動逃逸塔火箭，把飛船帶離到安全的高度，然后著陸。如果發射一切順利，等火箭飛到一定的高度，逃逸塔會分離，然后丟棄。而載人版龍飛船相當于把逃逸塔集成在船身上，這樣做有什么好處呢？ 如果要對比逃逸塔和這種新型的逃逸方式的區別，那可能需要一篇文章來系統介紹，這里我們只把最關鍵的地方說一下：這種方式能夠使飛船具備“全程逃逸”的能力！也就是說，在飛船飛行的任何階段出問題，都具備逃生能力，而逃逸塔只能保證火箭發射初始階段的逃生。這也是未來載人飛船逃逸的新方式。
圖注：2020年1月19日，SpaceX成功進行了“飛行中止測試”試驗 2020年1月19日，SpaceX成功進行了“飛行中止測試”試驗。當獵鷹9火箭升空84秒左右，飛行高度19公里，速度大約2.3馬赫時，火箭頂部的飛船啟動自身的8臺逃逸發動機，把飛船推離火箭。隨后，火箭在強大的氣動壓力下發生解體爆炸，墜入大西洋中。 到目前為止，SpaceX共制造了四艘龍飛船，第一艘用于懸浮測試，目前已退役；第二艘用于2019年首次載人版飛船的無人測試發射（Demo-1），但在后來的地面測試中發生爆炸毀掉；第三艘用于2020年1月份的“飛行中止測試”當中，目前已退役；第四艘就是本次發射的主角兒。 五、成功率100%的獵鷹9（Block 5）火箭
我們知道，SpaceX以可回收火箭名揚天下，但這次使用的是全新的獵鷹9（Block 5）火箭，畢竟是首次載人發射，使用二手火箭風險還是相對較高。一級的代號為B1058.1，小數點后面的數字代表使用次數，1表示第一次使用。本次發射，一級火箭將回收，降落在海洋中的浮動平臺上。 值得一提的是，截止到本次發射之前，獵鷹9（Block5）已經發射了28次，全部獲得成功。 獵鷹9（Block 5）是兩級運載火箭，高度70米，以液氧和煤油為推進劑，芯一級火箭裝配有9臺梅林發動機，總推力7600千牛，相當于760噸。在回收一級的情況下，近地軌道的運載能力為15.6噸，不回收一級的情況下，近地軌道運載能力為22.8噸，算是一款中型運載火箭。 通過上面的分析，我們可以看出，SpaceX和NASA之所以敢于本次載人發射，是因為擁有100%發射成功記錄的獵鷹9（Block5）火箭，擁有具有全程逃逸能力的載人龍飛船以及兩位經驗豐富的宇航員等。 六、載人龍飛船在太空停留多久？如何返回？
圖注：這是2019年首次載人版飛船的無人測試，成功返回時的情景 載人龍飛船與國際空間站對接后，宇航員通過對接通道進入空間站，在那里執行預定的科學任務。具體返回日期，目前官方并沒有明確的說法，只是說不會晚于9月23日。載人龍飛船返回時，首先丟掉服務艙，然后借助盾形的防熱罩減速，到達一定高度后，再展開降落傘完成最終剎車，最后濺落在大西洋海域。 七、為什么美國急切恢復載人航天能力？ 眾所周知，美國在1969年就完成了人類首次登月，代表人類踏上了另一顆星球。阿波羅期間，總共完成7次載人登月發射，其中6次成功把12名宇航員送到月球。唯一的阿波羅13號雖然沒有成功，但3名宇航員毫發無損返回地球。
圖注：1986年挑戰者號航天飛機升空后爆炸
圖注：2003年哥倫比亞號航天飛機空中解體（藝術圖） 1981年，美國又成功發射了第一架航天飛機“哥倫比亞”號，一次就能把7名宇航員送上近地軌道。美國總共建造了5架航天飛機，強大的運輸能力為建設國際空間站立下了汗馬功勞！ 但遺憾的是，挑戰者號航天飛機和哥倫比亞號航天飛機分別在發射和返回時發生了事故，導致總共14名宇航員罹難。5架航天飛機失去了2架，真是非常慘。其中的故事想必大家都已非常了解，特別是1986年挑戰者號航天飛機爆炸的事件早已經編入了教科書，這里就不多贅述了。
圖注：阿特蘭蒂斯號航天飛機的返回標志著航天飛機時代的謝幕 2011年7月21日，隨著阿特蘭蒂斯號航天飛機在肯尼迪航天中心的降落，整個航天飛機全部停飛，從此，強大的美國失去了載人航天的能力。 今后飛國際空間站咋辦呢？這時，昔日的宿敵俄羅斯伸出了橄欖枝，俄羅斯有成熟可靠的載人“聯盟”飛船。當然，這可不是免費的午餐。
圖注：俄羅斯的聯盟號飛船發射 據說，剛開始的費用是每位宇航員2000多萬美元，最近NASA購買的2020年秋天發射的一個座位，價格已經暴漲到了9000多萬美元。據統計，自從航天飛機停飛以來，NASA已向俄羅斯累計支付超過35億美元。 因此，NASA非常希望包括SpaceX在內的國內私營企業能夠挑起大梁，讓美國再次獲得在本土發射載人飛船的能力。 八、NASA商業載人項目還有哪個公司參加？
圖注：SpaceX的龍飛船和波音的星際航班飛船與國際空間站（藝術圖） 2014年9月，NASA選定SpaceX和波音公司參加商業載人項目，分別獲得26億美元和42億美元的資助。波音公司制造了“星際航班”（Starliner）飛船運送宇航員，但總體上進度稍落后于SpaceX。下面我們來簡單比較一下星際航班飛船與龍飛船有何異同： 1、容量相同：這兩個飛船具有相似的設計功能——每個飛船最多可以容納七個人。 2、發射火箭不同：星際航班是用聯合發射聯盟公司（波音和洛克希德馬丁公司的合資企業）的宇宙神五火箭發射升空。SpaceX公司正在使用自己的火箭獵鷹9號發射載人版龍飛船。 3、返回場地不同：星際航班選擇通過氣囊輔助傘陸地降落；龍飛船是在海上降落。 4、價格不同：SpaceX的發射更便宜。NASA監察長11月發布的一份報告指出，SpaceX公司載人飛船的每個座位發射成本約為5500萬美元，波音公司為9000萬美元。從價格上看，購買波音公司座位的費用和購買俄羅斯聯盟飛船差不多，但畢竟波音是美國自己的公司，這點比較重要。 2019年12月20日，波音進行了一次星際航班飛船無人發射，目標是與國際空間站對接。在飛行中，船箭分離正常。但令人遺憾的是，由于飛船在入軌機動過程中燃料消耗比預期要多，與國際空間站交匯失之交臂，兩天后成功返回地球。
圖注：2019年12月，波音的星際航班飛船在沙漠降落場降落 根據計劃，2020年10月份，波音將再補一次星際航班飛船的無人測試發射，目標仍然是國際空間站。如果通過將來這次測試，2021年將進行首次載人發射。 總之，SpaceX的本次發射使美國再次獲得了載人航天能力，更重要的是揭開了世界“商業載人航天”巨大帷幕的一角。在未來，隨著商業競爭機制的引入，人們進入太空的成本將逐步下降，普通人到太空旅行或許不是夢。 視頻：動畫演示SpaceX龍飛船如何送宇航員去國際空間站 本文轉載自公眾號“騰訊太空”（ID：qqtaikong）  |
|
|
來自： wenxuefeng360 > 《待分類》
