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“龙”飞船已对接国际空间站,太空私有化进入重要阶段

时间:2020-06-01 作者:网络整理 阅读:
美国东部时间上周六(5月30日)下午,SpaceX 猎鹰 9 号火箭搭载载人"龙"航天器(Crew Dragon),把两名美国宇航局(NASA)的航天员道格拉斯·赫尔利(Doug Hurley)和鲍勃·本肯(Bob Behnken)送上了国际空间站(ISS)。在轨道上度过了近一整天的时间后,5月31日下午, Crew Dragon成功对接到国际空间站……
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美国东部时间上周六(5月30日)下午,SpaceX 猎鹰 9 号火箭像往常一样矗立在佛罗里达州卡纳维尔角(Cape Canaveral)39A发射场,但围绕在发射总部的气氛不同往常。大批民众聚集在观赏地点,根据 NASA 的统计,超过 300 万观众在线观看历史性一刻。ftnEETC-电子工程专辑

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因为这是SpaceX首次执行载人航天任务“Demo-2”,也是宇航员首次乘坐非政府机构建造的飞船进入太空。火箭上搭载的载人"龙"航天器(Crew Dragon)将把两名美国宇航局(NASA)的航天员道格拉斯·赫尔利(Doug Hurley)和鲍勃·本肯(Bob Behnken)送往国际空间站(ISS)。ftnEETC-电子工程专辑

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Doug Hurley(前)和Bob Behnken(后)(图自:SpaceX)ftnEETC-电子工程专辑

美国历史上首个上天的商业载人飞船

Crew Dragon是美国历史上首个上天的商业载人飞船,高约 8.1 米,直径 4 米。推进器由 8 个 SuperDraco 发动机组成,安装在飞船的侧面,能产生约 1.5 万磅的推力,可以将飞船升到离地面 1500 米的高度。船舱还配备了 37 立方米的非加压货舱,可携带体积相对较大的舱外设备,运送至国际空间站。ftnEETC-电子工程专辑

飞船采用了当下主流的两艘构型设计——返回舱+服务舱,高6.1米,重约4.2吨,一次最多可以运载7名航天员,和俄联盟号最多可容纳 3 人的满载能力相比运载效率提升了约 133%。7名航天员都坐在加压舱内,座位排放是前面3个,后面4个,舱内的座椅是由最高等级的碳纤维和阿尔坎塔拉(Alcantara)织物面料制成。在人员转移上的优势,Crew Dragon与NASA的航天飞机相当,如果不搭载7名宇航员,还可以转载等量的货物。ftnEETC-电子工程专辑

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(官方直播截图)ftnEETC-电子工程专辑

和 2018 年 2 月份,猎鹰重型火箭把特斯拉 Roadster 跑车和宇航员假人送入太空一样,每逢重大发射,马斯克式的浪漫主义情怀,都会得到淋漓尽致地展现。这一次的载人龙飞船发射,船舱内的零重力指示器的外形是一只紫色的小恐龙ftnEETC-电子工程专辑

另外一个值得关注细节是,这次的宇航员乘往发射台的座驾,史无前例的换成了白色特斯拉Model X。在此之前,宇航员一直是乘坐印有NASA标志的Astrovan“太空车” 前往火箭脚下,登上发射架,这一传统自打1983 年 11 月执行 STS-9 开始,就一直为宇航员们服务,充满历史气息,深受宇航员的喜爱。而今被特斯拉Model X取而代之,特斯拉 Model X从此也有了“太空车”的标签ftnEETC-电子工程专辑

Crew Dragon自动化程度很高,座椅前方的显示屏将向宇航员提供飞船位置和舱内环境等信息,并增加了窗户、触摸屏控制台、应急逃生系统、环境控制以及生命支持系统等人类需要的设施及系统。内部充满了科幻电影中的未来感。此外,飞船可由宇航员和地面控制中心控制,同时也能够全自动飞行。ftnEETC-电子工程专辑

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“载人‘龙’飞船最大的技术亮点是采用了首创的新型发射逃逸系统。飞船不需要火箭逃逸塔逃生,而是利用自身装备的8台‘超级天龙座’发动机逃生。”航天专家庞之浩介绍指出,“不同以往逃逸塔系统,飞船可以在上升阶段任何时刻都能逃逸,更加安全。”ftnEETC-电子工程专辑

特朗普观看发射并高度赞扬

猎鹰 9 号原计划美东时间5月27日下午升空,副总统彭斯此前已在5月19日召开的国家航天委员会会议上宣布自己要出席观看发射。但因为气候不佳,27日下午火箭发射宣告暂停,改到30日,让当天专程前往的美国总统特朗普扑了个空。NASA局长吉姆·布里登斯廷(Jim Bridenstine)表示,延迟是基于宇航员安全考虑。ftnEETC-电子工程专辑

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(Youtube直播截图)ftnEETC-电子工程专辑

30日下午 3 时 22 分,火箭顺利发射。再次前往肯尼迪航天中心现场见证的特朗普表示,“这令人难以置信,这样的科技,这样的力量……美国已经重新获得了我们作为世界领导人的声誉。”ftnEETC-电子工程专辑

特朗普赞扬这是美国在太空发展取得领先地位的里程碑。“我认为这次发射对我们国家而言是一次重要的激励,明年经济将是最好的一年,现在我们又重回世界冠军,而且这只是一个开始”。他说,在太空排名第二,就不可能在世界排名第一,因此美国致力于发展太空,成立太空军种。ftnEETC-电子工程专辑

美国总统亲自出席美国航天发射活动很少见,总统和副总统同时现身观看更是罕见。特朗普也成为继尼克松(观看1969年11月“阿波罗”12号发射,美国第二次载人登月任务)与克林顿(1998年10月“发现”号航天飞机发射任务)之后,第 3 位亲自看着执行载人任务的宇宙飞船发射升空的美国总统。奥巴马2011年4月计划现场观看“奋进”号航天飞机发射任务,但当天的发射因技术问题被取消,任务最终在几周后进行,但奥巴马没有再前往航天发射中心观看。ftnEETC-电子工程专辑

在疫情和骚乱冲击下,特朗普十分需要这场航天上的成功来振奋国人。ftnEETC-电子工程专辑

《华盛顿邮报》24日刊文认为,如果顺利发射,将是一个代表美国在航天领域领导地位的胜利时刻,毫无疑问是选举年的竞选广告。如果出现问题,这将是一次惊人的打击,可能令NASA摇摇欲坠并危及美国2024年航天员重返月球的计划。ftnEETC-电子工程专辑

开启太空私有化的下一个重要阶段

可以回收再利用的猎鹰 9 号系列运载火箭自推出以来,已在 9 年内发射过 84 次,执行大大小小任务。此次任务的成功将开启太空私有化的下一个重要阶段,SpaceX 将开始定期执行国际太空站任务。ftnEETC-电子工程专辑

私人航天工业计划从2021年开始向空间站部署第一批私人宇航员。由美国国家航空航天局前空间站项目经理迈克·苏弗雷迪尼运营、总部位于得克萨斯州的初创公司Axiom Space与SpaceX公司达成协议,将派遣四名宇航员执行商业任务。另一家初创公司太空探险公司与SpaceX公司签订合同,从2022年开始将游客送入太空。ftnEETC-电子工程专辑

将非政府工作人员送入地球轨道有助于推动低重力制造技术发展,用于新材料开发、小行星采矿和其他商业活动,如果人造卫星在发射后需要修理或在投入运行前需要另行组装,需求也能得以满足。ftnEETC-电子工程专辑

NASA于2014年开始与SpaceX和波音公司合作开发私人发射业务能力。波音公司略微落后于其竞争对手SpaceX,如果能解决星际飞船舱的故障问题,它的首次飞行任务预计将在明年进行。ftnEETC-电子工程专辑

据财富中文网报道,NASA雇佣这两家公司的主要动机是节省成本。ftnEETC-电子工程专辑

根据2010年的计算结果,尽管每架航天飞机能够搭载多达6名宇航员,外加货舱中的有效载荷,但是每次航天飞机飞行的费用均超过10亿美元。NASA向俄罗斯支付的“联盟”号火箭发射费用人均超过8000万美元。相比之下,根据NASA监察长办公室去年的一份报告,通过SpaceX将一名宇航员送入太空的总成本仅为5500万美元(也有称2000万美元)ftnEETC-电子工程专辑

航天初创公司Electric Sky的首席技术专家、2009年奥古斯丁委员会成员杰夫·格里森说:“商业卫星的复杂性和成本很大程度上取决于卫星在脱离运载火箭之后如何自行展开。如果在成本方面具有竞争力,那么人们没有理由拒绝使用人来代替商业卫星。”ftnEETC-电子工程专辑

马斯克18年梦想成真

SpaceX的老板埃隆·马斯克(Elon Musk)说,当他看到自己的梦想成真,火箭完美升空时,他“非常激动”。 他说:“为实现这一目标已经努力了18年。”、“希望这是火星文明之旅的第一步。ftnEETC-电子工程专辑

早在 2005 年,一心驰往火星的马斯克就提出了建造载人太空飞船的构想,并坚持把垂直起降作为技术发展路线。Crew Dragon正是在这样宏大的愿景下,诞生的阶段性成果。ftnEETC-电子工程专辑

一代Crew Dragon首飞于 2010 年 12 月,第二次发射是在 2012 年的 5 月。这两次发射都属于试射。在性能和系统能力得到成功验证后,第一代Crew Dragon才开始为 NASA 执行国际空间站商业补给任务。ftnEETC-电子工程专辑

从 2012 年 10 月 8 日的 CRS-1,到 2020 年 3 月 7 日的 CRS-20,一代Crew Dragon共计为 NASA 执行了 20 次国际空间站商业补给任务,其中仅出现过一次失败(2015 年 6 月 28 日 CRS-7 任务)。ftnEETC-电子工程专辑

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龙飞船二代设计图和具体规格参数(图自:Sapce.com)ftnEETC-电子工程专辑

凭借猎鹰九号运载火箭的基础发射能力,SpaceX 深受 NASA 的青睐。为了促成龙飞船的研发,NASA 先后在 2008 年和 2011 年,给马斯克送出商业货运补给合同和商业载人航天开发合同。因此,根据业务属性不同,龙飞船的用途也分为货运和载人两个版本。ftnEETC-电子工程专辑

2019 年 3 月 2 日,载人Crew Dragon进行了首次无人飞行测试,任务代号 Demo-1。飞船内象征性地摆放了一个假人模型,用来记录真实航天员承受的各项数据。在抵达国际空间站并短暂停留后,载人Crew Dragon于 2019 年 3 月 8 日离开国际空间站回到地球,溅落至大西洋,测试取得圆满成功。ftnEETC-电子工程专辑

本以为宇航员搭乘本国商业飞船进出太空的愿望,近在咫尺。2019 年 4 月 20 日,突如其来的一场爆炸,让这个愿景近乎毁于一旦。龙飞船因在当天的例行静态试点火过程中,发生了爆炸,太空舱几乎完全被毁。爆炸产生的橙红色浓烟,在五公里开外的海滩上清晰可见。ftnEETC-电子工程专辑

事件发生后,SpaceX 立即成立了调查小组。2019 年 7 月,阿波罗登月 50 周年大庆前夜,SpaceX 公布了事故调查结果:由于氧化剂高速撞击钛阀门,导致钛与氧化剂相互作用,从而酿成了这场不幸。ftnEETC-电子工程专辑

尽管事后 SpaceX 给出了一套清晰的解决方案,即彻底换掉钛金属止回阀,采用一次性安全隔板替代,增加可靠性。但考虑到这次事故的影响,龙飞船的首次载人飞行一直被推迟到了今天。ftnEETC-电子工程专辑

“一个令人兴奋的新篇章已经翻开, NASA现在可以专注探索外太空了。”斯坦福大学教授斯科特·哈伯德这样说道,他同时也是美国国家航空航天局艾姆斯研究中心的前主管和SpaceX宇航员安全顾问。“购买往返低地球轨道的‘客票’将更加常见,就像购买机票一样。”ftnEETC-电子工程专辑

德勤咨询公司专注国防和航空行业的负责人布雷特·劳伯特补充道:“这是一个重大的里程碑。美国正在开展基础设施建设,促进低地球轨道空间生态系统的发展,增强私营公司和公民进入太空的能力。”ftnEETC-电子工程专辑

载人航天任务,美国不再依靠俄罗斯?

在上一次将人类从美国本土发射进入地球轨道后,已经过去了将近10年。ftnEETC-电子工程专辑

2011年7月21日,“亚特兰蒂斯”号航天飞机在佛罗里达肯尼迪航天中心跑道上缓缓减速,这是美国航天飞机最后一飞,美国独立载人航天事业按下了暂停键。2011年7月8日的最后一次航天飞机任务以后,NASA一直依靠俄罗斯联盟号火箭运送宇航员往返于国际空间站ftnEETC-电子工程专辑

不过根据相关统计,俄罗斯"联盟"号飞船每个座位的费用连年涨价,2007年的单价只要2180万美元,而到了2020年座位的单价涨价超过4倍,达9000万美元。对于座位不断涨价,美国一直颇有微词。ftnEETC-电子工程专辑

而之所以受制于俄罗斯,是因为波音和洛克希德马丁合资成立的发射公司联合发射联盟(ULA),本可以通过德尔塔 IV 重型火箭让美国重新扬名立万,但单次发射任务要价高达 4 亿美元,最终双方合作难以为继。ftnEETC-电子工程专辑

另一边波音和SpaceX公司承担的商业载人运输项目屡度推迟,原计划2017年发射,最后推迟至2020年。这迫使NASA只得以总体上越来越贵的价格购买更多“联盟”号座位。NASA总检察长办公室去年11月的一篇报告称,自2017年商业载人运输飞行原定启动时间过去以来,因波音和SpaceX公司飞船研制工作遭遇推迟,该局又花费约10亿美元增购了12个联盟号座位,以保证其能够继续造访空间站。ftnEETC-电子工程专辑

所以本次发射的另一个重要意义,是美国9 年以来首度不依赖俄罗斯,再次于美国本土成功执行载人太空任务。ftnEETC-电子工程专辑

虽然本次Dragon Crew发射成本是俄联盟号衍生版本“进取号”货运飞船的两倍,但载货能力也相应提高了两倍。相比于航天飞机,尽管Crew Dragon的载货能力只有前者的三分之一,但其发射成本约为航天飞机的十分之一。ftnEETC-电子工程专辑

如果此次任务圆满成功,那是否意味着美国可以完全摆脱对俄罗斯飞船的依赖呢?实际情况是,还要依赖一段时间。ftnEETC-电子工程专辑

5月12日,航天新闻网报道称,为防备商业载人运输项目出现进一步推迟,NASA将花费超过9000万美元买下俄“联盟”号飞船今年秋天发往国际空间站时的一个座位。NASA称,这项交易意在“保证我局能继续信守承诺,通过保持美国在国际空间站上的持续存在来实现安全运行”,直至商业载人运输飞船进入常态化服务阶段。ftnEETC-电子工程专辑

至于明年春季是否还会向俄罗斯再购买一个座位,NASA局长Bridenstine表示,取决于此次载人“龙”飞船任务的进行情况和下一艘飞船“机组”1任务的准备情况。ftnEETC-电子工程专辑

波音CST-100糟糕的首飞表现也会一定程度上影响美国载人航天计划。去年12月,CST-100飞船进行了首次发射,却因为计时器问题提前返回地球,未能与国际空间站对接,如此低级的失误让外界大跌眼镜。此外,该飞船的降落伞也出现过问题。这些问题导致CST-100飞船首次载人飞行再次推迟。ftnEETC-电子工程专辑

成功对接空间站

在轨道上度过了近一整天的时间后,5月31日下午,根据NASA前方传来的最新图像, Crew Dragon已于31日上午10点29分成功对接到国际空间站。ftnEETC-电子工程专辑

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美国宇航局的宇航员克里斯托弗·卡西迪(Christopher Cassidy)和俄罗斯宇航员阿纳托利·伊万尼辛(Anatoly Ivanishin)和伊万·瓦格纳(Ivan Vagner)在赫尔利和本肯登上空间站时与他们的新伙伴握手。ftnEETC-电子工程专辑

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“欢迎来到,Bob和Doug。我要告诉你们,全世界都看到了这次任务,我们为你们为我们的国家所做的一切感到骄傲,事实上,为激励全世界而感到骄傲,”NASA局长Jim Bridenstine在地球上说,这是他个人的欢迎。ftnEETC-电子工程专辑

“我们真的很感激,先生,” Hurley说。“很明显,我们很荣幸能参与其中。我们必须赞扬SpaceX,商业载人计划,当然还有美国宇航局。很高兴让美国重回载人火箭发射业。我们很高兴来到空间站这个宏伟的建筑群。”ftnEETC-电子工程专辑

Hurley说,他对Crew Dragon太空舱的表现“非常满意”,该太空舱在升空不到一天就将他们带到了空间站,“Crew Dragon是一个漂亮的载具,我们的气流很好,所以我们度过了一个非常棒的夜晚。”ftnEETC-电子工程专辑

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采用传感器和摄像头的新对接系统

SpaceX公司的Crew Dragon有一个自动对接系统,它利用一系列传感器和摄像头帮助飞行器接近国际空间站,然后抓住ISS现有的对接端口。去年,SpaceX公司在没有乘员的情况下向国际空间站发射了一个测试版本的飞行器,成功地验证了这一技术的可行性。ftnEETC-电子工程专辑

但这一次,Crew Dragon将携带宇航员和非常重要的货物。ftnEETC-电子工程专辑

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虽然Crew Dragon号能够将Bob Behnken和Doug Hurley单独送入空间站,但这两名宇航员在接近国际空间站时特地进行了一些人工控制飞行。在离空间站220米到170米之间的某个地方,航天员们利用飞船内部的触摸屏界面,练习手动驾驶太空舱。完成后,自动系统再次接管了整个对接过程。ftnEETC-电子工程专辑

Crew Dragon号的对接展示了SpaceX公司太空舱的最大特点之一:自动对接系统。这款设计,能够让飞行器在没有人类乘客任何输入的情况下,自动接近国际空间站,并锁定在一个标准化的对接端口上。去年,SpaceX公司成功地展示了这一能力,当时该公司将测试版的载人“龙”飞船(Crew Dragon)送入空间站时,飞船上没有乘员。但这一次,该公司需要证明,当Crew Dragon号飞船上有贵重货物时,这项技术仍然靠谱。ftnEETC-电子工程专辑

Crew Dragon太空舱的前身是SpaceX的货运飞船“龙”,不过它在向国际空间站运送补给和食物时,并不具备这种技术。ftnEETC-电子工程专辑

以前在所有货运任务中,国际空间站上的宇航员必须使用空间站的机械臂抓住即将到来的货舱,并将其带入对接坞。这种技术被称为停泊,这需要国际空间站上的宇航员做大量的工作。自动化对接能力有助于在新的机组人员到达时,腾出时间让宇航员们做其他事情。ftnEETC-电子工程专辑

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8月底的载人任务将带4个人

在到达轨道后,Behnken和Hurley宣布,他们将太空舱命名为 "奋进号"。ftnEETC-电子工程专辑

"我们选择 ‘奋进号 ’这个名字有几个原因:一是因为自2011年航天飞机项目结束后,美国国家航空航天局、SpaceX公司和美国一直在进行这项令人难以置信的努力,"Hurley在发射到太空后的一个活动中说,"另外将其命名为 ‘奋进号’,对我和Bob来说有一些比较私人的原因,我们俩都曾在‘奋进号 ’航天飞机上进行过第一次飞行,将这个名字传承下去对我们来说意义重大。"ftnEETC-电子工程专辑

Behnken和Hurley在 2000 年 7 月都被选入 NASA 的宇航员部队,执行过多次飞行任务,是多次并肩作战过的“老战友”。ftnEETC-电子工程专辑

再次走进熟悉的发射场时,两人都已为人父。Behnken在 5 月 12 日发布推文说,他必须在发射前得到年幼儿子的“批准”。上月底,他还在推特上分享了儿子画的龙飞船。ftnEETC-电子工程专辑

目前还不清楚他们何时回家。两人预计将在国际空间站上停留6到16周左右,参加一些科学实验。ftnEETC-电子工程专辑

本次 Demo-2 的试飞任务发射成功后,SpaceX 和 NASA 接下来将着手准备发射 Crew-1 任务。这是龙飞船的首个正式操作任务,它将运送 3 名 NASA 宇航员维克多·格洛弗(Victor Glover)、迈克·霍普金斯(Mike Hopkins)和山农·沃克(Shannon Walker),以及 1 名日本宇航员Soichi Noguchi前往国际空间站。ftnEETC-电子工程专辑

据 NASA 局长 Jim Bridenstine 透露,NASA 目前锁定在美国时间 8 月 30 日发射 Crew-1 任务。因此 Demo-2 测试飞行必须在正式发射任务日期的前几周返回,以便对飞船进行检测。ftnEETC-电子工程专辑

具体返回时间,取决于NASA希望两位宇航员在上面做多少工作,以及飞船、宇航员在轨状况以及Crew-1准备工作进展。完成驻留后,宇航员将乘坐飞船返回地球,只有等两名宇航员安全返回地球,整个任务才算成功。ftnEETC-电子工程专辑

责编:Luffy LiuftnEETC-电子工程专辑

本文综合自NASA官网、财富、cnBeta、澎湃新闻、新浪科技、Technews、美国之音、极客公园、航天新闻网报道ftnEETC-电子工程专辑

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