见证! SpaceX发射成功并与国际空间站对接

硬知❤知知 2020-06-01 18:44
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本文提要5月30日SpaceX载人龙飞船顺利升空,开启了商业载人航天新篇章。在约19小时后载人龙飞船成功与国际空间站实现对接。本文回顾了发射过程,介绍了SpaceX太空技术探索公司,并分析了此次载人龙飞船的两大优势以及飞船应用到的新技术,接着比较了中美部分航天发动机的差距,以及本次飞船成功发射将会对航天领域产生的促进作用。展望未来,人类对于宇宙的探索行动将会永远持续下去。

 

 

火箭成功发射,与空间站对接

图 | SpaceX火箭成功发射

美国东部时间5月30日下午3点22分,美国宇航局(NASA)与太空技术探索公司(SpaceX)启动载人航天任务,搭载着两名美国宇航员的载人“龙”飞船(Crew Dragon )成功从佛罗里达州肯尼迪航天中心发射。

在经过约19小时的飞行后,载人龙飞船成功与国际空间站实现对接,两位宇航员与空间站上的宇航员即将正式会合。

图 | 载人龙飞船与国际空间站对接成功

回顾整个发射过程,飞船点火升空约2分半钟后完成一级火箭分离,9分半钟后,发射载人龙飞船的重型火箭“猎鹰9号”的助推器成功降落到“Of Course I still Love You”的海上平台上,实现回收。

图 | 海上回收平台

第12分钟飞船按照计划成功与火箭二级分离,标志着人类历史上首次由私营公司开发的商业载人航天发射一切顺利。

BBC称,它标志着载人航天运输走向商业化的转折点——企业将向政府以及任何其他想要购买服务的机构或个人出售太空旅行。

不仅如此,本次发射的最大意义是美国时隔9年首次在本土利用本国制造的火箭和载人飞船独立将航天员送上太空,美国再一次获得了航天飞机时代的天地往返能力。

 

SpaceX与NASA

 

自21世纪初期开始,NASA就开始筹备利用其他机构实现宇航员前往国际太空站的任务。2010年,时任美国总统奥巴马宣布取消了“星座计划”(重返月球),NASA只能寄希望于私人商业机构提供宇航员往返太空的服务。

2014年9月,NASA宣布与波音和SpaceX达成价值70亿美元的“商业乘员运输能力(CCtCap)”合同。一旦通过NASA的认证,即可加入服务于国际空间站(ISS)的飞船舰队。

认证中包括至少进行一次无人飞行测试、一次载人飞行测试,并在系统经过认证后进行六次实际任务,以此向NASA证明已具备向国际空间站运送宇航员的能力。

在2019年初,SpaceX就已成功完成了载人龙飞船的无人飞行测试。此次龙飞船的载人飞行发射是SpaceX载人航天系统的最后一项主要测试,该测试的成功意味着将SpaceX将成为NASA认证的商业载人航天机构,可承担往返国际空间站的机组人员飞行任务。

 

载人龙飞船的发射优势

 

1.比中国还要低的火箭发射费用

2011 年 7 月 21 日,亚特兰蒂斯号航天飞机安全着陆,结束了美国航天飞机服役30年的历史,美国自此没有了自己的载人航天的飞行器,只能完全“仰仗”俄罗斯联盟号飞船往返国际空间站。

这一机票价格也逐年上涨,在俄罗斯的最新报价中NASA需要缴纳高达8600万美元来获得一个座位。SpaceX本次成功发射无疑将使美国在这一领域摆脱对俄罗斯的依赖。

马斯克此前在公司网站上发表了题为“为什么美国可以击败中国:SpaceX公司费用的事实”的文章。

文章中明确提出猎鹰9号火箭的标准发射费用为5400万美元,对比我国便宜又非常可靠的长征三号乙火箭的发射费用也达到6000万美元以上。

这得益于SpaceX公司在成本控制上的精确把握。同时成本的大幅度降低,也会给更多非国家机构的商业载人航天的发展增加动力。

 

2.可回收的火箭技术

自苏联发射可回收火箭能源二号以来,人类就不断尝试研究对火箭有价值的部件进行回收的技术。美国当地时间2015年12月21日晚,SpaceX发射的"猎鹰9"成功实现第一节火箭软着陆,从而开创了火箭从太空直接垂直回收的历史。

经过近几年不断的升级和迭代,这一技术逐渐走向成熟。下图中间的火箭即是本次任务采用的猎鹰Falcon9号Block 5,火箭芯一级编号B1058.1,能够将载人龙飞船Crew Dragon送入地球低轨道。由于NASA要求载人飞船的火箭必须是全新的,这枚火箭只在2019年进行过静态点火测试。

图 | 不断升级迭代的SpaceX芯一级火箭

最左边的火箭是B1051,已成功使用并回收了4次,最近一次于4月22日成功发射第七批60颗星链(Starlink)卫星,左二是B1059,使用并回收2次,最近一次成功发射货运龙CRS-20, 最右边是B1060助推器,即将被指派发射GPS-III SV03导航卫星。

 

载人龙飞船的新技术

 

作为新一代的载人飞船,此次载人龙飞船内部具有极大的空间,最多载人数量达到了7位,另外中国的新型飞船也可将把一次性可送入太空的宇航员人数从以前的3人增加到6人。

载人龙飞船内部也实现了高度自动化,能够自主对接国际空间站,与传统不同,载人龙飞船舍弃了逃逸塔,而是为飞船配备了八枚特制的发动机,如果出现故障,宇航员可以随时启动逃逸系统,操纵太空舱脱离猎鹰 9 号火箭。

另一个引人注目的设计是飞船采用触控屏代替了传统的按键、开关,极具现代感,为了保险起见,机械控制系统仍被保留,必要时宇航员可以切换手动控制飞船。

图 | SpaceX载龙人飞船内部空间

图 | 飞船终止测试效果图

图 | 宇航员操作触控屏

图 | 新款宇航服

SpaceX此次还专门为这次载人航天设计了新款宇航服,这套定制的宇航服由SpaceX公司与服装设计师Jose Fernandez合作设计。

宇航服采用了特殊面料,具有耐压、冷却和阻燃等功能,配备了3D打印头盔,集成了遮光罩、耳机麦克风,以及通风降温系统等功能,同时手套经过设计可以操控触控屏,头盔外观也让人联想到科幻电影异形中出现的宇航服设计。

图 | SpaceX设计的新款宇航服

图 | 异形:契约中出现的宇航服

 

中美载人航天差距

30日我国载人航天工程也传来好消息,西昌卫生发射中心采用长征十一号运载火箭,采取一箭双星方式,成功发射新技术试验卫星。长征11号是起飞重量57.6吨的固体燃料火箭,此次SpaceX猎鹰是起飞重量550吨的液氧煤油火箭,两者不是一个级别的火箭,承担的任务和属性完全不一样,二者不存在什么竞争。

图 | 国内长征十一号甲固体运载火箭2022年首飞

在与SpaceX同属于商业航天大推力发动机领域的我国民营企业蓝箭去年圆满完成国内首台80吨液氧甲烷发动机——“天鹊”(TQ-12)试车。

这既标志着中国民营航天企业大推力液体火箭发动机产品“零的突破”,也使得“天鹊”发动机成为继美国SpaceX的猛禽发动机、蓝色起源的BE-4发动机之后,世界上第三台完成全系统试车考核的大推力液氧甲烷火箭发动机。

图 | 天鹊-12液氧甲烷发动机

作为亚洲最强液氧甲烷发动机,天鹊-12的真空推力为76吨,而SpaceX的猛禽液氧甲烷发动机真空推力达到357吨,那么液氧甲烷发动机相对于液氧煤油发动机比冲高,流动性更好,不易结焦,不易积炭。而相对于液氢液氧发动机更安全,更便宜。

事实上在载人航天领域中,中美从来没有像现在差距这么小过。中国作为航天大国,要正视差距,奋起直追,成为航天强国依然任重道远。

总之可以预见,此次SpaceX的载人龙飞船发射成功,会对整个航空航天产业具有巨大的推动作用。发射成本的降低,火箭的可回收势必导致成本大大降低,将可能带来发射数量的暴增,进而产生成本的进一步降低以及利润的增加,技术迭代加快,带来太空产业的更多应用。

有趣的是美国政府日前宣布,允许本国企业开采月球资源,美国总统特朗普已签署相关法令。这一月球私人化法案的通过是否预示着美国想开启第二次太空竞赛?

此次人类首次私营公司商业载人航天成功发射,是人类在探索宇宙,迈向群星之路中的一个巨大进步,然而更多的意义在于商业上的突破,技术上依然采用的是美国沉淀下来的技术,即使是要开展太空竞赛也是得靠技术上飞跃。

最后,SpaceX还推出了载人龙飞船与国际空间站的对接仿真小游戏——《载人龙飞船追踪》,打开手机浏览器界面即可体验。

游戏链接:https://iss-sim.spacex.com/

图 | 《载人龙飞船追踪》游戏界面

 

 

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