里程碑!SpaceX 龍飛船正式載人首飛,馬斯克填補美國載人飛行近十年空白

雷鋒網 於 16/11/2020 發表 收藏文章
終於,美國太空探索技術公司(SpaceX)的首次正式載人飛行任務拉開大幕!

美東時間 2020 年 11 月 15 日 19 時 27 分(北京時間 16 日 8 時 27 分),佛羅里達州 NASA 肯尼迪航天中心 39A 發射台,搭載着載人龍飛船(Crew Dragon)的獵鷹 9 號火箭發射升空。

此次在龍飛船上,共有三名 NASA 宇航員和一位來自日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)的宇航員。

這將是有史以來首次有四名宇航員通過商業飛船實現國際空間站乘員輪換任務,對於 NASA 來説這也是有國際夥伴參與的首次商業載人飛行。

來看看那些激動人心的瞬間。

點火發射:


火箭一級分離:


火箭二級分離:


飛船內的宇航員:


SpaceX:為 Crew-1 全力以赴
早在 8 年前 NASA 就宣佈,首次商業載人飛行定於 2016 年 11 月開啓,但這一註定載入航天史冊的事件一拖再拖,直至今天。

此次任務官方名稱是 Crew-1——無疑,1 代表着首次,標誌着政府與商業夥伴持續合作前往國際空間站的開始。

Crew-1 徽章上,有一個龍頭、載人龍飛船和數字 1 作為主體。邊緣的暗藍色字母 C 上有 5 個小圖標,順着逆時針方向,依次是國際空間站和代表美國載人航天成就的航天飛機、阿波羅號、水星號、雙子星座號。


今年 9 月底的一次記者招待會上,Crew-1 指揮官 Michael Hopkins 宣佈,此次任務中龍飛船命名為 Resilience(堅韌號)。

當地時間 11 月 11 日,包括運載火箭獵鷹 9 號及相關地面系統在內的龍飛船系統被 NASA 正式批准為首個載人往返國際空間站的商業飛船。

次日,SpaceX 官方在 Twitter 表示,火箭已完成靜態點火測試,一切準備就緒。

按計劃,Resilience 飛船進入一定高度時火箭分離,並降落在大西洋上的無人回收船上。但據 NASA 局長 Jim Bridenstine 的推文,由於風力條件不穩定,發射時間(原定於美東時間 11 月 14 日 19 時 59 分)延至今日。


若一切順利,Resilience 飛船將於美東時間 11 月 16 日 23 點左右停靠在國際空間站。這之後宇航員們將進行為期約 180 天的科學實驗任務,並在 2021 年春天以「海面濺落」的形式返回地球。


如果要給獵鷹 9 號火箭貼上幾個標籤,那應該是強大、低成本。

説它強大的原因在於,不論是一批又一批星鏈衞星、國際空間站的大量補給,還是機密軍事載荷,都依靠着這艘 SpaceX 最常用的運載火箭上天。

參數上,獵鷹 9 號高 70 米,以液氧和煤油作為推進劑,第一級火箭擁有 9 個 SpaceX 梅林發動機,總推力相當於 760 噸。

迄今,獵鷹 9 號已發展出 5 個版本,現役的 Block 5 型能向低地球軌道發射重達 22800 千克的載荷,向地球同步轉移軌道發射 8300 千克的載荷。

而説它低成本的原因在於 SpaceX 獨出心裁的火箭回收思路:通過採用航天超強度鋁鋰合金材料、增加擋熱板等措施多次回收火箭。


也正因如此,獵鷹 9 號是史上第一枚可多次重複使用一級助推器的液體燃料運載火箭,打破了火箭只能一次性使用的思維定勢,也改變了國際商業航天的市場格局。

可以説,獵鷹 9 號在整個人類航天史上都有着一定的地位。

另一方面,此前已完成 22 次空間站往返的龍飛船同樣集中體現了 SpaceX 多年積累的技術實力。


不同於其他航天器,直徑 4 米、高 8.1 米、最多可搭載 7 位宇航員的龍飛船極具科技感,飛行信息會顯示在一塊屏幕上,宇航員控制相關引擎也只需通過觸摸屏完成。 

這一過程用外媒的話説就是,用大型 iPad 駕駛飛船。

與此同時,龍飛船支持與空間站自動對接:在太空中慢慢接近空間站,藉助一系列傳感器和攝像頭,對準一個開放的對接端口並連接。

此外,龍飛船擁有先進的緊急逃生系統——飛船側面安裝有由 8 個發動機組成的推進器,能產生約 1.5 萬磅推力將飛船升高 1500 米;SpaceX 將傳統的火箭逃逸塔設計集成於船身,使其具有全程逃逸的功能。

2020 年 1 月,NASA 和 SpaceX 完成了一次龍飛船和獵鷹 9 號的發射逃生演示,龍飛船於起飛前 1 分 30 秒前觸發了發射逃生。

而在地面階段,與上次載人飛行測試一致的是,宇航員仍身着極具科技感的宇航服,並由兩輛特斯拉 Model X 接送,種種細節盡顯 Elon Musk 強烈的個人風格。


以幾個月前萬眾矚目的那次載人飛行測試為鑑 ,SpaceX 進行了多處優化,比如:

  • 隔熱罩:龍飛船隔熱罩中的一些瓷磚腐蝕程度超出預期,雖然不會對宇航員造成危害,但 SpaceX 還是重新設計了部分隔熱罩。
  • 降落傘:海上濺落時用於減速的降落傘實際高度略低於預期,因此 SpaceX 改變了龍飛船測量空氣壓力的方式,這樣能更準確地估算降落傘釋放的時間。
  • 降落區:推進劑和燃料可能有毒,為避免遊客、漁夫過於靠近降落地點發生意外情況,SpaceX 將與美國海岸警衞隊圍起一個 10 英里的禁區。
  • 發動機:之前獵鷹 9 號在發射一顆軍用 GPS 衞星時,一塊油漆堵塞了一條安全閥管路,導致兩個發動機提前點火,為避免類似問題再發生,SpaceX 更換了發動機。


宇航員:開啓空間站定期輪換模式

此次乘坐 Resilience 飛船進入國際空間站的,有四位宇航員:

  • Crew-1 任務指揮官、NASA 宇航員 Michael Hopkins
  • Crew-1 任務飛行員、NASA 宇航員 Victor Glover
  • 任務專家、NASA 宇航員 Shannon Walker
  • 任務專家、日本 JAXA 宇航員 Soichi Noguchi


2018 年 8 月 3 日,Michael Hopkins 和 Victor Glover 被宣佈為此次任務成員;今年 3 月 31 日,另兩位宇航員也加入了任務。

Michael Hopkins 是美國太空部隊的一名上校,此前曾在美國空軍服役超過 28 年。在同級宇航員中,他是太空旅行第一人。他曾在 2013 年 9 月-2014 年 3 月以飛行工程師的身份參與國際空間站第 37、38 次遠征任務,此次是他的第二次太空飛行。

下圖為 Michael Hopkins(左)在國際空間站上和同事過感恩節。


此次的任務專家之一 Shannon Walker 是一位 55 歲女性,她作為一名物理學家於 2004 年入選 NASA 宇航員。2010 年 6 月 25 日,她乘坐聯盟號 TMA-19 向國際空間站出發,隨後在太空中度過了 163 天。

下圖為聯盟號 TMA-19 發射前。


四人中,作為美國宇航局 2013 級宇航員、美國海軍指揮官的 Victor Glover 最為年輕(44 歲),此次是其首次進入太空,他對此感到異常興奮。


另一位任務專家 Soichi Noguchi 資歷最為深厚,1996 年即被日本國家航天發展局選定為宇航員候選人,是第五位登上太空的日本宇航員。

2005 年,他以任務專家的身份參與了哥倫比亞號航天飛機遇難後 NASA 的首次“返航”任務。如今,他的名銜又多了一個——首位乘坐過航天飛機、聯盟號和龍飛船的非美籍宇航員。


值得一提的是,此次任務標誌着常駐國際空間站宇航員開始定期輪換了。

具體來講,四人將加入已經在國際空間站上的三位執行聯盟號 MS-17 任務的宇航員(俄羅斯宇航員 Sergey Ryzhikov 和 Sergey Kud-Sverchkov、NASA 宇航員 Kate Rubins),一同完成國際空間站第 64 次遠征任務(Expedition 64)。

這將是第一次同時有 7 位宇航員在國際空間站上生活工作,過去 10 年裏空間站人數通常為 6,目前而言空間站上缺少一個供人睡覺的「乘員艙」,因此 Michael Hopkins 起初可能會先在龍飛船上“將就”一段時間。

按正常的輪換計劃,在聯盟號 MS-17 明年 4 月離開後,空間站上其餘成員將進入第 65 次遠征計劃。

等到 2021 年春季四位 Crew-1 宇航員返回地球時,Crew-2 任務的宇航員將登上另一艘龍飛船到來。期間,貨運飛船將保持定期運送食物和補給。

當前 SpaceX 的計劃是,建立一種每六個月左右為 NASA 派出一批(四名)宇航員往返空間站的飛行模式。正如 SpaceX 載人任務負責人 Benji Reed 所説:

引用公司預計在未來 14 個月內發射 7 艘龍飛船,包括 3 艘載人飛船和 4 艘貨運飛船,這也就意味着,任何時候太空中都會有兩艘龍飛船。

看來,未來一段時間 SpaceX 真要成為 NASA 穩定的「太空巴士」供應商了!

NASA:用一場競爭成就 SpaceX

其實,在 SpaceX 的壯舉背後,是一場近十年的太空競爭。

2010 年,國際空間站完成建造任務轉入全面使用階段,主要由 NASA、俄羅斯國家航天集團、歐洲航天局、日本 JAXA 和加拿大空間局共同運營。

為方便宇航員往返於地面和國際空間站,所用到的交通工具便是可重複使用航天運載器「美國航天飛機」。


1981 年 4 月 12 日,第一架航天飛機哥倫比亞號執行 STS-1 任務,航天飛機時代大幕拉開。後來航天飛機失事的情況時有發生,總共 14 名宇航員罹難。

2011 年 7 月 8 日,亞特蘭蒂斯號從肯尼迪航天中心成功發射升空,這是美國航天飛機的第 135 次升空,也是長達 30 年的美國航天飛機時代的謝幕演出。

此後,美國要想向國際空間站運送宇航員和貨物,都要花大價錢購買俄羅斯聯盟號飛船 Soyuz MS-17 船票(當前票價已達到 9000 多萬美元一張),聯盟號也一度成為宇航員往返國際空間站的唯一運輸工具。

在此背景下,NASA 提出了一個名為「Commercial Crew Program」(商業載人航天飛行項目)的計劃——國家給予技術與經費支持,鼓勵企業分擔重任,開發往返空間站和地面的航天運載器。


始於 2011 年的 Commercial Crew Program 任務,迎來了波音公司、藍色起源、內華達山脈和 SpaceX 四位競爭者。

從參與競標到確定航天運載器具體方案,從商業載人航天飛行綜合考評到設計、測試和運行航天器和運載火箭,四家公司經歷了三輪競爭,最終賽道上只剩 SpaceX 和波音兩名選手。

對手是百年企業波音,SpaceX 憑什麼勝出?
SpaceX 的答案是,提高效率、節省成本。

憑着初生牛犢不怕虎的衝勁,SpaceX 超越了波音。


北京時間 2020 年 5 月 31 日凌晨 3 點 23 分,美國肯尼迪航天中心 39A 發射場,SpaceX DM-2 龍飛船(官方名稱 Endeavour,奮進號)搭乘獵鷹 9 號發射升空。約 19 個小時後,飛船與國際空間站成功對接。

8 月 3 日, Endeavour 飛船成功濺落在墨西哥灣,這不僅是自 1975 年以來宇航員的首次水上着陸,也標誌着受世界矚目的 SpaceX 首次載人飛行測試(Crew Demo-2)圓滿成功。

至此,SpaceX 率先開啓了全球商業載人航天新時代。

前不久,SpaceX 官方曾在 Twitter 上分享了一則 100 次成功發射視頻集錦。


難以想象,100 次成功背後,有過多少次失敗。

SpaceX 的逆襲堪稱傳奇,數次「觸底」,也數次「反彈」。甚至於,歷史性時刻即將到來,疑似新冠陽性的創始人 Elon Musk 還在等待最終檢測結果。


【四位宇航員與 Elon Musk、NASA 局長 Jim Bridenstine 的自拍】

此前的記者招待會上,SpaceX 載人航天項目高級主管 Benji Reed 曾表示:

引用我們很榮幸能成為 NASA 商業載人航天任務的合作伙伴,我們將認真對待 NASA 委託我們運送宇航員往返空間站的責任。

此次載人航天任務無疑意義重大,於 NASA,它有效填補了美國載人飛行的空白;於 SpaceX,它代表着用近十年努力換來的一張成績單。

願一切順利。

引用來源:

https://twitter.com/SpaceX

https://iss.jaxa.jp/en/astro/biographies/noguchi/index.html

https://en.wikipedia.org/wiki/SpaceX_Crew-1

https://www.nasa.gov/subject/18971/crew1/
https://www.theverge.com/2020/11/12/21502792/spacex-crew-1-dragon-nasa-falcon-9-launch-what-to-expect

https://www.businessinsider.com/spacex-crew-1-mission-timeline-nasa-astronaut-launch-2020-11

直播地址:

https://www.youtube.com/watch?v=E_FIaPBOJgc

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資料來源:雷鋒網
作者/編輯:付靜

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