SpaceX创造历史!龙飞船首次载人成功!重要意义可从这三个层面解读

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2020-06-03 05:53

[摘要]这是United States自2011年航天计划e退役以来,首次在本土发射宇航员。同时,本次发射揭开了世界商业载人航天的帷幕,开启了全新的太空时代。

腾讯科技 文/乔辉

北京time5月31日凌晨3点22分,United States太空探索技术公司(SpaceX)首次利用载人龙飞船把两位宇航员送入地球轨道,目前正在追逐国际空间站,预计19个hour后,尝试与国际空间站对接。

火箭升空画面

原plan,北京time5月28日凌晨4点33分发射,但由于天气原因,推迟至31日发射。

本次发射依然采用稳定的“猎鹰9”(Block5)运载火箭,发射地点位于United States佛Rory达州肯尼迪航天中心,发射台是最为著名的LC-39A,该发射台曾经见证了阿波罗登月飞船和航天计划e的历次重大发射,后来被SpaceX租下来,用于发射火箭。

下面we先来看看本次发射意味着什么,在那时再详细聊聊具体细节。(以下文章共分八个部分)

一、本次发射的意义是什么?

本次发射是NASA与SpaceX签订的“商业载人项目”(Commercial Crew Progr上午)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,本次发射是该公司的首次载人发射,成功就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United States和NASA来讲,意味着自从2011年航天计划e退役以来,再次恢复载人航天能力(后面we详述);

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)

二、两位宇航员from何方?

参加本次试飞的两位宇航员是:DouglasG赫尔利(道格拉斯 G. Hurley)和罗BertL贝恩肯(罗伯特 L. Behnken),分别出生于1966年和1970年。

图注:宇航员贝恩肯和赫尔利(右)

他们都是曾经三次进入过太空,而且还都是执行过航天计划e任务的老手。其中,赫尔利在太空中有超过683个hour的经验,还执行过2011年7月最后一次航天计划e任务(代号:STS-135)。贝恩肯作为航天计划e任务专家,曾先后执行2008年的(STS-123)和2010年的(STS-130)任务,累计在太空飞行time超过708hour,其中包括37hour的太空行走time。

对于载人航天来讲,整体上看两大件:承载宇航员的飞船和运送飞船的火箭。俗话说,“花开两朵,各表一枝”,we先主要聊一聊载人龙飞船,在那时再略谈一下猎鹰9火箭。

三、SpaceX载人龙飞船的结构特点

进龙飞船)

载人龙飞船属于SpaceX研制的第二代龙飞船(Dragon 2),具备可重复use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finish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help。of course,载人龙飞船也保留了人工对接的选项。

图注:地面上的载人龙飞船

本次use的载人龙飞船,直径4米,高8.1米,最多可搭载7位宇航员,这与航天计划e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be able 直到搭载的宇航员数量相同。

载人龙飞船的最顶端是一个be able 直到o钢笔的头锥Guy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Guy子会o钢笔,露出对接机构,当飞船脱离空间站的时候,Guy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,SpaceXuseTrunk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stick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,be able 直到为飞船在逃逸过程中提供气动稳定性。

四、载人龙飞船具备全程逃逸能力

载人龙飞船集成有8个推力强大的“超级天龙座”火箭,火箭两两分组,安装在飞船的侧壁,作为逃生use,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friend,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,在火箭直到p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hap钢笔意外,可以启动逃逸塔火箭,把飞船带离到安全的高度,在那时着陆。如果发射一切顺利,等火箭飞到一定的高度,逃逸塔会分离,在那时丢弃。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?

如果要对比逃逸塔和这种新型的逃逸方式的区别,那可能需要一篇文章来系统介绍,这里we只把最关键的#@re地方@#说一下:这种方式be able 直到使飞船具备“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。

图注:2020年1月19日,SpaceX成功进行了“飞行中止测试”试验

2020年1月19日,SpaceX成功进行了“飞行中止测试”试验。当猎鹰9火箭升空84秒左右,飞行高度19公里,速度大约2.3马赫时,火箭直到p的飞船启动自身的8台逃逸发动机,把飞船推离火箭。随后,火箭在强大的气动压力下hap钢笔解体爆炸,坠入大西洋中。

到目前为止,SpaceX共制造了四艘龙飞船,第一艘用于悬浮测试,目前已退役;第二艘用于2019年首次载人版飞船的无人测试发射(Demo-1),但在后来的地面测试中hap钢笔爆炸毁掉;第三艘用于2020年1月份的“飞行中止测试”当中,目前已退役;第四艘就是本次发射的主角儿。

五、成功率100%的猎鹰9(Block 5)火箭

weknow,SpaceX以可回收火箭名扬天下,但这次use的是全新的猎鹰9(Block 5)火箭,毕竟是首次载人发射,use二手火箭风险还是相对较高。一级的代号为B1058.1,小数点后面的数字代表use次数,1表示第一次use。本次发射,一级火箭将回收,降落在海洋中的浮动平台上。

值得一提的是,截止到本次发射之前,猎鹰9(Block5)已经发射了28次,全部获得成功。

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May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,we可以看出,SpaceX和NASA之所以敢于本次载人发射,是because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两位经验丰富的宇航员等。

六、载人龙飞船在太空stay多久?如何返回?

图注:这是2019年首次载人版飞船的无人测试,成功返回时的情景

载人龙飞船与国际空间站对接后,宇航员通过对接通道进入空间站,t在这里执行预定的Science任务。具体返回日期,目前官方并没有明确的说法,只是说不会晚于9月23日。载人龙飞船返回时,首先丢掉服务舱,在那时借助盾形的防热罩减速,到达一定高度后,再展开降落伞finish最终刹车,最后溅落在大西洋海域。

七、whyUnited States急切恢复载人航天能力?

众所周知,United States在1969年就finish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finish7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名宇航员毫发无损返回地球。

图注:1986年挑战者号航天计划e升空后爆炸

图注:2003年Colombia号航天计划e空中解体(艺术图)

1981年,United States又成功发射了第一架航天计划e“Colombia”号,一次就能把7名宇航员送上近地轨道。United States总共build了5架航天计划e,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,挑战者号航天计划e和Colombia号航天计划e分别在发射和返回时hap钢笔了事故,导致总共14名宇航员罹难。5架航天计划e失去了2架,真是非常惨。其中的故事想必大家都已非常了解,特别是1986年挑战者号航天计划e爆炸的事件早已经编入了教科书,这里就不多赘述了。

图注:阿特兰蒂斯号航天计划e的返回标志着航天计划e时代的谢幕

2011年7月21日,随着阿特兰蒂斯号航天计划e在肯尼迪航天中心的降落,整个航天计划e全部停飞,从此,强大的United States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。of course,这可不是免费的午餐。

图注:俄罗斯的联盟号飞船发射

据说,刚start的费用是每位宇航员2000多万美元,最近NASA购买的2020年autumn发射的一个座位,价格已经暴涨到了9000多万美元。据统计,自从航天计划e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hope包括SpaceX在内的国内私营企业be able 直到挑起大梁,让United States再次获得在本土发射载人飞船的能力。

八、NASA商业载人项目还有哪个公司参加?

图注:SpaceX的龙飞船和波音的星际航Ben飞船与国际空间站(艺术图)

2014年9月,NASA选定SpaceX和波音公司参加商业载人项目,分别获得26亿美元和42亿美元的资助。波音公司制造了“星际航Ben”(Starliner)飞船运送宇航员,但总体上进度稍落后于SpaceX。下面we来简单比较一下星际航Ben飞船与龙飞船有何异同:

容量相同:这两个飞船具有相似的设计功能——每个飞船最多可以容纳七个人。

发射火箭不同:星际航Ben是用联合发射联盟公司(波音和Rock希德Martin公司的合资企业)的宇宙神五火箭发射升空。SpaceX公司正在use自己的火箭猎鹰9号发射载人版龙飞船。

返回场地不同:星际航Ben选择通过气囊辅助伞陆地降落;龙飞船是在海上降落。

价格不同:SpaceX的发射更便宜。NASA监察长11月发布的一份报告指出,SpaceX公司载人飞船的每个座位发射成本约为5500万美元,波音公司为9000万美元。从价格上看,购买波音公司座位的费用和购买俄罗斯联盟飞船差不多,但毕竟波音是United States自己的公司,这点比较重要。

2019年12月20日,波音进行了一次星际航Ben飞船无人发射,目标是与国际空间站对接。在飞行中,船箭分离正常。但令人遗憾的是,由于飞船在入轨机动过程中燃料消耗比预期要多,与国际空间站交汇失之交臂,两天后成功返回地球。

图注:2019年12月,波音的星际航Ben飞船在沙漠降落场降落

根据plan,2020年10月份,波音将再补一次星际航Ben飞船的无人测试发射,目标仍然是国际空间站。如果通过future这次测试,2021年将进行首次载人发射。

总之,SpaceX的本次发射使United States再次获得了载人航天能力,更important是揭开了世界“商业载人航天”巨大帷幕的一角。在未来,随着商业竞争机制的引入,人们进入太空的成本将逐步下降,普通人到太空旅行不是梦。

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