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SpaceX 18年里程碑,全球首次商业载人发射的前世今生_详细解读_最新资讯_热点事件

未知   2020-05-31 18:00   4069

编者按:本文来自微信公众号“甲子光年”(ID:jazzyear),作者:刘景丰,36氪经授权发布。

美国东部时间5月30日15时23分(北京时间5月31日凌晨3时23分),佛罗里达肯尼迪航天发射中心39A发射台,人类首次实现了商业载人发射!

这一次,创造历史的又是马斯克。

他成立的商业航天公司SpaceX旗下的第二代载人“龙”飞船(下文龙飞船,均指二代载人龙飞船)刚刚搭载着两位宇航员,道格拉斯·赫尔利和罗伯特·本肯顺利进入太空。这是自2011年之后,时隔9年,美国在本土执行的第一个载人航天任务;更是全球第一次由私有企业实现的载人发射。

为了这一次龙飞船的成功发射,SpaceX已做了足足6年的准备:

2014年,与NASA签订合约,开始正式打造载人航天项目;

2016年1月,完成飞船降落伞测试。

2019 年3月,二代龙飞船携带假人试飞成功,不过一个月后,这台成功试飞的飞船在例行静态点火时突然起火爆炸;

2020年1月搭载假人测试逃生系统,并主动引爆了搭载飞船的火箭“猎鹰9” 号,献奉上了史上“最贵烟花”;

更别提此前上千次的发动机静态点火测试、近百次的降落伞测试和数十次的海上救援回收飞船测试……

巨大的技术和工程挑战,也让龙飞船发射日期一再推迟,从最初乐观设想中的2015年一直推迟到了今天。

而原定于3天前(美东5月27日16时33分)的发射任务也在当天发射前因天气原因被紧急取消。

就在此次龙飞船发射的前一天(美东时间5月29日13时49分),SpaceX旗下星际飞船(Starship)SN4原型机在测试中发生爆炸。现场火光冲天,火球甚至将火箭运载车吞没。

好事多磨,好在此次星际飞船爆炸未影响本次载人龙飞船发射进程。

一周前,对发射踌躇满志的马斯克曾在Twitter上写道“睁大你的眼睛,望向天空”。

很好!他没有让我们失望。

值得一提的是,SpaceX在本周二还公布了另一个好消息——新获得了3.5亿美元融资。这位太空狂人的星际探索梦又多了些砝码。

龙飞船发射成功,新融资到账,在创办SpaceX整整18年后,太空狂人马斯克离上火星又近了一步。

1.历史性时刻

发射前半小时,两名宇航员道格拉斯·赫尔利和罗伯特·本肯已早早坐进龙飞船,等待最后的发射。

作为首批执行商业载人飞行任务的宇航员,鲍勃·本肯和道格·赫尔利不仅有20年的太空经验,还都开过航天飞机。

道格拉斯·赫尔利是美国海军陆战队中校、试飞员。他曾驾驶过“奋进”号和“亚特兰蒂斯”号航天飞机执行任务,其中就包括2011年美国航天飞机退役前最后一次飞行——“亚特兰蒂斯”号航天飞机执行的谢幕任务。

罗伯特·本肯是一名工程博士、空军上校。他曾两次参与“奋进”号航天飞机飞行任务,并进行过6次、共超过37个小时的太空行走。他们早在2018年就被NASA选定进行龙飞船的首飞,为这一次飞行任务已等了2年。

龙飞船内部设计走白色极简主义风,很像高级轿跑。飞船内有7个座位,3面圆形窗户。在座位前上方,是飞船的显示和控制模块。

两位宇航员的太空服则由曾为蝙蝠侠、超人、蜘蛛侠、美国队长等漫画英雄设计电影战衣的好莱坞服装设计师何塞·费尔南德斯操刀。当然,这酷炫的太空服也必须通过NASA的各项严苛测试,以满足航天任务所需的功能性和安全性。

发射1分钟后,火箭将飞船推入8.1千米高空,此时飞船飞行速度已经达到1000公里/小时。5分钟后,飞船飞行速度已经超过1万公里/小时,进入200公里的近地轨道。同时,“猎鹰9”号火箭也顺利在海上平台被回收。

飞船将在太空飞行19个小时,于美国东部时间5月31日10时与国际空间站对接。

此次发射的龙飞船,采用两舱段设计方案,独立飞行时可工作1周,对接状态下可工作210天。

接下来的19个小时里,两位宇航员将沿着地球轨道环绕飞行,并将于美东时间周四上午11点29分与国际空间站对接。

目前,SpaceX和NASA已把今年8月30日作为了下一次龙飞船发射的目标日期。届时,会有4位宇航员被送上太空,其中3名是美国NASA宇航员,一名是日本宇航员。

2. 龙飞船有何不一样?

其实人类之前已有载人航天的技术,那么此次发射的龙飞船与此前相比有何不一样?

细数下来,龙飞船创造了多个世界第一:

第一个可重复使用的载人飞船;

第一个由商业公司制造的载人飞船;

第一个成功通过逃生系统测试的载人飞船;

得益于该项任务,SpaceX成为全球第一个把宇航员送入太空的商业公司;

从某种意义上,龙飞船的成功宣示了美国重返载人飞船的行列。

当今世界,能实现载人航天的国家只有三个:中国、美国、俄罗斯。

中国、俄罗斯选择了飞船路线,目前技术下这种航天器只能使用一次;美国在1972年之前选择用飞船来运送宇航员,但由于当时的飞船只能使用一次,1972年之后转向航天飞机路线,好处是可以重复使用。

但设想中很美的航天飞机计划的发展却事与愿违。

航天飞机更像是一架用火箭驱动的飞机,这是它能重复使用的关键———大机翼在减速伞等设备的辅助下控制速度,进而控制升力的大小和方向,调节飞行姿态和位置,使航天飞机准确地降落在跑道上。但真开始投入使用后,它的缺点开始暴露,不仅成本没降下来,安全性还无法保障。

航天飞机使用费用有多贵?通过一组数据来感受下,自1972年以来,美国共为航天飞机项目支出1960亿美元,共执行飞行任务135次,分摊下来每次的发射成本约为15亿美元,相当于每发射一次就烧掉1.5个 “独角兽”。

更让人担忧的是,航天飞机的安全性始终无法保障。

1986年,“挑战者”号航天飞机升空后爆炸,7名航天员遇难;2003年,另一架 “哥伦比亚”号航天飞机又在升空后发生爆炸解体,机上7名航天员同样全部遇难。两次事故,不但损失了美国5架航天飞机中的2架,还失去了14名航天员。人们对航天飞机的安全性充满质疑:135次飞行失败2次,算下来航天飞机的事故率达到1.5%,远远超出了NASA在设计之初估计的每10万次飞行失败1次的要求。

航天飞机事故成了美国人心中挥之不去的痛。这也是日后NASA为什么会如此看重载人飞船安全性能的原因。

2011年,在“亚特兰蒂斯”号航天飞机执行完最后一次任务后,美国结束了所有航天飞机的服役。

此后,NASA与波音公司、SpaceX合作了“商业乘员计划”,开展可重复使用的载人飞船项目。

最先做出成绩的是拥有深厚工业底蕴的波音公司。2019年11月,波音旗下名为“星际客机”的载人飞船率先进行了紧急逃生系统测试,但测试时遭遇故障,飞船返回舱3个降落伞中有1个没打开。

一个月后,“星际客机”在首次不载人的试飞中再次遭遇挫折——未能按计划与国际空间站对接,只好提前返航。两次测试失利令NASA大失所望。

“星际客机”的失败,顺势把可重复使用载人飞船的首发机会让给了SpaceX龙飞船。

龙飞船的逃生系统测试,是以一场“最昂贵的烟花”向世人展示的。

2020年1月19日,龙飞船搭载假人宇航员借助“猎鹰9” 号火箭升空。随后“龙”飞船带着假人飞离火箭,火箭随即爆炸,在空中形成巨大的火球,被网友们戏称为“最昂贵的烟花”。

飞船在大西洋上降落,测试成功。

这次逃生测试是载人航天史上的一次重大突破。

逃生测试是应对火箭发射意外最为关键的一部分。有了此次的成功测试,NASA和SpaceX 才下定决心进行真正的载人飞行。

安全性有了,还要考虑可用性——成本够不够低?

龙飞船是可重复使用的,随着使用次数增加,成本会逐步降低。

一份美方报告显示:SpaceX龙飞船的报价为每座位5500万美元。而波音“星际客机”的船票是每人9000万美元,比SpaceX贵出60%。如果再跟航天飞机折合每次飞行花费15亿美元的费用相比,龙飞船的费用是航天飞机的1/27。

这样看,龙飞船无疑是目前最完美的载人飞船了。

3. 互相成就的SpaceX和NASA


造出龙飞船的SpaceX如今大放异彩,其主要业务有三大板块:

一是发射业务,对应猎鹰1、猎鹰9、猎鹰重型等运载火箭。

二是载人航天业务,对应今天发射的二代龙飞船和未来更大型的星际飞船星舰(Starship);

三是志在打造天基互联网服务的星链计划。

实际上,包括SapceX在内,如今美国商业航天公司的欣欣向荣,都离不开背后的伯乐NASA。

上世纪90年代以来,美国航天工业开始被波音和洛克希德·马丁公司垄断,这两家公司后来还联合起来哄抬火箭发射价格,让NASA身受其苦。

2003年,痛定思痛的小布什政府,开始对彼时仍处于垄断地位的NASA和传统军工巨头开刀。

这背后的逻辑是,政府主导和军工巨头垄断下的航天项目没有生存压力,不仅缺乏创新动力,而且从子系统到火箭飞船成本都严重虚高。

小布什的做法很直接,颁布了两道政令——《国家航天运输政策》《美国国家航天政策》。这两道政策最重要的作用就是将NASA的工作重心转变到科学研究和深空探测领域。

此后,NASA逐步让出近地空间业务,并向私营航天公司开放相关科研项目。换句话说,美国开始真正放开了商业航天的市场。

美国扶持商业航天的背后还有一个小插曲。在2011年美国航天飞机退役后的9年里,NASA不得不依赖俄罗斯的“联盟”号载人飞船将宇航员送往国际空间站。

而且在这个卖方市场,俄罗斯“联盟”号的船票也开始涨价,从2007年的单价2180万美元涨到2018年已达8110万美元。

对于世界头号航天大国的美国来说,这有点太丢面儿了,自己的载人航天任务不仅要看别人脸色,还被别人宰。

为此NASA开始了一场赛马——在载人航天最核心的运载火箭、货运飞船、载人飞船和空间站四个方面,均扶持了一批明星公司和项目,可谓百花齐放。

比如运载火箭领域,既有的“宇宙神”和“德尔塔”家族火箭,也有诺格公司的安塔瑞斯火箭和SpaceX的猎鹰系列火箭;

在货运飞船领域,基于运载火箭的基础,SpaceX的货运“龙”飞船和诺格公司的“天鹅座”飞船是最大赢家;

在载人飞船领域,最初有蓝色起源、波音、内华达山脉集团和联合发射同盟等公司,最后只剩SpaceX的龙飞船和波音的“星际航线”入围;

空间站方面,佼佼者是毕格罗宇航,它专注于可充气式柔性空间站的建设。2016年,其曾将一个重达1.4吨的毕格罗可充气居住舱(BEAM)送到国际空间站,为宇航员提供太空工作休息场所。

在这场赛马的“载人”赛道里,SpaceX是除航天老贵波音之外,获得NASA最多资金扶持的公司。

自2006到2012年,NASA给SpaceX投资近5亿美元,尤其当2008年猎鹰1号成功首飞,SpaceX成为第一个实现火箭发射的商业航天公司,NASA献上“超级大礼”——与SpaceX签订了总额达16亿美元国际空间站货物补给合同。此后又与SpaceX签订26亿美元的国际空间站人员运输合同,支持其开发龙飞船,SpaceX的载人项目由此在2014年开始正式启动。

此外,NASA的软性扶持也不少,包括给人、给技术,争取政策。

在人才上,SpaceX的成立就得益于NASA火箭科学家汤姆・穆勒的加入;此后也不断有NASA人员加入SpaceX的传闻。

就在今年初,前NASA载人航天计划负责人威廉·格斯登迈尔也加入SpaceX,助力此次“龙”飞船发射安全。

技术方面,SpaceX公司的主力发动机灰背隼1上至关重要的喷注器,就来自于阿波罗计划登月舱下降段发动机;SpaceX的2195铝锂合金以及搅拌摩擦焊也不用像其他国家航天机构那样独立研发,只需直接购买相关设备即可。

政策更是不用说,一任任总统前仆后继地给与扶持。除了小布什总统的两道政令,2015年2015奥巴马政府又通过了《关于促进私营航天竞争力、推进创业的法案》和《商业航天发射竞争法案》,进一步压制传统军工巨头,为其他商业航天发展彻底扫清障碍。

NASA这种为他人做嫁衣的精神,让世界其他地区的民营商业航天公司好生羡慕。

但成功除了看时代机遇,还要结合个人努力。

SpaceX的发展史,是一个一直为科技圈津津乐道的“励志故事”。

具体到载人项目的研发中,SpaceX也充满挫折。

2016年9月,搭载龙飞船的“猎鹰9”号火箭在发射台爆炸,导致原定于当年12月的发射计划一推再推,2017、2018,连连落空。

到2019年4月,SpaceX载人项目又在一个月内遭遇两次重创:

先是4月20日,曾演绎过SpaceX测试首飞的第二代龙飞船在例行静态点火时突然起火爆炸;几天后,在龙飞船的一次返回舱着陆测试中,4个降落伞中有一个“主动未打开”,导致返回舱高速撞向地面。

这场爆炸让NASA高层对一路高歌猛进的龙飞船项目开始谨慎起来,各种测试变得更加严苛。甚至NASA局长要求SpaceX年底前必须测试10次来证明安全性。

种种压力袭来,作为总指挥的马斯克却出奇冷静,甚至都没在推文里提及这起事故,但他转发了一篇文章:Tesla’s 11th Death Anniversary — No Joke!(特斯拉的第11个死亡纪念日——不是开玩笑! )。

言外之意,SpaceX不会被一次爆炸吓到,反而会越挫越勇。

后来的表现也确实如此,调查显示,事故发生的原因是,飞船推进器的钛金属止回阀与氧化剂相互作用引发爆炸,而SpaceX此前的设计没有充分考虑钛阀门与氧化剂相互作用的极限条件。为此,工作人员彻底换掉飞船上的钛金属止回阀,采用一次性安全隔板burst disk替代。

2019 年 11 月,龙飞船再次进行了地面静态点火测试并取得成功。

这个小波折只是把人送往太空的千万道关卡中的一个。从这个意义上,SpaceX作为这一领域的前沿公司,是在帮所有后来者挡风和踩坑。

有了NASA的“保姆式”的扶持,再加上马斯克天坚持到底的执拗,SpaceX脱颖而出成为“天选之子”并不令人意外。它值得。

SpaceX与NASA也共同创造了国家航天机构和民营商业公司互相成就的佳话。

4. 商业航天新时代

多年前,登月第一人阿姆斯特朗站在月球表面,说了那句著名的话:

“这是我个人的一小步,却是人类的一大步。”

如今,龙飞船的一小步,也成为全球商业载人航天发展的一大步。

一方面,这将为未来更宏伟的载人太空计划做准备。NASA上周末曾提到,这次的载人发射会将为月球和火星探索奠定基础。

另一方面,这也标志着进入太空可能不再是“宇航员”的专利,这也是龙飞船让大众如此兴奋的原因。

有消息称,SpaceX已经和太空旅游公司Space Adventures签下合约,双方计划在2021年年底至2022年年初启动太空旅游计划。

该太空旅游计划所搭载的正是此次成功运行的龙飞船。飞船每次最多可搭载4名游客,每次可以在轨道中停留5天。但在升空之前,游客要先在美国进行数周的训练。

当然,现在上太空花费不菲,船票可能高达5200万美元,所以如果你还没有挣够几个小目标,暂时离遨游太空有距离。

而未来,随着技术的提升和载人飞船重复使用次数的增多,太空船票有望下探,太空旅行将有机会会逐步普及。

这对一直在浩渺宇宙中感到孤独的地球文明来说,也许是一场浩荡星际征程的起点。

在地面纷扰不断的今天,龙飞船的发射,是一个值得所有人振奋的科技进展。

这辈子,你做好上太空的准备了吗?

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