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里程碑:SpaceX 龙飞船正式载人首飞,马斯克填补美国载人飞行近十年空白

时间:2020-11-18来源: 作者:admin点击:
终于,美国太空探索技术公司(SpaceX)的首次正式载人飞行任务拉开大幕!美东时间2020年11月15日19时27分(北京时间16日8时27分),佛罗里达州NASA肯尼迪航天中心39A发射台,搭载着载人龙飞船(CrewDragon)的猎鹰9号火箭发射升空。此次在龙飞船上,共有三名NASA宇航员和一位

终于,美国太空探索技术公司(SpaceX)的首次正式载人飞行任务拉开大幕!

美东时间 2020 年 11 月 15 日 19 时 27 分(北京时间 16 日 8 时 27 分),佛罗里达州 NASA 肯尼迪航天中心 39A 发射台,搭载着载人龙飞船(Crew Dragon)的猎鹰 9 号火箭发射升空。

此次在龙飞船上,共有三名 NASA 宇航员和一位来自日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的宇航员。

这将是有史以来首次有四名宇航员通过商业飞船实现国际空间站乘员轮换任务,对于 NASA 来说这也是有国际伙伴参与的首次商业载人飞行。

来看看那些激动人心的瞬间。

点火发射:

今年 9 月底的一次记者招待会上,Crew-1 指挥官 Michael Hopkins 宣布,此次任务中龙飞船命名为 Resilience(坚韧号)。

当地时间 11 月 11 日,包括运载火箭猎鹰 9 号及相关地面系统在内的龙飞船系统被 NASA 正式批准为首个载人往返国际空间站的商业飞船。

次日,SpaceX 官方在 Twitter 表示,火箭已完成静态点火测试,一切准备就绪。

按计划,Resilience 飞船进入一定高度时火箭分离,并降落在大西洋上的无人回收船上。但据 NASA 局长 Jim Bridenstine 的推文,由于风力条件不稳定,发射时间(原定于美东时间 11 月 14 日 19 时 59 分)延至今日。

若一切顺利,Resilience 飞船将于美东时间 11 月 16 日 23 点左右停靠在国际空间站。这之后宇航员们将进行为期约 180 天的科学实验任务,并在 2021 年春天以「海面溅落」的形式返回地球。

如果要给猎鹰 9 号火箭贴上几个标签,那应该是强大、低成本。

说它强大的原因在于,不论是一批又一批星链卫星、国际空间站的大量补给,还是机密军事载荷,都依靠着这艘 SpaceX 最常用的运载火箭上天。

参数上,猎鹰 9 号高 70 米,以液氧和煤油作为推进剂,第一级火箭拥有 9 个 SpaceX 梅林发动机,总推力相当于 760 吨。

迄今,猎鹰 9 号已发展出 5 个版本,现役的 Block 5 型能向低地球轨道发射重达 22800 千克的载荷,向地球同步转移轨道发射 8300 千克的载荷。

而说它低成本的原因在于 SpaceX 独出心裁的火箭回收思路:通过采用航天超强度铝锂合金材料、增加挡热板等措施多次回收火箭。

也正因如此,猎鹰 9 号是史上第一枚可多次重复使用一级助推器的液体燃料运载火箭,打破了火箭只能一次性使用的思维定势,也改变了国际商业航天的市场格局。

可以说,猎鹰 9 号在整个人类航天史上都有着一定的地位。

另一方面,此前已完成 22 次空间站往返的龙飞船同样集中体现了 SpaceX 多年积累的技术实力。

不同于其他航天器,直径 4 米、高 8.1 米、最多可搭载 7 位宇航员的龙飞船极具科技感,飞行信息会显示在一块屏幕上,宇航员控制相关引擎也只需通过触摸屏完成。

这一过程用外媒的话说就是,用大型 iPad 驾驶飞船。

与此同时,龙飞船支持与空间站自动对接:在太空中慢慢接近空间站,借助一系列传感器和摄像头,对准一个开放的对接端口并连接。

此外,龙飞船拥有先进的紧急逃生系统——飞船侧面安装有由 8 个发动机组成的推进器,能产生约 1.5 万磅推力将飞船升高 1500 米;SpaceX 将传统的火箭逃逸塔设计集成于船身,使其具有全程逃逸的功能。

2020 年 1 月,NASA 和 SpaceX 完成了一次龙飞船和猎鹰 9 号的发射逃生演示,龙飞船于起飞前 1 分 30 秒前触发了发射逃生。

而在地面阶段,与上次载人飞行测试一致的是,宇航员仍身着极具科技感的宇航服,并由两辆特斯拉 Model X 接送,种种细节尽显 Elon Musk 强烈的个人风格。

以几个月前万众瞩目的那次载人飞行测试为鉴 ,SpaceX 进行了多处优化,比如:

隔热罩:龙飞船隔热罩中的一些瓷砖腐蚀程度超出预期,虽然不会对宇航员造成危害,但 SpaceX 还是重新设计了部分隔热罩。

降落伞:海上溅落时用于减速的降落伞实际高度略低于预期,因此 SpaceX 改变了龙飞船测量空气压力的方式,这样能更准确地估算降落伞释放的时间。

降落区:推进剂和燃料可能有毒,为避免游客、渔夫过于靠近降落地点发生意外情况,SpaceX 将与美国海岸警卫队围起一个 10 英里的禁区。

发动机:之前猎鹰 9 号在发射一颗军用 GPS 卫星时,一块油漆堵塞了一条安全阀管路,导致两个发动机提前点火,为避免类似问题再发生,SpaceX 更换了发动机。

宇航员:开启空间站定期轮换模式

此次乘坐 Resilience 飞船进入国际空间站的,有四位宇航员:

Crew-1 任务指挥官、NASA 宇航员 Michael Hopkins

Crew-1 任务飞行员、NASA 宇航员 Victor Glover

任务专家、NASA 宇航员 Shannon Walker

任务专家、日本 JAXA 宇航员 Soichi Noguchi

2018 年 8 月 3 日,Michael Hopkins 和 Victor Glover 被宣布为此次任务成员;今年 3 月 31 日,另两位宇航员也加入了任务。

Michael Hopkins 是美国太空部队的一名上校,此前曾在美国空军服役超过 28 年。在同级宇航员中,他是太空旅行第一人。他曾在 2013 年 9 月 - 2014 年 3 月以飞行工程师的身份参与国际空间站第 37、38 次远征任务,此次是他的第二次太空飞行。

下图为 Michael Hopkins(左)在国际空间站上和同事过感恩节。

此次的任务专家之一 Shannon Walker 是一位 55 岁女性,她作为一名物理学家于 2004 年入选 NASA 宇航员。2010 年 6 月 25 日,她乘坐联盟号 TMA-19 向国际空间站出发,随后在太空中度过了 163 天。

下图为联盟号 TMA-19 发射前。

四人中,作为美国宇航局 2013 级宇航员、美国海军指挥官的 Victor Glover 最为年轻(44 岁),此次是其首次进入太空,他对此感到异常兴奋。

另一位任务专家 Soichi Noguchi 资历最为深厚,1996 年即被日本国家航天发展局选定为宇航员候选人,是第五位登上太空的日本宇航员。

2005 年,他以任务专家的身份参与了哥伦比亚号航天飞机遇难后 NASA 的首次 “返航”任务。如今,他的名衔又多了一个——首位乘坐过航天飞机、联盟号和龙飞船的非美籍宇航员。

值得一提的是,此次任务标志着常驻国际空间站宇航员开始定期轮换了。

具体来讲,四人将加入已经在国际空间站上的三位执行联盟号 MS-17 任务的宇航员(俄罗斯宇航员 Sergey Ryzhikov 和 Sergey Kud-Sverchkov、NASA 宇航员 Kate Rubins),一同完成国际空间站第 64 次远征任务(Expedition 64)。

这将是第一次同时有 7 位宇航员在国际空间站上生活工作,过去 10 年里空间站人数通常为 6,目前而言空间站上缺少一个供人睡觉的「乘员舱」,因此 Michael Hopkins 起初可能会先在龙飞船上 “将就”一段时间。

按正常的轮换计划,在联盟号 MS-17 明年 4 月离开后,空间站上其余成员将进入第 65 次远征计划。

等到 2021 年春季四位 Crew-1 宇航员返回地球时,Crew-2 任务的宇航员将登上另一艘龙飞船到来。期间,货运飞船将保持定期运送食物和补给。

当前 SpaceX 的计划是,建立一种每六个月左右为 NASA 派出一批(四名)宇航员往返空间站的飞行模式。正如 SpaceX 载人任务负责人 Benji Reed 所说:

公司预计在未来 14 个月内发射 7 艘龙飞船,包括 3 艘载人飞船和 4 艘货运飞船,这也就意味着,任何时候太空中都会有两艘龙飞船。

看来,未来一段时间 SpaceX 真要成为 NASA 稳定的「太空巴士」供应商了!

NASA:用一场竞争成就 SpaceX

其实,在 SpaceX 的壮举背后,是一场近十年的太空竞争。

2010 年,国际空间站完成建造任务转入全面使用阶段,主要由 NASA、俄罗斯国家航天集团、欧洲航天局、日本 JAXA 和加拿大空间局共同运营。

为方便宇航员往返于地面和国际空间站,所用到的交通工具便是可重复使用航天运载器「美国航天飞机」。

1981 年 4 月 12 日,第一架航天飞机哥伦比亚号执行 STS-1 任务,航天飞机时代大幕拉开。后来航天飞机失事的情况时有发生,总共 14 名宇航员罹难。

2011 年 7 月 8 日,亚特兰蒂斯号从肯尼迪航天中心成功发射升空,这是美国航天飞机的第 135 次升空,也是长达 30 年的美国航天飞机时代的谢幕演出。

此后,美国要想向国际空间站运送宇航员和货物,都要花大价钱购买俄罗斯联盟号飞船 Soyuz MS-17 船票(当前票价已达到 9000 多万美元一张),联盟号也一度成为宇航员往返国际空间站的唯一运输工具。

在此背景下,NASA 提出了一个名为「Commercial Crew Program」(商业载人航天飞行项目)的计划——国家给予技术与经费支持,鼓励企业分担重任,开发往返空间站和地面的航天运载器。

始于 2011 年的 Commercial Crew Program 任务,迎来了波音公司、蓝色起源、内华达山脉和 SpaceX 四位竞争者。

从参与竞标到确定航天运载器具体方案,从商业载人航天飞行综合考评到设计、测试和运行航天器和运载火箭,四家公司经历了三轮竞争,最终赛道上只剩 SpaceX 和波音两名选手。

对手是百年企业波音,SpaceX 凭什么胜出?

SpaceX 的答案是,提高效率、节省成本。

凭着初生牛犊不怕虎的冲劲,SpaceX 超越了波音。

北京时间 2020 年 5 月 31 日凌晨 3 点 23 分,美国肯尼迪航天中心 39A 发射场,SpaceX DM-2 龙飞船(官方名称 Endeavour,奋进号)搭乘猎鹰 9 号发射升空。约 19 个小时后,飞船与国际空间站成功对接。

8 月 3 日,Endeavour 飞船成功溅落在墨西哥湾,这不仅是自 1975 年以来宇航员的首次水上着陆,也标志着受世界瞩目的 SpaceX 首次载人飞行测试(Crew Demo-2)圆满成功。

至此,SpaceX 率先开启了全球商业载人航天新时代。

前不久,SpaceX 官方曾在 Twitter 上分享了一则 100 次成功发射视频集锦。

难以想象,100 次成功背后,有过多少次失败。

SpaceX 的逆袭堪称传奇,数次「触底」,也数次「反弹」。甚至于,历史性时刻即将到来,疑似新冠阳性的创始人 Elon Musk 还在等待最终检测结果。

【四位宇航员与 Elon Musk、NASA 局长 Jim Bridenstine 的自拍】

此前的记者招待会上,SpaceX 载人航天项目高级主管 Benji Reed 曾表示:

我们很荣幸能成为 NASA 商业载人航天任务的合作伙伴,我们将认真对待 NASA 委托我们运送宇航员往返空间站的责任。

此次载人航天任务无疑意义重大,于 NASA,它有效填补了美国载人飞行的空白;于 SpaceX,它代表着用近十年努力换来的一张成绩单。

愿一切顺利。

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