SpaceX今日揭开商业载人航天帷幕,马斯克的终极目标是载人登陆火星 | 第一现场-资讯-知识分子

SpaceX今日揭开商业载人航天帷幕,马斯克的终极目标是载人登陆火星 | 第一现场

2020/11/16
导读
龙飞船首次商业载人飞行的意义是什么?

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   撰文 | 乔辉(腾讯太空)


北京时间11月16日8点27分左右,SpaceX首次正式载人商业飞行(Crew-1)在肯尼迪航天中心发射升空,搭载四名宇航员飞赴国际空间站。


图注:火箭升空画面

本次太空任务预计持续180天,这意味着飞船将在2021年6月才返回地球,然后经过检修后,将继续用于未来的载人任务。


图注:SpaceX猎鹰9火箭和载人龙飞船矗立在发射台上。图片来自NASA


此次飞行任务原计划于北京时间11月15日实施发射,但由于天气原因,推迟到今日(16日)发射。


由于疫情影响仍在持续,肯尼迪航天中心只允许少数人现场观看。


图注:11月9日,正在运往发射台的猎鹰9火箭和载人龙飞船。图片来自NASA


说到这次首次商业载人航天飞行,要提一下早在今年5月31日SpaceX进行的首次载人飞行,那是一次试验性质的测试。严格讲,本次才是私人企业商业载人航天飞行的起点。

图注:首次商业载人飞行徽章。图片来自NASA


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四名宇航员来自何方?

 


图注:从左到右分别是香农·沃克、维克托 格洛弗、迈克尔 霍普金斯和野口聪一。图片来自NASA


本次搭载了四名宇航员,比5月份的载人发射多了两人,他们分别是维克托·格洛弗(Victor Glover)、迈克尔 霍普金斯(Michael  Hopkins)、香农·沃克(Shannon Walker)和野口聪一(Soichi Noguchi)


维克托·格洛弗:生于1976年4月30日,是SpaceX载人龙飞船的指令长。1999年,格洛弗毕业于加州理工州立大学,并获普通工程学学士学位。格洛弗有飞行试验工程学、系统工程学和军事作战艺术与科学三个理学硕士学位。2018年8月,格洛弗成为商业载人计划的宇航员之一。


迈克尔 霍普金斯:生于1968年12月28日,现任NASA宇航员。1991年,霍普金斯进入伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校并获航空航天工程理学学士学位。1992年,他又在斯坦福大学获航空航天工程理学硕士学位。霍普金斯拥有太空行走经验。2018年8月,霍普金斯和格洛弗被指派乘坐SpaceX载人龙飞船前往国际空间站执行首次载人商业发射任务。


香农·沃克:生于1965年6月4日,是一名美国物理学家,2004年入选为NASA宇航员。2010年6月,沃克搭乘联盟号飞船首次进入太空。1987年,沃克在德克萨斯州莱斯大学毕业,并获物理学学士学位。1987年,沃克在约翰逊航天中心开启职业生涯,任航天飞机机器人飞行控制员。1990年到1993年,沃克向约翰逊航天中心请假去读研究生,其研究领域是太阳风与金星大气的相互作用。


野口聪一:生于1965年4月15日,是日本航空工程师和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)宇航员,还是第五位进入太空的日本宇航员。野口聪一高中毕业后考入东京大学,分别于1989年和1991年获航空工程学士学位和硕士学位。毕业后,从事过商业发动机空气动力学设计工作。1996年6月,野口聪一被JAXA选为宇航员候选人后前往NASA约翰逊航天中心进行宇航员培训。野口聪一拥有丰富的太空行走经验。


SpaceX Crew-1成功发射后,野口聪一将是首位同时乘坐过航天飞机、联盟号和龙飞船的非美籍宇航员。


2

SpaceX载人龙飞船有哪些特点

 


2020年9月29日,指令长迈克尔·霍普金斯曾经在美国宇航局新闻发布会上透露,本次的载人龙飞船已被命名为“坚韧”号。


此前,在首次载人发射的时候,我们已对载人龙飞船的特点进行了详细介绍,在这里再简单复述一下。

载人龙飞船属于SpaceX研制的第二代龙飞船(Dragon 2),具备可重复使用的能力。第二代龙飞船可分为载人龙飞船和货运龙飞船两种,其前身是第一代货运龙飞船(Dragon 1)。新飞船可以自动与空间站完成对接,而不像第一代飞船那样,需要借助空间站上的机械臂的帮助。当然,载人龙飞船也保留了人工对接的选项。


本次使用的载人龙飞船,直径4米,高8.1米,最多可搭载7位宇航员,这与航天飞机搭载的宇航员数量相同,也与我国5月5日测试的“新一代载人飞船”设计上能够搭载的宇航员数量相同。



载人龙飞船的最顶端是一个能够打开的头锥盖子,在发射和返回的过程中,保护飞船和对接机构。当飞船与空间站对接的时候,头锥盖子会打开,露出对接机构,当飞船脱离空间站的时候,盖子关闭,准备返回地面。


飞船主体由两大部分组成:一个是加压的返回舱,另一个是在返回舱下面的服务舱(这里要说明的是,SpaceX使用Trunk一词,而不是Service module,但从作用上看类似于服务舱,目前尚无统一的翻译)。服务舱是非加压的,可以搭载对气压不敏感的货物。


另外,服务舱外侧粘贴有太阳能电池,就像穿了个太阳能板的裙子一样,这摆脱了传统的太阳能展开翼的造型。服务舱外侧还有翼状结构,能够为飞船在逃逸过程中提供气动稳定性。


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载人龙飞船的绝招:全程逃逸能力

 


载人龙飞船集成有8个推力强大的“超级天龙座”火箭,火箭两为分组,安装在飞船的侧壁,作为逃生使用,每个发动机的推力可达71千牛,换算成大家有直观感觉的表示方式就是相当于7.1吨的推力。此外,还装有16个推力相对较小的“天龙座”发动机喷口,用于姿态控制和轨道机动。


图注:载人龙飞船“飞行中止测试”试验(艺术图)。


熟悉载人航天的读者,可能会留意到,无论是阿波罗登月火箭,还是我国的长征2F载人运载火箭,在火箭顶部都有个逃逸塔。


图注:阿波罗飞船的逃逸塔。


逃逸塔的作用就是在火箭发射起始阶段,如果发生意外,可以启动逃逸塔火箭,把飞船带离到安全的高度,然后着陆。如果发射一切顺利,等火箭飞到一定的高度,逃逸塔会分离,然后丢弃。而载人版龙飞船相当于把逃逸塔集成在船身上,这样做有什么好处呢?


图注:2020年1月19日,SpaceX成功进行了“飞行中止测试”试验。


这种方式能够使飞船具备“全程逃逸”的能力!也就是说,在飞船飞行的任何阶段出问题,都具备逃生能力,而逃逸塔只能保证火箭发射初始阶段的逃生。这也是未来载人飞船逃逸的新方式。


4

成功率100%的猎鹰9火箭

 


SpaceX以可回收火箭名扬天下,但这次使用的是全新的猎鹰9(Block 5)火箭。


猎鹰9(Block 5)是两级运载火箭,高度70米,以液氧和煤油为推进剂,芯一级火箭装配有9台梅林发动机,总推力7600千牛,相当于760吨。


在回收一级的情况下,近地轨道的运载能力为15.6吨,不回收一级的情况下,近地轨道运载能力为22.8吨,算是一款中型运载火箭。


通过上面的分析,我们可以看出,SpaceX和NASA之所以敢于载人发射,是因为拥有100%发射成功记录的猎鹰9(Block5)火箭,拥有具有全程逃逸能力的载人龙飞船以及四位优秀的宇航员等。


5

太空中的最大建筑物:国际空间站

 


载人航天飞行的目的地是国际空间站,国际空间站是目前人类在太空中建造的最大建筑物。



国际空间站总质量达420吨,长109米,宽73米,是目前太空中的最大建筑物。运行在距离地面大约400公里的近地轨道上,速度为每秒7.6公里。


国际空间站是一个拥有现代化科研设备、可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的空间实验室,为在微重力环境下开展科学实验研究提供了大量实验载荷和资源,支持人在地球轨道长期驻留。


国际空间站项目由16个国家共同建造、运行和使用,是有史以来规模最大、耗时最长且涉及国家最多的空间国际合作项目。自1998年正式建站以来,经过十多年的建设,于2010年完成建造任务转入全面使用阶段。


目前,国际空间站主要由美国宇航局、俄罗斯国家航天集团、欧洲航天局、日本宇宙航空研究开发机构和加拿大空间局共同运营。


6

为什么美国急切恢复载人航天能力?

 


众所周知,美国在1969年就完成了人类首次登月,代表人类踏上了另一颗星球。阿波罗期间,总共完成7次载人登月发射,其中6次成功把12名宇航员送到月球。唯一的阿波罗13号虽然没有成功,但3名宇航员也毫发无损地返回了地球。


图注:站在月面上的宇航员奥尔德林,头盔中反射的影像是阿姆斯特朗。

1981年,美国又成功发射了第一架航天飞机“哥伦比亚”号,一次就能把7名宇航员送上近地轨道。美国总共建造了5架航天飞机,强大的运输能力为建设国际空间站立下了汗马功劳!


但遗憾的是,“挑战者”号航天飞机和“哥伦比亚”号航天飞机分别在发射和返回时发生了事故,导致总共14名宇航员罹难。5架航天飞机失去了2架,非常惨痛。其中的故事想必大家都已经了解,特别是1986年“挑战者”号航天飞机爆炸的事件早已经编入了教科书,这里就不多赘述了。


图注:阿特兰蒂斯号航天飞机的返回标志着航天飞机时代的谢幕。


2011年7月21日,随着阿特兰蒂斯号航天飞机在肯尼迪航天中心的降落,整个航天飞机全部停飞,从此,强大的美国失去了载人航天的能力。


今后飞国际空间站咋办呢?这时,昔日的宿敌俄罗斯伸出了橄榄枝,俄罗斯有成熟可靠的载人“联盟”飞船。当然,这可不是免费的午餐。

据说,刚开始的费用是每位宇航员2000多万美元,最近NASA购买的2020年秋天发射的一个座位,价格已经暴涨到了9000多万美元。据统计,自从航天飞机停飞以来,NASA已向俄罗斯累计支付超过35亿美元。


因此,NASA非常希望包括SpaceX在内的国内私营企业能够挑起大梁,让美国再次获得在本土发射载人飞船的能力。


7

龙飞船首次商业载人飞行的意义是什么?

 


本次是NASA与SpaceX签订的“商业载人项目”(Commercial Crew Program)的组成部分。意义至少可以从三个层面来理解:


第一个层面,对于SpaceX公司来讲,重要性毋庸置疑,本次首次商业飞行意味着拿到了商业载人航天的入场券,未来前景无可限量;


第二个层面,对于美国和NASA来讲,意味着自从2011年航天飞机退役以来,再次恢复载人航天能力;


第三个层面,对于整个世界商业航天来讲,意味着揭开了商业载人航天的帷幕,商业航天走进新时代。


SpaceX公司和特斯拉公司创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)。


探索和开发外太空是人类的共同愿望。今年,阿联酋的“希望”号火星探测器,我国的“天问一号”火星探测器和美国的“毅力号”火星车相继发射,目前正在飞往火星的漫漫旅途中。


对于SpaceX创始人马斯克来讲,载人登陆火星也是他的终极梦想,本次首次正式载人发射的成功也将促使他的梦想早日实现。


注:文章转载时略有改动。


排版 | 常春藤

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