11月16日8點27分左右,SpaceX首次正式載人飛行(Crew-1)在肯尼迪航天中心發射升空,搭載四名宇航員飛赴國際空間站。


本次太空任務預計持續180天,這意味著飛船將在2021年6月才返回地球,然后經過檢修后,將繼續用于未來的載人任務。


原計劃,北京時間11月15日實施本次發射,但由于天氣原因,推遲到16日發射。由于疫情影響仍在持續,肯尼迪航天中心只允許少數人現場觀看。

SpaceX“龍”飛船發射升空 首個正式載人航天任務成功發射

圖注:SpaceX獵鷹9火箭和載人龍飛船矗立在發射臺上。


說到這次首次正式載人航天飛行,要提一下早在今年5月31日SpaceX進行的首次載人飛行,那是一次試驗性質的測試飛行。嚴格講,本次才是私企商業載人航天飛行的起點。


一、四名宇航員來自何方?

SpaceX“龍”飛船發射升空 首個正式載人航天任務成功發射

圖注:從左到右分別是:香農·沃克、維克托 格洛弗、邁克爾 霍普金斯和野口聰一。


本次搭載了四名宇航員,比5月份的載人發射多了兩人,他們分別是維克托·格洛弗(Victor Glover);邁克爾 霍普金斯(Michael Hopkins);香農·沃克(Shannon Walker)和野口聰一(Soichi Noguchi)。


維克托·格洛弗(Victor Glover)生于1976年4月30日,是SpaceX載人龍飛船的指令長。


1999年,格洛弗畢業于加州理工州立大學,并獲普通工程學學士學位。格洛弗有飛行試驗工程學、系統工程學和軍事作戰藝術與科學三個理學碩士學位。2018年8月,格洛弗成為商業載人計劃的宇航員之一。


邁克爾霍普金斯(Michael Hopkins)生于1968年12月28日,現任NASA宇航員。


1991年,霍普金斯進入伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校并獲航空航天工程理學學士學位。1992年,他又在斯坦福大學獲航空航天工程理學碩士學位。


霍普金斯擁有太空行走經驗。2018年8月,霍普金斯和格洛弗被指派乘坐SpaceX載人龍飛船前往國際空間站執行首次商載人業發射任務。


香農·沃克(Shannon Walker)生于1965年6月4日,是一名美國物理學家,2004年入選為NASA宇航員。2010年6月,沃克搭乘聯盟號飛船首次進入太空。


1987年,沃克在德克薩斯州萊斯大學畢業,并獲物理學學士學位。1987年,沃克在約翰遜航天中心開啟職業生涯,任航天飛機機器人飛行控制員。1990年到1993年,沃克向約翰遜航天中心請假去讀研究生,其研究領域是太陽風與金星大氣的相互作用。


野口聰一(Soichi Noguchi)生于1965年4月15日,是日本航空工程師和日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)宇航員,還是第五位進入太空的日本宇航員。


野口聰一高中畢業后考入東京大學,分別于1989年和1991年獲航空工程學士學位和碩士學位。畢業后,從事過商業發動機空氣動力學設計工作。


1996年6月,野口聰一被JAXA選為宇航員候選人后前往NASA約翰遜航天中心進行宇航員培訓。野口聰一擁有豐富的太空行走經驗。


SpaceX Crew-1成功發射后,野口聰一將是首位同時乘坐過航天飛機、聯盟號和龍飛船的非美籍宇航員。


二、SpaceX載人龍飛船的特點


2020年9月29日,指令長邁克爾·霍普金斯曾經在美國宇航局新聞發布會上透露,本次的載人龍飛船已被命名為“堅韌”號。


此前,在首次載人發射的時候,我們已經對載人龍飛船的特點進行了詳細介紹,在這里再簡單復述一下。


載人龍飛船屬于SpaceX研制的第二代龍飛船(Dragon 2),具備可重復使用的能力。第二代龍飛船可分為載人龍飛船和貨運龍飛船兩種,其前身是第一代貨運龍飛船(Dragon 1)。新飛船可以自動與空間站完成對接,而不像第一代飛船那樣,需要借助空間站上的機械臂的幫助。當然,載人龍飛船也保留了人工對接的選項。


本次使用的載人龍飛船,直徑4米,高8.1米,最多可搭載7位宇航員,這與航天飛機搭載的宇航員數量相同,也與我國5月5日測試的“新一代載人飛船”設計上能夠搭載的宇航員數量相同。


載人龍飛船的最頂端是一個能夠打開的頭錐蓋子,在發射和返回的過程中,保護飛船和對接機構。當飛船與空間站對接的時候,頭錐蓋子會打開,露出對接機構,當飛船脫離空間站的時候,蓋子關閉,準備返回地面。


飛船主體由兩大部分組成,一個是加壓的返回艙,另一個是在返回艙下面的服務艙(這里要說明的是,SpaceX使用Trunk一詞,而不是Service module,但從作用上看類似于服務艙,目前尚無統一的翻譯)。服務艙是非加壓的,可以搭載對氣壓不敏感的貨物。


另外,服務艙外側粘貼有太陽能電池,就像穿了個太陽能板的裙子一樣,這擺脫了傳統的太陽能展開翼的造型。服務艙外側還有翼狀結構,能夠為飛船在逃逸過程中提供氣動穩定性。


三、載人龍飛船的絕招:全程逃逸能力


載人龍飛船集成有8個推力強大的“超級天龍座”火箭,火箭兩為分組,安裝在飛船的側壁,作為逃生使用,每個發動機的推力可達71千牛,換算成大家有直觀感覺的表示方式就是相當于7.1噸的推力。此外,還裝有16個推力相對較小的“天龍座”發動機噴口,用于姿態控制和軌道機動。


熟悉載人航天的朋友,可能會留意到,無論是阿波羅登月火箭,還是我國的長征2F載人運載火箭,在火箭頂部都有個逃逸塔。


逃逸塔的作用就是在火箭發射起始階段,如果發生意外,可以啟動逃逸塔火箭,把飛船帶離到安全的高度,然后著陸。如果發射一切順利,等火箭飛到一定的高度,逃逸塔會分離,然后丟棄。而載人版龍飛船相當于把逃逸塔集成在船身上,這樣做有什么好處呢?


這種方式能夠使飛船具備“全程逃逸”的能力!也就是說,在飛船飛行的任何階段出問題,都具備逃生能力,而逃逸塔只能保證火箭發射初始階段的逃生。這也是未來載人飛船逃逸的新方式。


四、成功率100%的獵鷹9(Block 5)火箭


我們知道,SpaceX以可回收火箭名揚天下,但這次使用的是全新的獵鷹9(Block 5)火箭。


獵鷹9(Block 5)是兩級運載火箭,高度70米,以液氧和煤油為推進劑,芯一級火箭裝配有9臺梅林發動機,總推力7600千牛,相當于760噸。在回收一級的情況下,近地軌道的運載能力為15.6噸,不回收一級的情況下,近地軌道運載能力為22.8噸,算是一款中型運載火箭。


通過上面的分析,我們可以看出,SpaceX和NASA之所以敢于載人發射,是因為擁有100%發射成功記錄的獵鷹9(Block5)火箭,擁有具有全程逃逸能力的載人龍飛船以及四位經驗豐富的宇航員等。


五、太空中的最大建筑物:國際空間站


載人航天飛行的目的地是國際空間站,國際空間站是目前人類在太空中建造的最大建筑物。


國際空間站總質量達420噸,長109米,寬73米,是目前太空中的最大建筑物。運行在距離地面大約400公里的近地軌道上,速度為每秒7.6公里。


國際空間站是一個擁有現代化科研設備、可開展大規模、多學科基礎和應用科學研究的空間實驗室,為在微重力環境下開展科學實驗研究提供了大量實驗載荷和資源,支持人在地球軌道長期駐留。


國際空間站項目由16個國家共同建造、運行和使用,是有史以來規模最大、耗時最長且涉及國家最多的空間國際合作項目。自1998年正式建站以來,經過十多年的建設,于2010年完成建造任務轉入全面使用階段。


目前,國際空間站主要由美國宇航局、俄羅斯國家航天集團、歐洲航天局、日本宇宙航空研究開發機構和加拿大空間局共同運營。


六、為什么美國急切恢復載人航天能力?


眾所周知,美國在1969年就完成了人類首次登月,代表人類踏上了另一顆星球。阿波羅期間,總共完成7次載人登月發射,其中6次成功把12名宇航員送到月球。唯一的阿波羅13號雖然沒有成功,但3名宇航員也毫發無損地返回了地球。


1981年,美國又成功發射了第一架航天飛機“哥倫比亞”號,一次就能把7名宇航員送上近地軌道。美國總共建造了5架航天飛機,強大的運輸能力為建設國際空間站立下了汗馬功勞!


但遺憾的是,挑戰者號航天飛機和哥倫比亞號航天飛機分別在發射和返回時發生了事故,導致總共14名宇航員罹難。5架航天飛機失去了2架,真是非常慘痛。其中的故事想必大家都已經了解,特別是1986年挑戰者號航天飛機爆炸的事件早已經編入了教科書,這里就不多贅述了。


2011年7月21日,隨著阿特蘭蒂斯號航天飛機在肯尼迪航天中心的降落,整個航天飛機全部停飛,從此,強大的美國失去了載人航天的能力。


今后飛國際空間站咋辦呢?這時,昔日的宿敵俄羅斯伸出了橄欖枝,俄羅斯有成熟可靠的載人“聯盟”飛船。當然,這可不是免費的午餐。


據說,剛開始的費用是每位宇航員2000多萬美元,最近NASA購買的2020年秋天發射的一個座位,價格已經暴漲到了9000多萬美元。據統計,自從航天飛機停飛以來,NASA已向俄羅斯累計支付超過35億美元。


因此,NASA非常希望包括SpaceX在內的國內私營企業能夠挑起大梁,讓美國再次獲得在本土發射載人飛船的能力。


七、龍飛船首次商業載人飛行的意義是什么?


本次是NASA與SpaceX簽訂的“商業載人項目”(Commercial Crew Program)的組成部分。意義至少可以從三個層面來理解:


第一個層面,對于SpaceX公司來講,重要性毋庸置疑,本次首次商業飛行意味著拿到了商業載人航天的入場券,未來前景無可限量;


第二個層面,對于美國和NASA來講,意味著自從2011年航天飛機退役以來,再次恢復載人航天能力。


第三個層面,對于整個世界商業航天來講,意味著揭開了商業載人航天的帷幕,商業航天走進新時代。


SpaceX公司和特斯拉公司創始人埃隆·馬斯克(Elon Musk)。


探索和開發外太空是人類的共同愿望。今年,阿聯酋的“希望”號火星探測器,我國的“天問一號”火星探測器和美國的“毅力號”火星車相繼發射,目前正在飛往火星的漫漫旅途中。


對于SpaceX創始人馬斯克來講,載人登陸火星也是他的終極夢想,本次首次正式載人發射的成功也將促使他的夢想早日實現。


文章來源: 騰訊科技

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