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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2020-06-01 02:19

[摘要]这是美国自2011年航天飞机退役以来,初次在本乡发射宇航员。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

北京光阴5月31日凌晨3点22分,美国太空探索技巧公司(SpaceX)初次使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个小时后,尝试与国际空间站关于接。

火箭升空画面

原计划,北京光阴5月28日凌晨4点33散发射,但由于天气原因,推迟至31日发射。

本次发射仍旧采纳波动的“猎鹰9”(Block5)运载火箭,发射地点位于美国佛罗里达州肯尼迪航天核心,发射台是最为出名的LC-39A,该发射台曾经见证了阿波罗登月飞船跟航天飞机的历次重大发射,后来被SpaceX租下来,用于发射火箭。

下面咱们先来看看本次发射意味着什么,而后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“商业载人名目”(Commercial Crew Program)的组成部分。意义至少可能从三个层面来理解:

第一个层面,对SpaceX公司来讲,首要性无须置疑,本次发射是该公司的初次载人发射,成功就意味着拿到了商业载人航天的入场券,未来远景无可限量;

第二个层面,对美国跟NASA来讲,意味着自从2011年航天飞机退役以来,再次复原载人航天能力(后面咱们详述);

第三个层面,对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公司跟特斯拉公司开创人埃隆·马斯克(Elon Musk)

二、两位宇航员来自何方?

参加本次试飞的两位宇航员是:道格拉斯G赫尔利(Douglas G. Hurley)跟罗伯特L贝恩肯(Robert L. Behnken),划分诞生于1966年跟1970年。

图注:宇航员贝恩肯跟赫尔利(右)

他们都是曾经三次进入过太空,而且还都是施行过航天飞机义务的老手。其中,赫尔利在太空中有超过683个小时的教训,还施行过2011年7月最后一次航天飞机义务(代号:STS-135)。贝恩肯作为航天飞机义务专家,曾先后施行2008年的(STS-123)跟2010年的(STS-130)义务,累计在太空飞行光阴超过708小时,其中包括37小时的太空行走光阴。

对载人航天来讲,整体上看两大件:承载宇航员的飞船跟运送飞船的火箭。俗话说,“花开两朵,各表一枝”,咱们先主要聊一聊载人龙飞船,而后再略谈一下猎鹰9火箭。

三、SpaceX载人龙飞船的结构特征

进龙飞船)

载人龙飞船属于SpaceX研制的第二代龙飞船(Dragon 2),拥有可反复应用的能力。第二代龙飞船可分为载人龙飞船跟货运龙飞船两种,其前身是第一代货运龙飞船(Dragon 1)。新飞船可能自动与空间站实现关于接,而没有像第一代飞船那样,需要借助空间站上的机械臂的协助。当然,载人龙飞船也保管了人工关于接的选项。

图注:地面上的载人龙飞船

本次应用的载人龙飞船,直径4米,高8.1米,最多可搭载7位宇航员,这与航天飞机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”设计上能够搭载的宇航员数量相同。

载人龙飞船的最顶端是一个能够打开的头锥盖子,在发射跟返回的历程中,保护飞船跟关于接机构。当飞船与空间站关于接的时分,头锥盖子会打开,显露关于接机构,当飞船脱离空间站的时分,盖子关闭,筹备返回地面。

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效劳舱(这里要解释的是,SpaceX应用Trunk一词,而没有是Service module,但从作用上看类似于效劳舱,目前尚无统一的翻译)。效劳舱是非加压的,可能搭载关于气压没有愚钝的货物。

另外,效劳舱外侧粘贴有太阳能电池,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。效劳舱外侧还有翼状结构,能够为飞船在逃逸历程中供给气动波动性。

四、载人龙飞船拥有全程逃逸能力

载人龙飞船集成有8个推力富强的“超级天龙座”火箭,火箭两两分组,装置在飞船的侧壁,作为逃生应用,每个发动机的推力可达71千牛,换算成大家有直观以为的表示办法就是相当于7.1吨的推力。此外,还装有16个推力相关于较小的“天龙座”发动机喷口,用于姿态掌握跟轨道灵便。

图注:载人龙飞船“飞行中止测试”试验(艺术图)

熟识载人航天的友人,可以会留意到,没有论是阿波罗登月火箭,还是我国的长征2F载人运载火箭,在火箭顶部都有个逃逸塔。

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,如果发作没有测,可能启动逃逸塔火箭,把飞船带离到保险的高度,而后着陆。如果发射一切顺利,等火箭飞到必然的高度,逃逸塔会分别,而后摈弃。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?

如果要比较逃逸塔跟这种新型的逃逸办法的差别,那可以需要一篇文章来系统介绍,这里咱们只把最要害的地方说一下:这种办法能够使飞船拥有“全程逃逸”的能力!也就是说,在飞船飞行的任何阶段出问题,都拥有逃生能力,而逃逸塔只能保障火箭发射初始阶段的逃生。这也是未来载人飞船逃逸的新办法。

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,速度大概2.3马赫时,火箭顶部的飞船启动本身的8台逃逸发动机,把飞船推离火箭。随后,火箭在富强的气动压力下发作瓦解爆炸,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年终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发作爆炸毁掉;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

咱们知晓,SpaceX以可回收火箭名扬天下,但这次应用的是全新的猎鹰9(Block 5)火箭,毕竟是初次载人发射,应用二手火箭危险还是相关于较高。一级的代号为B1058.1,小数点后面的数字代表应用次数,1表示第一次应用。本次发射,一级火箭将回收,降落在大陆中的浮动平台上。

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,以液氧跟煤油为推进剂,芯一级火箭装配有9台梅林发动机,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,没有回收一级的情况下,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,咱们可能看出,SpaceX跟NASA之所以敢于本次载人发射,是因为具有100%发射成功记录的猎鹰9(Block5)火箭,具有存在全程逃逸能力的载人龙飞船以及两位教训丰硕的宇航员等。

六、载人龙飞船在太空停留多久?如何返回?

图注:这是2019年终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关于接后,宇航员通过关于接通道进入空间站,在那里施行预定的科学义务。具体返回日期,目前官方并不明确的说法,只是说没有会晚于9月23日。载人龙飞船返回时,首先丢掉效劳舱,而后借助盾形的防热罩减速,抵达必然高度后,再展开降落伞实现最终刹车,最后溅落在大西洋海域。

七、为什么美国急迫复原载人航天能力?

家喻户晓,美国在1969年就实现了人类初次登月,代表人类踏上了另一颗星球。阿波罗期间,总共实现7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号虽然不成功,但3名宇航员毫发无损返回地球。

图注:1986年挑衅者号航天飞机升空后爆炸

图注:2003年哥伦比亚号航天飞机空中瓦解(艺术图)

1981年,美国又成功发射了第一架航天飞机“哥伦比亚”号,一次就能把7名宇航员送上近地轨道。美国总共建筑了5架航天飞机,富强的运输能力为建设国际空间站破下了汗马勋绩!

但遗憾的是,挑衅者号航天飞机跟哥伦比亚号航天飞机划分在发射跟返回时发作了事变,导致总共14名宇航员罹难。5架航天飞机失去了2架,真是非常惨。其中的故事想必大家都已非常领会,特别是1986年挑衅者号航天飞机爆炸的事情早已经编入了教科书,这里就没有久赘述了。

图注:阿特兰蒂斯号航天飞机的返回标志着航天飞机时代的谢幕

2011年7月21日,和着阿特兰蒂斯号航天飞机在肯尼迪航天核心的降落,整个航天飞机全部停飞,从此,富强的美国失去了载人航天的能力。

今后飞国际空间站咋办呢?这时,往日的宿敌俄罗斯伸出了橄榄枝,俄罗斯有成熟坚固的载人“联盟”飞船。当然,这可没有是免费的午餐。

图注:俄罗斯的联盟号飞船发射

听说,刚刚开始的用度是每位宇航员2000多万美元,最近NASA购买的2020年秋天发射的一个座位,价格已经暴涨到了9000多万美元。据统计,自从航天飞机停飞以来,NASA已向俄罗斯累计支付超过35亿美元。

因此,NASA非常期冀包括SpaceX在内的国内私营企业能够挑起大梁,让美国再次获得在本乡发射载人飞船的能力。

八、NASA商业载人名目还有哪个公司参加?

图注:SpaceX的龙飞船跟波音的星际航班飞船与国际空间站(艺术图)

2014年9月,NASA选定SpaceX跟波音公司参加商业载人名目,划分获得26亿美元跟42亿美元的资助。波音公司制造了“星际航班”(Starliner)飞船运送宇航员,但总体出息度稍后进于SpaceX。下面咱们来简单关于比一下星际航班飞船与龙飞船有何异同:

容量相同:这两个飞船存在相似的设计功用——每个飞船最多可能容纳七个人。

发射火箭没有同:星际航班是用联合发射联盟公司(波音跟洛克希德马丁公司的合资企业)的宇宙神五火箭发射升空。SpaceX公司正在应用本人的火箭猎鹰9号发射载人版龙飞船。

返回场地没有同:星际航班选择通过气囊赞助伞海洋降落;龙飞船是在海高低降。

价格没有同:SpaceX的发射更低价。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用度跟购买俄罗斯联盟飞船差没有久,但毕竟波音是美国本人的公司,这点关于比首要。

2019年12月20日,波音进行了一次星际航班飞船无人发射,目标是与国际空间站关于接。在飞行中,船箭分别正常。但令人遗憾的是,由于飞船在入轨灵便历程中燃料耗损比预期要多,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,波音的星际航班飞船在沙漠降落场降落

依据计划,2020年10月份,波音将再补一次星际航班飞船的无人测试发射,目标仍然是国际空间站。如果通过将来这次测试,2021年将进行初次载人发射。

总之,SpaceX的本次发射使美国再次获得了载人航天能力,更首要的是揭开了世界“商业载人航天”巨大帷幕的一角。在未来,和着商业竞争机制的引入,人们进入太空的成本将逐步下降,一般人到太空旅行没有是梦。

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