SpaceX 飛龍號首次商載升空,「太空商業化」時代到來了?一文詳解事件來龍去脈
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SpaceX 飛龍號首次商載升空,「太空商業化」時代到來了?一文詳解事件來龍去脈

2020 年 11 月 16 日


台灣時間 11 月 16 日 8 點 27 分左右,SpaceX首次「正式」載人飛行的太空船(Crew- 1 )在甘迺迪航天中心發射升空,搭載四名太空人飛赴國際太空站。

(首圖擷取自: SpaceX 官方網站介紹)

▲ 影片來源:SpaceX YouTube <Crew-1 Mission | Coast Phase>

這次太空任務預計持續 180 天,意味著飛船將在 2021 年 6 月才返回地球,然後經過檢修後,將繼續用於未來的載人任務。原計劃台灣時間 11 月 15 日實施本次發射,但由於天氣原因,延遲到 16 日發射。由於疫情影響仍在持續,甘迺迪航天中心只允許少數人現場觀看。

▲ SpaceX獵鷹 9 火箭和載人龍飛船矗立在發射台上。

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,本次才是私人企業商業載人太空船飛行的起點。

▲ 首次商業載人飛行徽章。

一、4 名太空人來自何方?

本次搭載了四名 太空人,比 5 月份的載人發射多了兩人,他們分別是 Victor Glover;Michael Hopkins; Shannon Walker 和 野口聰一(Soichi Noguchi)。

▲ 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。

Victor Glover 生於 1976 年 4 月 30 日,是SpaceX載人龍飛船的指令長。

1999 年,Glover 畢業於加州理工州立大學,並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,Glover 成為商業載人計劃的宇航員之一。

Michael Hopkins 生於 1968 年 12 月 28 日,現任 NASA 太空人。

1991 年, Hopkins 進入伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校並獲航空航天工程理學學士學位。 1992 年,他又在史丹佛大學獲航空航天工程理學碩士學位。

Hopkins 擁有太空行走經驗。 2018 年 8 月, Hopkins 和 Glover 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。

Shannon Walker 生於 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,Walker 搭乘聯盟號飛船首次進入太空。

1987 年,Walker 在德克薩斯州萊斯大學畢業,並獲物理學學士學位。 1987 年,沃克在林登·詹森太空中心(Lyndon B. Johnson Space Center)開啟職業生涯,任航天飛機機器人飛行控制員。 1990 年到 1993 年,Walker 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)生於 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太空人。

野口聰一高中畢業後考入東京大學,分別於 1989 年和 1991 年獲航空工程學士學位和碩士學位。畢業後,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選為宇航員候選人後前往NASA約翰遜航天中心進行太空人培訓。野口聰一擁有豐富的太空行走經驗。

SpaceX Crew- 1 成功發射後,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 飛龍號太空船 的特點

2020 年 9 月 29 日,指令長 Michael Hopkins 曾經在美國宇航局新聞發表會上透露,本次的載人升空的 飛龍號太空船 已被命名為“堅韌”號。

先前,在首次載人發射的時候,我們已經對 飛龍號太空船 的特點進行了詳細介紹,在這裡再簡單複述一下。

▲ 地面上的“堅韌”號飛龍號太空船。

載人龍飛船屬於SpaceX研製的 飛龍號太空船 2 號(Dragon 2 ),具備可重複使用的能力。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 飛龍號太空船 1 號(Dragon 1 )。新太空船可以自動與空間站完成對接,而不像第一代太空船那樣,需要藉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。

本次使用的載人飛龍號太空船,直徑 4 米,高 8.1 米,最多可搭載 7 位太空人,這與太空梭搭載的太空人數量相同。

載人飛龍號太空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,保護太空船和對接機構。當太空船與空間站對接的時候,頭錐蓋子會打開,露出對接機構,當太空船脫離空間站的時候,蓋子關閉,準備返回地面。

太空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(這裡要說明的是,SpaceX使用Trunk一詞,而不是Service module,但從作用上看類似於服務艙,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,服務艙外側貼上有太陽能電池,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、飛龍號太空船 的絕招:全程逃逸能力

載人飛龍號太空船集成有 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 千牛頓,換算成大家有直觀感覺的表示方式就是相當於 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,用於姿態控制和軌道機動。

▲ 飛龍號太空船2號“飛行中止測試”試驗(藝術圖)。

熟悉載人太空梭的朋友,可能會留意到,無論是阿波羅登月火箭,還是中國的長征 2F 載人運載火箭,在火箭頂部都有個逃逸塔。

▲ 阿波羅太空船的逃逸塔。

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,然後著陸。如果發射一切順利,等火箭飛到一定的高度,逃逸塔會分離,然後丟棄。而載人版飛龍號太空船相當於把逃逸塔集成在船身上,這樣做有什麼好處呢?

▲ 2020 年 1 月 19 日, SpaceX成功進行了“飛行中止測試”試驗。

這種方式能夠使太空船具備“全程逃逸”的能力!也就是說,在太空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。這也是未來載人太空船逃逸的新方式。

四、成功率 100% 的獵鷹 9 號(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 號(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 台梅林發動機,總推力 7600 千牛,相當於 760 噸。在回收一級的情況下,低軌道的運載能力為 15.6 噸,不回收一級的情況下,低軌道運載能力為 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之所以敢於載人發射,是因為擁有 100% 發射成功記錄的獵鷹 9 號 ( 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太空人等。

五、太空中的最大建築物:國際太空站

載人太空船飛行的目的地是國際太空站,國際太空站 是目前人類在太空中建造的最大建築物。

國際太空站 總質量達 420 噸,長 109 米,寬 73 米,是目前太空中的最大建築物。運作在距離地面大約 400 公里的近地軌道上,速度為每秒 7.6 公里。

國際太空站 是一個擁有現代化科學研究設備、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。

國際太空站 項目由 16 個國家共同建造、運作和使用,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,於 2010 年完成建造任務轉入全面使用階段。

目前,國際太空站 主要由美國太空總署、俄羅斯國家航太集團、歐洲太空總署、日本宇宙航空研究開發機構和加拿太空局共同營運。

六、為什麼美國急切恢復太空船載人能力?

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 名太空人也毫髮無損地返回了地球。

▲ 站在月面上的太空人伯茲·艾德林,頭盔中反射的影像是阿姆斯壯。

1981 年,美國又成功發射了第一架太空梭“哥倫比亞”號,一次就能把 7 名太空人送上近地軌道。美國總共建造了 5 架太空梭,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,挑戰者號太空梭和哥倫比亞號太空梭分別在發射和返回時發生了事故,導致總共 14 名太空人罹難。 5 架太空梭失去了 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 年挑戰者號太空梭爆炸的事件早已經編入了教科書,這裡就不多贅述了。

▲ 亞特蘭提斯號太空梭的返回標誌著太空梭時代的謝幕。

2011 年 7 月 21 日,隨著亞特蘭提斯號太空梭在甘迺迪航天中心的降落,整個航天飛機全部停飛,從此,強大的美國失去了太空梭載人的能力。

今後飛國際太空站怎麼辦呢?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。

▲ 俄羅斯的聯盟號宇宙飛船發射。

據說,剛開始的費用是每位太空人 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,自從太空梭停飛以來,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樑,讓美國再次獲得在本土發射太空船載人的能力。

七、飛龍號太空船 首次商業載人飛行的意義是什麼?

本次是NASA與SpaceX簽訂的“商業載人開發”(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,對於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太的入場券,未來前景無可限量;

第二個層面,對於美國和NASA來講,意味著自從 2011 年太空梭退役以來,再次恢復太空梭載人能力。

第三個層面,對於整個世界商業 航太 來講,意味著揭開了商業載人航太的帷幕,商業航太走進新時代。

▲ SpaceX公司和特斯拉(Tesla, TSLA-US)公司創辦人伊隆·馬斯克(Elon Musk)。

探索和開發外太空是人類的共同願望。今年,阿聯酋的“希望”號火星探測器,中國的“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。

對於 SpaceX 創辦人馬斯克來講,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。

36氪》授權轉載

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