SpaceX載人龍飛船發射,未來會更好就是航天文明的意義
2020年05月31日06:28

  文章來源:經緯創投

  馬斯克離在火星上種玫瑰的夢想又進了一步。

  北京時間5月31日淩晨3時22分,美國佛羅里達州甘迺迪航天中心再度迎來航空史上的奇蹟,連特朗普也為此兩度跑到發射現場圍觀——這是自2011年美國退役所有航天飛機以來,在美國本土進行的首次載人航天任務。美國宇航局宇航員鮑勃·貝肯(Bob Behnken)、道格·赫利(Doug Hurley)將和龍飛船一起進行的這次試飛。如果一切順利,獵鷹9號火箭將搭載龍舟從發射平台LC39A升空。

  LC39A是一個極具歷史意義的發射平台——50年前,正是在同一發射台,阿波羅11號首次將人類送上月球。2011年7月9日,亞特蘭蒂斯號航天飛機從這裏起飛後,也完成了該平台的最後一次發射任務。此後,39A暫停運營,一直到2013年,NASA尋求民間合作,與SpaceX簽署了為期20年的租賃合同。這一次,SpaceX又從這裏出發,將宇航員再度送入太空。

  SpaceX 的獵鷹9號將載人龍飛船送至太空、二者進行分離後,便會返回地球,而載人龍飛船則會繼續前往國際空間站完成任務。

  這次發射,對於NASA和 SpaceX而言,都頗具意義——這是自 2011 年 7 月 8 日最後一次航天飛機發射以來,美國首次使用火箭將宇航員送入太空軌道,也是 SpaceX 成立18年來首次載人任務,太空商業化再度向前邁進一步,人類也由此進入太空飛行的新時代。以下:

  1 SpaceX首次載人航天發射過程

  這場準備多年的發射終於成功了。

  在這次發射之前,SpaceX已經使用獵鷹9號和獵鷹重型運載火箭連續進行過83次成功發射,以確保安全。

  這一次,搭載著NASA兩名宇航員的飛船離開地球,向著神秘的宇宙進發。

  馬斯克說,“任何一個有冒險精神的人,都會對此感到很興奮。”

  5月21日,兩名宇航員鮑勃·貝肯和道格·赫利已經到達甘迺迪航天中心,提前一週來到了發射場地,參加發射前的綵排。

  5月23日,發射前的最後一次模擬綵排,兩位宇航員身著SpaceX的宇航服、乘坐TeslaModel X前往發射台39A。有意思的是,Model X的車牌上寫著“ ISS BND”,意為成功前往國際空間站。

  鮑勃·貝肯還很愉快地在推特上發了自己喜歡的幾張圖片,並表示這次模擬之後——下次就要來真的了。

  5月28日是原定發射載人龍飛船的日子,但是糟糕的天氣讓這次具有歷史性意義的事件被迫延期到了今天。據NASA官網介紹,當時周圍天氣情況不佳,擔心觸發閃電,出於對宇航員安全的考慮,所以取消了發射計劃。NASA布里登斯廷局長讚揚了做出取消發射決定的團隊,並說:“無論在任何情況下,都不應該讓任何人感到任何壓力。如果我們還沒準備好發射,我們就乾脆不發射。”

甘迺迪航天中心靜候發射的載人龍飛船
甘迺迪航天中心靜候發射的載人龍飛船

  5月30日晚(美國東部時間11點46分),在鮑勃·貝肯和道格·赫利穿好宇航服之後,布里登斯廷局長與二人進行了合影,還在推特上表示這是自己有史以來最好的自拍照。隨後,和家人做最後的告別之後,宇航員乘坐專屬“擺渡車”——Tesla前往發射平台。

靜待發射的龍飛船
靜待發射的龍飛船

  距離發射時間還有2小時57分的時候,兩位宇航員抵達發射平台,來到龍飛船門口。他們使用的是全新的乘員通道臂,這是SpaceX在NASA發射平台上新增加的宇航員通道。

  距離發射時間還有2小時左右,泄漏檢查完成,艙門完全關閉,宇航員在航天器內靜待發射。

  在發射前1小時零5分的時候,天氣還沒有達到要求,雲層和雨水讓這次發射變得有些難以預測。令人感到驚喜的是,在發射前45分鍾左右,天氣出現了明顯的好轉,預計發射時出現好天氣的機會為70%。可以很清晰地感受到所有人的語氣都變得輕鬆起來,帶著難以抑製的喜悅。

  之後,兩位宇航員被通知關閉遮陽板,打開發射逃生系統,機組的乘員通道臂也已收回,發射前的各項準備有序進行。在發射前,獵鷹9號的第一級和第二級都被加註推進劑——液態氧HE RP-1。

  淩晨3點22分,一切檢查完畢的獵鷹9號發射升空。23層高的火箭提供近200萬磅推力,足以讓它進入地球軌道。

  憋住呼吸緊張的人們也鬆了一口氣,但沒多久又把心提到了嗓子眼,因為獵鷹9號要與太空艙進行分離。

  大概2分30秒的時候,獵鷹9號的一級助推器與上級進行分離,並開始著陸準備返回地球。這時,SpaceX的海上火箭回收平台“ Of Course I Still Love You” 已經等候在佛羅里達州大西洋附近。

  大約升空10分鍾後,獵鷹9號安全抵達海上火箭回收平台“ Of Course I Still Love You”。

  第一級的分離結束僅幾秒鍾後,二級火箭點火繼續將飛船送入預定的軌道。隨後,載人龍飛船將進行脫離火箭。

  此前,SpaceX的貨運航天器是以太陽能電池陣列為部署,提供動力。但是,載人龍飛船卻是直接將太陽能電池板內置在航天器的主體中。

  載人龍飛船成功與火箭脫離後,航天器開始執行一系列分階段演習,以逐步接近國際空間站並自動與國際空間站 (ISS)對接。

  預計在升空後約19小時,載人龍飛船將與國際空間站進行對接。自4月以來一直在國際空間站工作的63號探險隊的三位機組人員將幫助Demo-2計劃中的兩位宇航員打開艙門並進入空間站。

  兩位宇航員將在國際空間站停留30到100餘天,NASA和SpaceX尚未確定飛行任務將持續多長時間。

  載人龍飛船離開國際空間站返回地球的過程,就像抵達時步驟的倒放。

  航天器首先需要緩慢從“禁區”退出,然後分階段燃燒燃料以不斷降低軌道,整個過程需要耗時大概兩天。

  在靠近地球的時候,載人龍飛船會拋棄“運輸工具”,然後進行除軌燃燒,令自身墜落到地球大氣中。

  飛船降落一切準備就緒後,載人龍飛船將以約27000 km/h的速度進入地球大氣層。這時,大氣中顆粒的摩擦會產生阻力,從而極大地減慢阻力,同時將飛船外部加熱到幾乎和太陽一樣高的溫度。

  隔熱罩可保護宇航員免受這些極端溫度的侵害,但航天器返回後看上卻不會像發射前那樣,毫髮無傷。2019年3月,SpaceX的Demo-1計劃中的載人龍飛船試飛返回後,看起來像一塊烤棉花糖。

  一旦載人龍飛船進入返回飛行航程,將打開部署的Mark 3降落傘系統,降低飛行器的速度,從而保證飛船能夠在佛羅里達海岸的大西洋上緩慢降落。這一降落傘系統已經進行過27次的測試,防止兩名宇航員在距離地球一步之遙的時候出現差錯。

Mark 3降落傘系統最後一次測試
Mark 3降落傘系統最後一次測試

  地面工作人員則早早等待在預定的降落位置,載人龍飛船和宇航員將被SpaceX的Go Navigator回收船迅速回收、救援,並返回卡納維拉爾角。

  這將是阿波羅號後,宇航員第一次在海洋降落。“我們很興奮參加這次飛行,並在最後降落在水面上。我們最初的商飛團隊里,沒有人有過太空艙降落的經曆,所以我們很期待。”鮑勃·貝肯此前在接受採訪時說。

  如果一切都按計劃進行,SpaceX將很快開始能夠定期將乘坐載人龍飛船的宇航員運送到國際空間站。當然,前提是Demo-2計劃測試滿足SpaceX和NASA製定的標準。

  2 21世紀的航天器——載人龍飛船

  在這次發射過程中,獵鷹9號和載人龍飛船是至關重要的兩個部分。獵鷹9號相信大家都很瞭解了,今天我們重點介紹一下這次載人發射中的載人龍飛船。

  載人龍飛船是21世紀的航天器。

  航天飛機很重,載人龍飛船輕而光滑。幾十年前設計的傳統機艙,有很多開關、旋鈕和轉盤;而在龍飛船內部,安裝的是大型觸摸屏。從外觀上看,龍飛船似乎與膠囊並沒有什麼兩樣,內在設計充滿現代的賽博朋克感。

  設計者希望它不僅安全可靠,還希望能滿足人們對世界最先進飛船的期望,讓其看起來很棒很漂亮。

  龍飛船這一概念於 2005 年 SpaceX 公佈其五年載人商業航天計劃時誕生,也是第一艘私人公司研發的宇宙飛船。誕生以來,其貨運系列用於執行 NASA 的空間站物資補給訂單,已經執行過20次任務,而載人的用途也是在近年來才發展起來。

  2019年,SpaceX獵鷹9號火箭搭載“載人龍飛船”(Crew Dragon)Demo-1從佛羅里達州卡納維拉爾角的甘迺迪航天中心發射升空,成功完成載人龍飛船飛往ISS的第一次測試。

  載人龍飛船Demo-1太空艙此次並未載人,但攜帶了一個名為Ripley的假人,配有各種傳感器,以測量發射對人體內部和一些物品的影響。

  載人龍飛船太空艙使用自動系統成功與ISS對接,然後返回了地球。Demo-1計劃標誌著史上第一次飛船與國際空間站自主對接。

  但這一次,因為載人的緣故,風險提高了數倍。因此,SpaceX也準備了詳盡的逃生計劃——載人龍飛船增加了一個緊急中止系統,用於在發射過程中出現緊急情況時將飛船與火箭分離,在緊急情況下,龍飛船能讓機組成員脫離獵鷹。SpaceX在今年1月份的時候對該系統進行了測試。

  發射後,龍飛船將完全自主地護送宇航員到達國際空間站,並帶他們返回,不需要任何干預。但為了確保機組安全,以防萬一需要手動駕駛龍飛船飛行,SpaceX也為機組提供了所有可能的工具。

  獵鷹9號火箭和載人龍飛船都被設計為可複用的。SpaceX相信,可複用的太空飛行系統是降低太空發射成本的關鍵突破。

  3 和馬斯克一起創造歷史的兩個男人

  作為首批乘坐商業載人航天飛機的宇航員之一,鮑勃·貝肯和道格·赫利可謂是經驗豐富,也正是因為如此才被選中執行任務。

  鮑勃·貝肯在這次Demo-2任務中負責對接、脫離等活動,從2000年被選為NASA宇航員,他已經進行過3次太空行走,完成兩次航天飛機飛行任務。在此期間,他曾進行 6 次、總共超過37 個小時的太空行走。

  道格·赫利則主要負責發射、著陸等活動,同樣是2000年被選為宇航員,他也完成過兩次航天飛行,其中一次就是在2011年美國所有航天飛機退役前最後一次飛行的“亞特蘭蒂斯號”上 。

  不僅在航天領域有所作為,令人感到不可思議的是,兩位宇航員還都是名校畢業。鮑勃·貝肯擁有華盛頓大學的物理學和機械工程學士學位,並擁有加利福尼亞理工學院的機械工程碩士學位和博士學位。道格·赫利則擁有路易斯安那州杜蘭大學的土木工程科學學士學位,並畢業於馬里蘭州的美國海軍試驗飛行員學校。

  既是同事又朋友的鮑勃·貝肯和道格·赫利,退役之後再度攜手創造歷史。

  4 跑贏波音,SpaceX開啟載人航天新時代

  SpaceX這次發射兩名宇航員進入太空的Demo-2計劃,是SpaceX載人航天系統的最後一項主要測試,一旦成功,該測試將獲得NASA認證,可用於往返國際空間站的機組人員飛行任務。

  這是10年以來首次在美國本土進行的載人發射,意味著美國太空飛行新時代的來臨,這一刻NASA和馬斯克都等待了很久。對馬斯克來說,太空夢的實現邁出了重要一步,更多深層次的影響則是美國載人航天新時代的來臨與太空商業化的里程碑事件。

  奧巴馬2008年出任美國總統後,將太空探索的目光投向火星,對於服務於近地軌道的航天飛機來說已經沒有用武之地。2010年,由16個國家的科學家參與的國際空間站基本建成時,美國決定放棄“航天飛機”計劃。

  2011年7月,退役全部載人航天飛機後,NASA再也沒能從本土發射宇航員上天,僅剩下一條進入軌道的方式——搭乘俄羅斯的聯盟號飛船。過去 9 年,NASA 每年至少往國際空間站項目投入15億美元。其中,他們為宇航員購買聯盟號的船票就已經支付了超過 33 億美元。

  憑藉在載人航天領域的壟斷地位,聯盟號單張船票的價格一直在上漲,從 2011 年的 3000 萬美元,上漲到 2018 年的 8100 萬美元。

  對美國而言,國際空間站至關重要,能持續訪問國際空間站也很重要。為了奪回原有地位,2014年,NASA與SpaceX和波音簽署了“商業載人航天”計劃,旨在開發商業化航天器,以將宇航員運送到太空。

  SpaceX的載人龍飛船發射成功,意味著時隔多年載人航天重回美國,打破此前NASA對俄羅斯聯盟號火箭的依賴,這也是美國第5個人員載具。

  根據NASA監察長的說法,SpaceX的載人龍飛船預計每個座位的成本為5500萬美元,競爭會迫使俄羅斯航天局降低價格。此外,NASA還可以通過SpaceX的載人飛船與俄羅斯聯盟號飛船進行貨物和座位交換。NASA局長吉姆·布里登斯廷說:“我們會看到將來有一天,俄羅斯宇航員可以乘坐美國火箭升空。”

  與此同時,此次發射成功也意味著太空商業化發展的里程碑。

  長期以來,航天技術始終掌握在政府手中,生產和設計的嚴格控製導致該領域缺乏競爭,每次研發都需要花費高昂的代價,政府僅能夠僱傭承包商製造火箭,所有的核心技術必須擁有嚴格控製權,如何降低研發成本一直是各國想要解決的難題。

  2004年布殊政府呼籲取消航天飛機計劃,給鐵桶一般的航天領域撕開一道裂口。

  吉姆·布里登斯汀也曾表示,“我們設想在未來的某一天,我們將在低地球軌道上建立十二座空間站,它們全部由商業機構運營。”

  踩在政府試圖改革的檔口,馬斯克成功將自己的願景變成帶給航天工業和火箭製造的變革。

  但在6年前,沒有人想到馬斯克能夠打敗波音,從紙面實力上看波音絕對碾壓SpaceX:一家是在航空航天領域深耕多年的巨頭,NASA的老牌承包商;一家是被認為有些癡心妄想的初創公司,看起來像是億萬富翁的玩票行為。

  這一點,2014年在NASA與兩家公司簽署合約時,很明顯體現了出來,波音公司獲得最大的份額,佔據了60%,獲得了42億美元,而SpaceX僅獲得了26億美元。馬斯克甚至在推特上直呼,這不公平,波音和SpaceX做著同樣的事情,卻拿了更多的錢。

  於是有人戲稱說,波音像是NASA的親兒子,而SpaceX則更像乾兒子。

  儘管在財力、物力方面,波音都看似碾壓了SpaceX,但是對於技術和錢的使用方面,波音不如SpaceX。

  長期擔任承包商,波音可能已經習慣於大型政府計劃(例如其太空發射系統火箭)上經常使用的成本加成合同,該合同允許增加支出和延長時間表。這種情況對SpaceX來說基本不存在,發射火箭龐大的支出迫使其隨時面臨死亡邊緣的危險,必須用好帳面上的每一份錢。“如果我們以標準方式做到這一點,我們將會用光所有錢。”馬斯克在接受《華盛頓郵報》的採訪中說道。

  困難和挑戰是存在的,對於兩家公司而言他們的進度遠落後於原定的2017年,SpaceX在經曆兩枚獵鷹9號火箭爆炸、載人龍飛船緊急中止系統測試爆炸等失敗後,發現了問題的根本原因並加以解決,終於得以成功發射載人航天飛船進入太空。

  而同時,波音公司仍在繼續掙紮。去年底,波音公司的載人飛船“星際客機”在不載人試飛中未進入預定軌道,取消原定前往國際空間站的計劃,於當月22日提前返回地球,在美國新墨西哥州的白沙導彈靶場著陸。美航天局和波音公司也隨後成立了聯合調查團隊進行調查。

  後來,波音發現了另一種軟件故障,需要將重新執行試飛任務,據稱波音可能會在今年年底進行試飛,這意味著波音公司的首次試飛要到2021年才能進行。

  這次的發射成功,讓馬斯克的SpaceX成功贏得了這場載人航天飛船競賽,乾兒子逆襲了親兒子,拿著更少的錢,卻做著更多的事,一步步打破人類極限。

  如果這次SpaceX成功將把NASA宇航員從佛羅里達發射到國際空間站——民營公司將成功實現首次將宇航員帶入宇宙,SpaceX也將由此成為全球第一家承運航天員往返國際空間站的私人太空公司,結束只有政府擁有航天器的時代,代表著太空商業化的里程碑。

  5 下一站火星,馬斯克距離航天夢圓還有多遠?

  倘若此次Demo-2的發射和回收一切順利,SpaceX就完成了其“地球軌道-國際空間站-月球-火星”載人航天計劃中的重要一步,馬斯克的移民火星的計劃有了現實依託。

  按照SpaceX公佈的計劃來看,馬斯克距離火星上種玫瑰的目標已經完成了二分之一,讓很多人看到了商業航天的前景。

  這個計劃的終極目標是希望人類可以自由生活在各個行星,現在只不過是SpaceX載人航天計劃中的一小步。在完成把人送至國際空間站之後,下一個目標是月球。

  從阿波羅登月結束無人登月的歷史以來,僅有24個人成功登上月球,而月球是地球上最接近、可居住的鄰居之一,SpaceX認為這是一次獲得寶貴經驗的機會,可以為未來前往火星及太空更遠處做鋪墊。

  馬斯克從來沒有動搖前往火星的計劃,前往火星的星際飛船也已經在著手準備中。據悉,星際飛船將成為有史以來最強大的運載火箭,能夠運載超過100公噸燃料運行在地球軌道。

  “清晨醒來,想到未來會更好,就是航天文明的全部意義所在。這是關於相信未來,並認為未來會比過去更好。我難以想到還有比走出地球在星際遨遊更令人興奮的事情了。”馬斯克在火星計劃開頭寫道。

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