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世界商业航天划时代创举,“载人龙”首次将2名

时间:2020-06-05 09:37

北京时间今天凌晨3 时22分,美国SpaceX公司在肯尼迪航天中心使用猎鹰9火箭,将搭载有两名航天员罗伯特·本肯和道格·赫利的载人龙飞船发射升空,前往距地面400公里高的国际空间站,执行代号为Demo-2 的首次载人飞行任务。预计北京时间今晚22点30分左右对接国际空间站。

至此,美国时隔9年后再次从本土将航天员发射升空,也是SpaceX公司成立18年以来首次载人任务,使其成为人类历史上第一家使用私人研制的火箭和飞船将航天员送入太空的企业。那么,载人龙飞船到底具有何种能力扛起这面“大旗”?飞船的未来走向又是什么?

2011年7月21日,美国亚特兰蒂斯号航天飞机结束了它的最后一次任务,宣告长达30年的航天飞机时代落下帷幕。

2011年7月8日上午,美国亚特兰蒂斯号航天飞机从肯尼迪航天中心成功发射升空,执行最后一次任务。

由于当时并没有新的载人航天器拿过“接力棒”,曾将人类送上月球的美国暂时失去了载人航天能力。在此次任务中,一面特殊的美国国旗被带上国际空间站,上面写着“这面国旗只有从美国本土起飞的航天员才能取下带回地球”。也就是说,只能等到美国下一种载人航天器的投运时,这面国旗才能重归地球,这一等就是整整9年。

9年后的这次发射终于让美国恢复了载人航天能力,而SpaceX公司也成为第一个具备独立载人航天能力的民营企业。按计划,飞船将在国际空间站停留30天以上,具体返回时间取决于太阳能电池板衰减情况。

载人龙飞船升空2分钟前,国际空间站上的航天员拍摄到的肯尼迪航天中心发射台,猎鹰9火箭矗立在发射台。

载人龙飞船飞行13个步骤的示意图,包括发射、着陆与龙飞船部署,以及与国际空间站的对接和最后的返回。

载人龙飞船的为直径4米,高8.1米,发射重量在9-15吨之间,采用两舱设计,分为加压舱(9.3立方米)和非加压舱(37立方米),上行载荷能力6吨,下行载荷能力3吨。该飞船可独立飞行工作7天,对接状态下能工作210天。

竖立在肯尼迪航天中心39A发射台上的载人龙飞船。这也是2011年7月8日,亚特兰蒂斯号航天飞机最后一次飞行使用的发射台。

为尽可能重复使用飞船设备,飞船大部分设备集中于返回舱,非加压舱主体由碳纤维制成,仅设置有体装式太阳能电池板等设备。

由于美国宇航局对飞船落水时冲击的限制,目前飞船设有4个座位,未来最多能承载7名航天员。

同时,飞船采用美国宇航局的通用对接接口,具备自动对接和手动对接能力。为保证安全,飞船采用自备动力逃逸系统,配有8台超级天龙座逃逸发动机,采用四氧化二氮/甲基肼双组元推进剂,具备从发射前到入轨的“全程逃逸”能力。

另外,载人龙飞船的一大亮点是取消了可展开太阳电池翼的设计,而是采用非加压舱半包围体装式太阳能电池板,这是一大创新。这样可以避免出现电池翼展不开的故障,而且比展开式太阳能电池翼使用率高,效能更好,无论哪个角度,只要有太阳光照,飞船就会吸收光辐射。

北京时间5月28日4时33分,载人龙飞船在距预定起飞时间还有17分钟时因为天气不佳被取消发射,让双双飞到肯尼迪航天中心现场观看此次发射任务的美国总统特朗普和副总统彭斯未能如愿。3天后,特朗普和彭斯再次来到这里,终于见证了这一历史性时刻。

为了保障载人龙飞船能顺利发射升空,美国宇航局和SpaceX公司在此之前做了大量的保障和服务工作。

负责卡纳维拉尔角空军基地的美国太空军第45气象中队,在此次发射任务中起到了重要作用。

上面3张照片分别是SpaceX公司加州霍桑总部,休斯顿约翰逊航天中心,肯尼迪航天中心的任务控制室,一同监控了此次载人龙飞船的发射任务。

事实上,早在航天飞机退役前,美国宇航局就开始物色新载人飞船的承包商,当时波音公司、蓝色起源公司、内华达山脉公司和SpaceX公司进入观察资助名单。因此,美国宇航局借鉴之前“商业货运服务计划”的成功经验提出了“商业载人航天”项目,资助企业研制载人飞船替代当时行将退役的航天飞机,从而摆脱对俄罗斯联盟号载人飞船的依赖。

与“阿波罗时代”不同,该项目中的飞船所有权归属于企业本身,中标企业可以在满足美国宇航局任务需求的条件下,执行其他商业航天任务(如太空旅游),借此激励企业创新和自筹资金,而美国宇航局只是购买飞船的“载人服务”。

除此之外,美国宇航局尽量减少对飞船设计的介入,减少监造人员和深广度,改为定期进行公开的进度沟通。最终经过4年评估,美国宇航局于2014年正式宣布波音公司和SpaceX公司雀屏中选,波音公司研制的新飞船名为“星际线”,累计资助额50亿美元;SpaceX公司则为载人龙飞船,累计资助32亿美元。

自此之后,SpaceX公司于2015年5月成功进行发射台逃逸试验;2015年11月,SpaceX公司进行了载入龙飞船的悬停飞行试验,以演示超级天龙座发动机的变推力能力和飞船的悬停特性。

2019年3月2日,SpaceX公司从肯尼迪航天中心LC-39A发射台首次将载人龙飞船送入太空,执行首次无人演示任务。在发射的27小时后,载人龙飞船成功自主对接国际空间站并顺利返回地球。

2020年1月19日,载人龙飞船顺完成“发射中逃逸试验”,作为该船正式载人前的最后一项全船重大测试,成功证明了飞船发布时宣称的“全程逃逸”能力。

其实,载人龙飞船的研制之路并非一帆风顺。2019年4月,执行完首次无人试飞的飞船在一次逃逸发动机的静态点火试验中,因管路残留推进剂在高压气体作用下发生了水锤效应,常温推进剂与钛制阀芯发生罕见反应,导致剧烈爆炸,飞船全毁。

除此之外,载人龙的降落伞也曾遇到过问题,最终应美国宇航局的要求换用改进的MK3型降落伞,并进行了多次空投试验验证后,方告通过。

SpaceX公司采用全新制造的飞船和火箭为美国宇航局运送航天员,在飞船和火箭完成回收后进行翻修和改装,然后用“复用火箭+复用飞船”的组合为美国宇航局执行无人货运任务。该飞船做到了“装上座椅运人,拆掉座椅运货”,两种任务所用飞船基本互换。所以载人龙飞船的货运版也是第二阶段“商业货运服务计划”的重要飞船,本次载人任务结束后,回收的载人龙飞船就将替代今年3月退役的一代龙飞船,成为未来国际空间站货运服务的“中流砥柱”。

另外,凭借低成本的可重复使用火箭和载人飞船,SpaceX公司将具有独立、廉价且基本完整的载人航天能力,所以其野心还将延伸至新的领域——太空旅游。

SpaceX公司目前已通过代理承接了两单太空旅游项目,其中第一单将有4名付费乘客,不对接国际空间站,由飞船独立完成,耗时约5天。更重要的是,这次旅行将不设专业航天员,由飞船自主发射、自主在轨、自主返回。

而载人龙飞船从设计伊始就有所考虑,无论是大幅简化的人机界面,高度自动化的飞控系统,还是可定制的舱内航天服和简化的维生管路,都瞄准着商业太空游。而在商业发射需求下滑,SpaceX公司面临“有箭无单”的今天,太空旅游或将成为公司新的盈利机会。

未来若“复用火箭+复用飞船”的组合能经过评估并投入载人发射,必将对降低人类进入太空的成本作出一定的贡献。