使用社交账号登陆

当前位置: 主页 > 前沿 > 天文 • 物理

马斯克让美国重回太空

时间: 2020年11月16日 | 作者: 吴非、樊亦非 | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
北京时间11月16日8:27,在美国佛罗里达肯尼迪航天中心,SpaceX的载人龙飞船搭乘猎鹰9号运载火箭,将运送3位NASA宇航员和一名日本宇航员发射升空。

未标题-1.jpg


文 | 吴非、樊亦非


北京时间11月16日8:27,在美国佛罗里达肯尼迪航天中心,SpaceX的载人龙飞船搭乘猎鹰9号运载火箭,将运送3位NASA宇航员和一名日本宇航员发射升空。龙飞船计划与国际空间站对接,4位宇航员将开展约半年的太空站任务。这也是首次经批准的正式商业载人航天任务,标志着商业载人航天的重要里程碑。

 

image.png


点火2分36秒后,龙飞船与一级火箭分离。


image.png


点火约10分钟后,一级火箭成功降落并被回收。


image.png


点火12分15秒后,飞船与二级火箭分离。此后,龙飞船独自踏上前往国际空间站的旅程。


image.png


“这是首次有4名宇航员,并且通过商业航天器前往国际空间站,这也是美国联邦航空管理局(FAA)首次批准前往轨道的商业载人航天器,”NASA局长吉姆·布里登斯廷(Jim Bridenstine)表示,“此次飞行有着众多‘第一’,4位宇航员也将在未来半年内取得更多惊奇的发现。”



打破航天器“发射荒”


自从首架航天飞机“哥伦比亚”于1981年升空以来,航天飞机一直是NASA进行载人航天项目、搭建国际空间站的有力工具。但随着“挑战者”号和“哥伦比亚”号航天飞机相继发生事故,加之其余的3架航天飞机逐渐老化,2010年,NASA决定将航天飞机全部退役。2011年7月,“亚特兰蒂斯”号航天飞机成功执行最后一次任务后,航天飞机正式宣告退出历史舞台。


在此之后,美国的载人航天陷入了近10年的空窗期。由于缺乏载人航天器,美国宇航员只能搭乘俄罗斯的“联盟”号飞船进入国际空间站。费用昂贵不说,“寄人篱下”使得国际空间站中NASA宇航员的数量也受到了限制。


不过,NASA显然不会任由这种情况持续太久,但这次研发的主角由他们自己转变为商业公司。在决定退役航天飞机的同一年,NASA就宣布了下一代商业载人航天计划。此后,两家企业——马斯克的SpaceX与波音公司展开了激烈的竞争,而NASA则为两家公司提供资金支持。


其中,波音公司制造的CST-100星际航线(Starliner)飞船于去年年底进行了无人试飞,计划与国际空间站对接。但由于任务计时器出错,飞船燃烧的推进剂超过预期,因而偏离了原定航线,错过了与空间站对接的机会。就在上周,NASA宣布星际航线的下一次无人测试将于2021年一季度进行,而首次载人飞行预计至少要到明年夏天才能进行。


image.png

CST-100星际航线(左)与SpaceX龙飞船(右)

图片来源:波音/SpaceX


SpaceX龙飞船的研发过程同样历经波折。去年4月,龙飞船在进行发动机自动点火测试时,一个阀门故障导致火箭发射的推进剂泄漏,从而引发连锁反应,导致爆炸。就在当月,龙飞船在返回舱着陆测试中也遭遇了挫折。返回舱配备的4个降落伞中,除去一个为测试系统控制能力而“主动未打开”的,其余3个未能正常打开,导致返回舱高速撞毁。


不过,在查明并解决了一系列问题之后,龙飞船还是抢先一步实现了商业载人航天的目标。今年5月30日,龙飞船已经载着两名宇航员道格拉斯·赫尔利(Douglas Hurley)和罗伯特·贝恩肯(Robert Behnken)前往国际空间站,完成了Demo-2演示任务的最后一环。经过64天的太空之旅,龙飞船在大西洋成功溅落,两名宇航员安全返回。此次任务的成功标志着商业航天时代的开启,并获得了关于运载火箭、龙飞船、地面系统、在轨飞行、对接、返回、着陆等全流程的数据,为飞船最终认证提供了参考。


image.png

今年8月,载人龙飞船返回(图片来源:NASA)


此后,SpaceX除了等待FAA的最终批准,还进一步改进了之前存在的问题。SpaceX 副总裁汉斯 · 科尼斯曼(Hans Koenigsmann)表示,工程师们发现,再入大气层时的高温对飞船隔热罩造成了过度侵蚀,该公司已经加固了易受影响的部分。其次,在第一次载人飞行时降落伞打开的高度有点低,如今降落伞的高度测量系统也得到了改进。最近,SpaceX 还更换了执行发射任务的猎鹰 9 号火箭的两个发动机,这使发射延误了两周。


经过近半年的等待,NASA于11月10日宣布,FAA对载人龙飞船和猎鹰9号火箭的认证工作已经完成,认为SpaceX有能力运送宇航员往返于轨道,并授予SpaceX 6次乘员运输任务,每次任务将最多搭乘4名航天员,同时向国际空间站运送100千克货物。这是NASA历史上首次给予商用载人航天系统认证。



4位宇航员


此次被命名为Crew-1的任务共有4名成员参与,他们分别是NASA宇航员香农·沃克(Shannon Walker)、维克多·格洛弗(Victor Glover)和迈克尔·霍普金斯(Michael Hopkins),以及日本宇航员野口聪一(Soichi Noguchi)。


image.png

从左至右依次为沃克、格洛弗、霍普金斯和野口聪一(图片来源:NASA)


其中,霍普金斯是首位在太空舱内指挥4人机组团队的指挥官,他也是首位隶属于美国太空军的NASA宇航员。此次的驾驶员格洛弗是本次机组人员中,唯一一位首次进入太空的。他也将成为国际空间站建立20年以来,首位承担全职工作的黑人成员。沃克曾于2010年6月乘坐联盟号TMA-19进行了首次太空飞行任务。


除了以上3位NASA宇航员,日本宇航员野口聪一也加入了本次任务。他此前曾乘坐过美国的航天飞机及俄罗斯的“联盟”号飞船两度前往太空。野口聪一成为首位搭乘美国商业航天器的非美国籍宇航员,也是史上第三位搭乘3种不同类型航天器进入太空的宇航员。



设计亮点


载人龙飞船使用了类似阿波罗飞船的太空舱设计,可以容纳7名宇航员。霍普金斯将其命名为“适应力”(Resilience)。霍普金斯说,2020年充满了挑战,我们需要从太空计划中获得正能量。之所以选择这个名字,是因为它不仅与4名宇航员有关,还要为每个人的生活带来一些积极的东西。


image.png

龙飞船太空舱与猎鹰9号火箭


太空舱下方连接的是服务舱,这里包含了太阳能电池、散热器、储物空间等。整个龙飞船直径4米,高8.1米,使用了16个天龙座推进器用于在轨道上对飞船的运动状态进行微调,每个推进器在真空环境中可以提供相当于40千克重的力。


载人龙飞船还配备了逃逸系统:8个超级天龙座推进器,每个都能提供相当于7.2吨的推力,从而使载人舱能够在任务的任何阶段迅速脱离,帮助宇航员逃生。


龙飞船的内部也充满了科技感。SpaceX工程师约翰·费德施皮尔(John Federspiel)就介绍称,公司的设计理念就算将飞船打造为“21世纪的飞船”,其内部最显著的特征之一是3块触摸显示屏,飞船的指挥官和驾驶员可以通过屏幕进行操控,彻底改变了用按钮操控飞船的方式。


image.png


Crew-1的宇航员计划在太空中停留197天,远超1974年美国太空实验室最后一批机组所创造的84天的美国自身记录。届时他们的接替者将登上另一艘载人龙飞船到来。同时,货运版本的龙飞船还将继续定期运送食物和补给。


SpaceX载人航天计划负责人本吉·里德(Benji Reed)表示,该公司预计将在未来14个月内发射7艘龙飞船,包括3艘载人飞船和4艘货运飞船。他说:“这些飞船的发射意味着,太空中随时都会保留两艘飞船。”


参考来源:

https://www.space.com/spacex-crew-1-astronauts-nasa-firsts

https://edition.cnn.com/2020/11/08/world/astronauts-excited-iss-resilience-launch-trnd/ 

https://www.cbsnews.com/news/spacex-nasa-crew-dragon-launch-international-space-station/ 

https://www.space.com/spacex-nasa-crew-1-astronauts-launch-site-arrival 

https://www.bbc.com/news/science-environment-52840482