SpaceX载人龙飞船发射,未来会更好就是航天文明

 行业动态     |      2020-06-04 06:21

北京时间5月31日凌晨3时22分,美国佛罗里达州肯尼迪航天中心再度迎来航空史上的奇迹,连特朗普也为此两度跑到发射现场围观——这是自2011年美国退役所有航天飞机以来,在美国本土进行的首次载人航天任务。美国宇航局宇航员鲍勃·贝肯(Bob Behnken)、道格·赫利(Doug Hurley)将和龙飞船一起进行的这次试飞。如果一切顺利,猎鹰9号火箭将搭载龙舟从发射平台LC39A升空。

LC39A是一个极具历史意义的发射平台——50年前,正是在同一发射台,阿波罗11号首次将人类送上月球。2011年7月9日,亚特兰蒂斯号航天飞机从这里起飞后,也完成了该平台的最后一次发射任务。此后,39A暂停运营,一直到2013年,NASA寻求民间合作,与SpaceX签署了为期20年的租赁合同。这一次,SpaceX又从这里出发,将宇航员再度送入太空。

SpaceX 的猎鹰9号将载人龙飞船送至太空、二者进行分离后,便会返回地球,而载人龙飞船则会继续前往国际空间站完成任务。

这次发射,对于NASA和 SpaceX而言,都颇具意义——这是自 2011 年 7 月 8 日最后一次航天飞机发射以来,美国首次使用火箭将宇航员送入太空轨道,也是 SpaceX 成立18年来首次载人任务,太空商业化再度向前迈进一步,人类也由此进入太空飞行的新时代。以下:

在这次发射之前,SpaceX已经使用猎鹰9号和猎鹰重型运载火箭连续进行过83次成功发射,以确保安全。

5月21日,两名宇航员鲍勃·贝肯和道格·赫利已经到达肯尼迪航天中心,提前一周来到了发射场地,参加发射前的彩排。

5月23日,发射前的最后一次模拟彩排,两位宇航员身着SpaceX的宇航服、乘坐特斯拉Model X前往发射台39A。有意思的是,Model X的车牌上写着“ ISS BND”,意为成功前往国际空间站。

鲍勃·贝肯还很愉快地在推特上发了自己喜欢的几张图片,并表示这次模拟之后——下次就要来真的了。

5月28日是原定发射载人龙飞船的日子,但是糟糕的天气让这次具有历史性意义的事件被迫延期到了今天。据NASA官网介绍,当时周围天气情况不佳,担心触发闪电,出于对宇航员安全的考虑,所以取消了发射计划。NASA布里登斯廷局长赞扬了做出取消发射决定的团队,并说:“无论在任何情况下,都不应该让任何人感到任何压力。如果我们还没准备好发射,我们就干脆不发射。”

5月30日晚(美国东部时间11点46分),在鲍勃·贝肯和道格·赫利穿好宇航服之后,布里登斯廷局长与二人进行了合影,还在推特上表示这是自己有史以来最好的自拍照。随后,和家人做最后的告别之后,宇航员乘坐专属“摆渡车”——特斯拉前往发射平台。

距离发射时间还有2小时57分的时候,两位宇航员抵达发射平台,来到龙飞船门口。他们使用的是全新的乘员通道臂,这是SpaceX在NASA发射平台上新增加的宇航员通道。

距离发射时间还有2小时左右,泄漏检查完成,舱门完全关闭,宇航员在航天器内静待发射。

在发射前1小时零5分的时候,天气还没有达到要求,云层和雨水让这次发射变得有些难以预测。令人感到惊喜的是,在发射前45分钟左右,天气出现了明显的好转,预计发射时出现好天气的机会为70%。可以很清晰地感受到所有人的语气都变得轻松起来,带着难以抑制的喜悦。

之后,两位宇航员被通知关闭遮阳板,打开发射逃生系统,机组的乘员通道臂也已收回,发射前的各项准备有序进行。在发射前,猎鹰9号的第一级和第二级都被加注推进剂——液态氧HE RP-1。

凌晨3点22分,一切检查完毕的猎鹰9号发射升空。23层高的火箭提供近200万磅推力,足以让它进入地球轨道。

憋住呼吸紧张的人们也松了一口气,但没多久又把心提到了嗓子眼,因为猎鹰9号要与太空舱进行分离。

大概2分30秒的时候,猎鹰9号的一级助推器与上级进行分离,并开始着陆准备返回地球。这时,SpaceX的海上火箭回收平台“ Of Course I Still Love You” 已经等候在佛罗里达州大西洋附近。

大约升空10分钟后,猎鹰9号安全抵达海上火箭回收平台“ Of Course I Still Love You”。

第一级的分离结束仅几秒钟后,二级火箭点火继续将飞船送入预定的轨道。随后,载人龙飞船将进行脱离火箭。

此前,SpaceX的货运航天器是以太阳能电池阵列为部署,提供动力。但是,载人龙飞船却是直接将太阳能电池板内置在航天器的主体中。

载人龙飞船成功与火箭脱离后,航天器开始执行一系列分阶段演习,以逐步接近国际空间站并自动与国际空间站 (ISS)对接。

预计在升空后约19小时,载人龙飞船将与国际空间站进行对接。自4月以来一直在国际空间站工作的63号探险队的三位机组人员将帮助Demo-2计划中的两位宇航员打开舱门并进入空间站。

两位宇航员将在国际空间站停留30到100余天,NASA和SpaceX尚未确定飞行任务将持续多长时间。

航天器首先需要缓慢从“禁区”退出,然后分阶段燃烧燃料以不断降低轨道,整个过程需要耗时大概两天。

在靠近地球的时候,载人龙飞船会抛弃“运输工具”,然后进行除轨燃烧,令自身坠落到地球大气中。

飞船降落一切准备就绪后,载人龙飞船将以约27000 km/h的速度进入地球大气层。这时,大气中颗粒的摩擦会产生阻力,从而极大地减慢阻力,同时将飞船外部加热到几乎和太阳一样高的温度。

隔热罩可保护宇航员免受这些极端温度的侵害,但航天器返回后看上却不会像发射前那样,毫发无伤。2019年3月,SpaceX的Demo-1计划中的载人龙飞船试飞返回后,看起来像一块烤棉花糖。

一旦载人龙飞船进入返回飞行航程,将打开部署的Mark 3降落伞系统,降低飞行器的速度,从而保证飞船能够在佛罗里达海岸的大西洋上缓慢降落。这一降落伞系统已经进行过27次的测试,防止两名宇航员在距离地球一步之遥的时候出现差错。

地面工作人员则早早等待在预定的降落位置,载人龙飞船和宇航员将被SpaceX的Go Navigator回收船迅速回收、救援,并返回卡纳维拉尔角。

这将是阿波罗号后,宇航员第一次在海洋降落。“我们很兴奋参加这次飞行,并在最后降落在水面上。我们最初的商飞团队里,没有人有过太空舱降落的经历,所以我们很期待。”鲍勃·贝肯此前在接受采访时说。

如果一切都按计划进行,SpaceX将很快开始能够定期将乘坐载人龙飞船的宇航员运送到国际空间站。当然,前提是Demo-2计划测试满足SpaceX和NASA制定的标准。

在这次发射过程中,猎鹰9号和载人龙飞船是至关重要的两个部分。猎鹰9号相信大家都很了解了,今天我们重点介绍一下这次载人发射中的载人龙飞船。

航天飞机很重,载人龙飞船轻而光滑。几十年前设计的传统机舱,有很多开关、旋钮和转盘;而在龙飞船内部,安装的是大型触摸屏。从外观上看,龙飞船似乎与胶囊并没有什么两样,内在设计充满现代的赛博朋克感。

设计者希望它不仅安全可靠,还希望能满足人们对世界最先进飞船的期望,让其看起来很棒很漂亮。

龙飞船这一概念于 2005 年 SpaceX 公布其五年载人商业航天计划时诞生,也是第一艘私人公司研发的宇宙飞船。诞生以来,其货运系列用于执行 NASA 的空间站物资补给订单,已经执行过20次任务,而载人的用途也是在近年来才发展起来。

2019年,SpaceX猎鹰9号火箭搭载“载人龙飞船”(Crew Dragon)Demo-1从佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心发射升空,成功完成载人龙飞船飞往ISS的第一次测试。

载人龙飞船Demo-1太空舱此次并未载人,但携带了一个名为Ripley的假人,配有各种传感器,以测量发射对人体内部和一些物品的影响。

载人龙飞船太空舱使用自动系统成功与ISS对接,然后返回了地球。Demo-1计划标志着史上第一次飞船与国际空间站自主对接。

但这一次,因为载人的缘故,风险提高了数倍。因此,SpaceX也准备了详尽的逃生计划——载人龙飞船增加了一个紧急中止系统,用于在发射过程中出现紧急情况时将飞船与火箭分离,在紧急情况下,龙飞船能让机组成员脱离猎鹰。SpaceX在今年1月份的时候对该系统进行了测试。

发射后,龙飞船将完全自主地护送宇航员到达国际空间站,并带他们返回,不需要任何干预。但为了确保机组安全,以防万一需要手动驾驶龙飞船飞行,SpaceX也为机组提供了所有可能的工具。

猎鹰9号火箭和载人龙飞船都被设计为可复用的。SpaceX相信,可复用的太空飞行系统是降低太空发射成本的关键突破。

作为首批乘坐商业载人航天飞机的宇航员之一,鲍勃·贝肯和道格·赫利可谓是经验丰富,也正是因为如此才被选中执行任务。

鲍勃·贝肯在这次Demo-2任务中负责对接、脱离等活动,从2000年被选为NASA宇航员,他已经进行过3次太空行走,完成两次航天飞机飞行任务。在此期间,他曾进行 6 次、总共超过37 个小时的太空行走。

道格·赫利则主要负责发射、着陆等活动,同样是2000年被选为宇航员,他也完成过两次航天飞行,其中一次就是在2011年美国所有航天飞机退役前最后一次飞行的“亚特兰蒂斯号”上 。

不仅在航天领域有所作为,令人感到不可思议的是,两位宇航员还都是名校毕业。鲍勃·贝肯拥有华盛顿大学的物理学和机械工程学士学位,并拥有加利福尼亚理工学院的机械工程硕士学位和博士学位。道格·赫利则拥有路易斯安那州杜兰大学的土木工程科学学士学位,并毕业于马里兰州的美国海军试验飞行员学校。

SpaceX这次发射两名宇航员进入太空的Demo-2计划,是SpaceX载人航天系统的最后一项主要测试,一旦成功,该测试将获得NASA认证,可用于往返国际空间站的机组人员飞行任务。

这是10年以来首次在美国本土进行的载人发射,意味着美国太空飞行新时代的来临,这一刻NASA和马斯克都等待了很久。对马斯克来说,太空梦的实现迈出了重要一步,更多深层次的影响则是美国载人航天新时代的来临与太空商业化的里程碑事件。

奥巴马2008年出任美国总统后,将太空探索的目光投向火星,对于服务于近地轨道的航天飞机来说已经没有用武之地。2010年,由16个国家的科学家参与的国际空间站基本建成时,美国决定放弃“航天飞机”计划。

2011年7月,退役全部载人航天飞机后,NASA再也没能从本土发射宇航员上天,仅剩下一条进入轨道的方式——搭乘俄罗斯的联盟号飞船。过去 9 年,NASA 每年至少往国际空间站项目投入15亿美元。其中,他们为宇航员购买联盟号的船票就已经支付了超过 33 亿美元。

凭借在载人航天领域的垄断地位,联盟号单张船票的价格一直在上涨,从 2011 年的 3000 万美元,上涨到 2018 年的 8100 万美元。

对美国而言,国际空间站至关重要,能持续访问国际空间站也很重要。为了夺回原有地位,2014年,NASA与SpaceX和波音签署了“商业载人航天”计划,旨在开发商业化航天器,以将宇航员运送到太空。

SpaceX的载人龙飞船发射成功,意味着时隔多年载人航天重回美国,打破此前NASA对俄罗斯联盟号火箭的依赖,这也是美国第5个人员载具。

根据NASA监察长的说法,SpaceX的载人龙飞船预计每个座位的成本为5500万美元,竞争会迫使俄罗斯航天局降低价格。此外,NASA还可以通过SpaceX的载人飞船与俄罗斯联盟号飞船进行货物和座位交换。NASA局长吉姆·布里登斯廷说:“我们会看到将来有一天,俄罗斯宇航员可以乘坐美国火箭升空。”

长期以来,航天技术始终掌握在政府手中,生产和设计的严格控制导致该领域缺乏竞争,每次研发都需要花费高昂的代价,政府仅能够雇佣承包商制造火箭,所有的核心技术必须拥有严格控制权,如何降低研发成本一直是各国想要解决的难题。

吉姆·布里登斯汀也曾表示,“我们设想在未来的某一天,我们将在低地球轨道上建立十二座空间站,它们全部由商业机构运营。”

踩在政府试图改革的档口,马斯克成功将自己的愿景变成带给航天工业和火箭制造的变革。

但在6年前,没有人想到马斯克能够打败波音,从纸面实力上看波音绝对碾压SpaceX:一家是在航空航天领域深耕多年的巨头,NASA的老牌承包商;一家是被认为有些痴心妄想的初创公司,看起来像是亿万富翁的玩票行为。

这一点,2014年在NASA与两家公司签署合约时,很明显体现了出来,波音公司获得最大的份额,占据了60%,获得了42亿美元,而SpaceX仅获得了26亿美元。马斯克甚至在推特上直呼,这不公平,波音和SpaceX做着同样的事情,却拿了更多的钱。

尽管在财力、物力方面,波音都看似碾压了SpaceX,但是对于技术和钱的使用方面,波音不如SpaceX。

长期担任承包商,波音可能已经习惯于大型政府计划(例如其太空发射系统火箭)上经常使用的成本加成合同,该合同允许增加支出和延长时间表。这种情况对SpaceX来说基本不存在,发射火箭庞大的支出迫使其随时面临死亡边缘的危险,必须用好帐面上的每一份钱。“如果我们以标准方式做到这一点,我们将会用光所有钱。”马斯克在接受《华盛顿邮报》的采访中说道。

困难和挑战是存在的,对于两家公司而言他们的进度远落后于原定的2017年,SpaceX在经历两枚猎鹰9号火箭爆炸、载人龙飞船紧急中止系统测试爆炸等失败后,发现了问题的根本原因并加以解决,终于得以成功发射载人航天飞船进入太空。

而同时,波音公司仍在继续挣扎。去年底,波音公司的载人飞船“星际客机”在不载人试飞中未进入预定轨道,取消原定前往国际空间站的计划,于当月22日提前返回地球,在美国新墨西哥州的白沙导弹靶场着陆。美航天局和波音公司也随后成立了联合调查团队进行调查。

后来,波音发现了另一种软件故障,需要将重新执行试飞任务,据称波音可能会在今年年底进行试飞,这意味着波音公司的首次试飞要到2021年才能进行。

这次的发射成功,让马斯克的SpaceX成功赢得了这场载人航天飞船竞赛,干儿子逆袭了亲儿子,拿着更少的钱,却做着更多的事,一步步打破人类极限。

如果这次SpaceX成功将把NASA宇航员从佛罗里达发射到国际空间站——民营公司将成功实现首次将宇航员带入宇宙,SpaceX也将由此成为全球第一家承运航天员往返国际空间站的私人太空公司,结束只有政府拥有航天器的时代,代表着太空商业化的里程碑。

倘若此次Demo-2的发射和回收一切顺利,SpaceX就完成了其“地球轨道-国际空间站-月球-火星”载人航天计划中的重要一步,马斯克的移民火星的计划有了现实依托。

按照SpaceX公布的计划来看,马斯克距离火星上种玫瑰的目标已经完成了二分之一,让很多人看到了商业航天的前景。

这个计划的终极目标是希望人类可以自由生活在各个行星,现在只不过是SpaceX载人航天计划中的一小步。在完成把人送至国际空间站之后,下一个目标是月球。

从阿波罗登月结束无人登月的历史以来,仅有24个人成功登上月球,而月球是地球上最接近、可居住的邻居之一,SpaceX认为这是一次获得宝贵经验的机会,可以为未来前往火星及太空更远处做铺垫。

马斯克从来没有动摇前往火星的计划,前往火星的星际飞船也已经在着手准备中。据悉,星际飞船将成为有史以来最强大的运载火箭,能够运载超过100公吨燃料运行在地球轨道。

“清晨醒来,想到未来会更好,就是航天文明的全部意义所在。这是关于相信未来,并认为未来会比过去更好。我难以想到还有比走出地球在星际遨游更令人兴奋的事情了。”马斯克在火星计划开头写道。

2) How SpaceX's Crew Dragon Demo-2 mission will work in 13 steps,Hanneke Weitering,space.com

4) No one thought SpaceX would beat Boeing. Elon Musk proved them wrong,Christian Davenport,The Washington Post

5) How Elon Musk beat Boeing in the commercial space race to launch NASA astronauts,Rachael Joy,Florida Today

6) First commercial space taxi a pit stop on Musk’s Mars quest,Seth Borenstein,AP美联社

7)《NASA的最后一搏,SpaceX首次载人发射》,作者/ NASAITACHI,BY NASA美国航空航天局(ID:Reading_Month)

8)《SpaceX的第一次,NASA的最后一搏》,努力码稿的小浪,BY/腾讯科技(ID:techsina)

10)《SpaceX首次载人发射倒计时!马斯克将开启商业航天的历史性时刻》,作者/李贤焕,BY DeepTech深科技(ID: deeptechchina)

13)《刚刚,马斯克创造人类航天新壮举!空中炸毁火箭,然后成功实现载人舱逃逸》,作者/乾明 十三 赖可,BY量子位(ID:QbitAI)