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马斯克发射宇宙飞船 惊心动魄72小时回顾

2020-06-29 15:41:03  来源:智东西

北京时间5月31日凌晨3点22分,美国东部时间5月30日15点22分,马斯克创办的民营航天公司——SpaceX,与NASA(美国国家航空航天局)一道,在美国佛罗里达州的肯尼迪航天中心的39A发射台,用SpaceX的猎鹰9号火箭(Falcon 9)和龙载人飞船(Crew Dragon)将两名NASA的宇航员Doug Hurley和Bob Behnken送入太空。

▲承载NASA宇航员的SpaceX载人航天系统发射成功

这次载人航天任务,被称为猎鹰9号火箭龙载人飞船二次测试任务(Falcon 9’s launch of Crew Dragon’s second demonstration ,Demo-2),宇航员进入太空后,会搭乘龙飞船前往国际空间站,完成相关的任务后,两位宇航员则将继续乘坐龙飞船返回地球。

本次发射任务原计划在北京时间5月28日凌晨执行,但当日由于天气条件不乐观,NASA和SpaceX方面取消了发射任务,并转由今日发射。

本次载人航天发射任务意义重大,在全球范围内受到了广泛关注。

对SpaceX来说,这是其成立近20年来首次执行航天产业中最艰巨、技术难度最高的载人航天任务,意味着其航天技术实现了新的突破,发展到了一个新的阶段,受到了NASA乃至美国官方的完全认可。

对美国来说,这是自2011年来,首次由美国公司,或者说美国火箭、以及在美国本土进行的载人航天发射。美国的媒体和民众都非常自豪与激动,NASA和SpaceX更是在直播中,将这次发射称为Launch America(美国发射)。全球有数百万人在观看直播,或是在社交网络上参与相关话题的讨论,同时美国总统特朗普也抵达现场观看发射进程。

▲特朗普到场观看发射仪式(右一)

对全人类来说,这是第一次由民营航天公司将宇航员送上太空的项目,证明了载人航天——这项此前只有国家级力量才能实现的工作,也可以被民营企业实现,并进行商业化运作,未来私人太空旅行将成为可能。

这对于促进美国乃至全球民营航天事业发展,促进人类航天事业继续向前突破,都起到了重要的激励作用。

一、首次商业载人航天飞行实现 历程一波三折

2002年,航天爱好者马斯克创办了SpaceX太空探索公司——这也是全球首家民营的航天业务公司。SpaceX致力于研发可重复使用的火箭和飞船来降低成本,以实现人类星际旅行,以及移民其他星球的梦想。

SpaceX成立之后,NASA逐步减少了发射任务,转而将一些发射卫星、向国际空间站的工作以商业合同的形式交给SpaceX来做,订单金额达到了十几亿美元。该公司也进而借助这些生意,逐渐发展壮大,研发出了猎鹰9号、猎鹰重型等多款火箭,以及名为Starship的太空飞船,目标是在地球、月球、火星之间进行航行。

虽然拿到了很多订单,但SpaceX一直都是用火箭往太空送卫星或是货物,从未进行过载人航天飞行。

▲SpaceX猎鹰9号火箭

2010年初,NASA正式决定将日渐老化的航天飞机全部退役。2011年7月21日美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机于美国东部时间21日晨5时57分(北京时间21日17时57分)在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆,结束其“谢幕之旅”,这寓意着美国30年航天飞机时代宣告终结。

在过去的9年中,所有的美国宇航员都是在哈萨克斯坦乘坐着俄罗斯的火箭前往国际空间站,但要支付高昂的“车票钱”。NASA因此也在与SpaceX进行密切合作,希望以更低的成本将宇航员送入太空。

时至2020年,这一愿望终于得到实现。据外媒报道,本次发射中,龙飞船的每个座位“票价”虽然高达6000万美元,但也仍然比乘坐俄罗斯的飞船少了3000万美元,可谓极具性价比。

与此同时,选择SpaceX的载人航天服务,也激起了美国人民的国家自豪感。毕竟这是自2011年以来,首次由美国公司在美国的土地上,使用美国的火箭,进行载人航天活动。

在对SpaceX和美国有特殊含义之外,本次发射活动最重要的意义在于开创了商业载人航天的新时代。

本次发射活动完成后,意味着SpaceX的载人发射能力真正得到了验证,其后续也可以进行更大规模的商业载人活动,让宇航员之外的普通人,也有了乘坐宇宙飞船上天的机会。

据外媒报道,SpaceX此前就表示,已经有个人消费者表达了对乘坐龙飞船进行太空旅行的兴趣,并且目前已经销售出了4张“机票”,2021年这些个人消费者将乘坐飞船进行太空旅行。

中国有句古语叫做好事多磨,对这次发射任务来说,也是一波三折。

本次发射任务原计划在北京时间5月28日凌晨执行,但就在发射任务执行之前,据美国媒体报道,美国时间2月28日,SpaceX的星际飞船(Starship)原型SN1在位于德克萨斯州南部进行压力测试时发生爆炸。

▲Starship原型SN1爆炸

网络上发布的视频显示,当时SN1原型正在进行液氮压力测试,发射升空后,油箱爆裂,SN1爆炸后坠落——这是第一折。

北京时间5月28日凌晨,距离预定发射时间还有10多分钟的时候,NASA和SpaceX方面宣布,由于天气原因,取消发射——这是第二折。

到了北京时间5月30日,这次载人航天项目将进行第二次发射,但在当天上午,外媒又报道称SpaceX的Startship的第四台原型机在德州测试时发生爆炸,又给本次载人航天发射项目蒙上了一层阴影——这是第三折。

不过值得庆幸的是,尽管今天凌晨1:40分左右发射现场天气状况仍在下雨,但好在很快雨过天晴,发射项目一切顺利,猎鹰9号和龙飞船载着两位宇航员顺利升空。

二、宇航员与家人温情送别 特斯拉充当摆渡车

本次载人航天活动直播在北京时间5月30日11点正式开始,发射前4小时,宇航员在NASA位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心穿上宇航服,并进行装备测试。两位宇航员更换宇航服的地点正是50多年前,阿姆斯特朗、奥尔德林和柯林斯穿上太空服的房间。

在这个房间内,多名NASA的工作人员会让宇航员坐在与载人飞船一致的座椅上,然后对宇航服进行充气,以检查宇航服是否有泄露的情况。同时,工作人员还会检查其通讯设备。

▲两位宇航员在工作人员的协助下调整宇航服

Doug Hurley和Bob Behnken分别是前美国海军陆战队的试飞员和空军试飞工程师,拥有丰富的飞行经验,随后被NASA征召为宇航员,两人分别进行过载人飞行任务。鉴于人们对宇航员安全问题的担忧,这两位宇航员在5月1日向记者表示,他们认为乘坐龙载人飞船的危险系数要比大型航天飞机小。

▲Doug Hurley(左)和Bob Behnken(右)

在上述进程结束之后,美国宇航局局长Jim Bridenstine与两位宇航员进行了数分钟的交流。

此次发射现场并没有见到SpaceX和特斯拉的创始人马斯克的身影,但在第一次测试发射时,马斯克曾身着黑色皮鞋西装,戴着黑口罩,与两位宇航员进行交谈并合照。要知道,马斯克在特斯拉的发布会上,很多时候都是上身西装下身牛仔裤+耐克运动鞋,可见其对这次发射任务的重视程度之高。

▲马斯克与两位宇航员进行交谈

在穿着宇航服并进行检测后,两位宇航员走出建筑物大门,乘坐车辆前往肯尼迪航天中心的发射台。

有两个小细节值得关注。

一是宇航员乘坐的车辆,从此前NASA常用的银色中巴车,换为了特斯拉的Model X,一下就让这个过程显得非常具有现代感,甚至是具有未来感。

▲宇航员上特斯拉Model X汽车

第二,两位宇航员在上车前,会跟家人进行告别。两位宇航员的妻子和孩子都到了现场,但是家人前有一根隔离线,并不会让双方进行接触,因此宇航员和家人,仅能在大概1米的距离上,不停的挥手打招呼,并做出拥抱和亲吻的动作,来进行“隔空拥抱”。

在宇航员上车并关闭特斯拉Model X的鹰翼门后,宇航员的家人们才能站在窗户前,近距离跟宇航员进行告别。

整个过程充满温情。

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▲宇航员与家人告别

三、龙飞船数字化水准极高 可实现自动驾驶

告别与送行仪式结束后,在多台警车,甚至还有一台装甲车的护卫下,车队从航天中心驶向发射场,路上不断有更多的警车加入车队护航,同时也有一些路人和媒体记者在路旁拍摄或送行。

▲护送宇航员到达发射台的车队

经过大概10多分钟的行程后,车队抵达了发射台。

两位宇航员下车后直接乘坐电梯抵达发射架顶部,通过廊桥进入了龙载人飞船内部。

这是一个8.1米长,4米宽的子弹型太空舱,与1969年至1972年将美国国家航空航天局宇航员送入月球的“阿波罗”太空舱相似。最多可搭载4人进入太空。

▲SpaceX Dragon Crew飞船的乘员舱

几名地面工作人员帮助两位宇航员就座、系好安全带、连接并测试各类设备。在一切准备就绪后,工作人员离开了飞船,舱门关闭。宇航员开始操作面前的三个屏幕,为飞行做准备。

▲飞行员面前的操作屏幕

从此前NASA的载人飞行视频中可以发现,载人飞船中有密密麻麻的按钮需要操作,但在SpaceX的这个龙飞船中,宇航员主要面对三个触摸屏即可,仅有少量的按钮在屏幕下方。

从某种程度来说,这种设计理念与特斯拉Model 3还颇为类似。

NASA工作人员在直播中介绍,中间屏幕显示的发射任务的关键步骤,包括目前进行到哪一步,下一步要做什么等。两侧屏幕会显示飞船的关键参数,包括气压、温度等。

由此可见,龙载人飞船的数字化水平较此前的飞船有了大幅的提升。也难怪,SpaceX的工程师称龙飞船是新一代的载人飞船。至少从数字化水准上说,确实非常先进。

以汽车为例,想要将中控台大量的控制功能整合进一个屏幕之中,需要对整车的电子电气架构进行大幅改进,包括将控制器数量减少并整合在域控制器内,提升控制器之间的通信网络架构等,相信龙飞船也是如此。

此外,NASA工作人员介绍称龙飞船还具备自动驾驶飞行能力,可以自己飞行,仅在特殊情况下才需要宇航员手动驾驶。

数字化水平之外,载人飞行相较载物飞行,最大的区别在于对安全性的要求更高——毕竟人命关天。

在此前进行的非载人测试(Demo-1)中,猎鹰9号和龙飞船成功与国际空间站进行了对接,一切顺利。但据美国科技媒体GeekWire报道,当地时间2月28日,SpaceX的星际飞船(Starship)原型机SN1在位于德克萨斯州南部进行压力测试时发生爆炸——表明航天活动仍然具有较高的危险性。

对于如何保证安全,马斯克在接受采访时表示,一方面是在过去几年了做了数千次的各类测试。另一方面,猎鹰9号此前搭载龙载货飞船,已经往返国际空间站多次,经验丰富。官方资料显示,猎鹰9号已经成功发射了83次。

“宇航员出发去发射台前,我跟他们的家人进行了沟通,我跟他们说,我会把他们安全带回来。”马斯克在周三说这句话时面色凝重,但却也充满自信。

当然,龙飞船也设计了一套逃生方案。如果火箭发生故障,宇航员可以自行控制8个特殊的发动机来操纵载人飞船,使其完成与猎鹰9号火箭分离,然后打开降落伞着陆。

这次载人飞行除了对美国意义重大之外,它也是人类历史上首次商业载人飞行,SpaceX和NASA的目标是让载人飞行日后成为商业活动。

NASA的一位官员也更是打趣称,希望把汤姆克鲁斯送上太空,演一部太空电影。马斯克则表示,未来人们可以乘坐火箭去月球、火星,甚至是移民。

四、宇航员将登陆国际空间站 协助科研活动

北京时间3点22分,在经过了4个多小时的等待后,NASA最终下达了点火命令,一束浓厚的火焰从火箭底部喷涌而出,高温火焰与发射台喷射的冷却水相遇后,激起大量水蒸气,产生了一团巨大的浓烟。

与此同时,猎鹰九号缓缓离开地面,驶向天空。十几秒之后,火箭的速度越来越快,拖着一个巨大的橙色焰尾,冲上云霄,最后变成一个光点,驶离摄像机的镜头,冲入星辰大海。

▲火箭发射场景

大约在发射后2分40秒,猎鹰9号火箭的第一级助推器与飞船分离,自行飞回地球,最终降落在远离佛罗里达州海岸大西洋中提前安排好的无人船中。

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▲第一助推器与飞船分离,并稳稳落在无人船的指定位置

在火箭的第二级助推器将飞船送至离地球400公里的预定轨道后,也与之分离。随后飞船会缓慢地飞向国际空间站,并通过自身携带的发动机进行位置调整,最终与国际空间站进行对接。这个过程中,如果自动停靠系统出现问题,宇航员也可以进行手动控制。

▲第二助推器与飞船分离

外媒预计两位宇航员将花费19小时在轨道上,并在对接前进行约30分钟的人工测试。然后,Crew Dragon会在对接两小时后停靠并打开舱口。

▲本次发射任务的流程图,右侧为国际空间站

载人飞行带小玩具是外国宇航员的传统,这次他们带了一只小恐龙上天,还特别给它系了安全带。当玩具飘起来,就代表达到了零重力状态。

▲小恐龙失重飘起来

连接完成后,宇航员会进入国际空间站。外媒在报道中称,本次任务要求两名宇航员要在国际太空站中停留30~119天(1~4个月),NASA和SpaceX会确定宇航员停留的具体时间。

外媒报道称,如果Hurley和Behnken安全到达太空站,他们除了要完成地面安排的任务外,还将为该站正在进行的各种研究项目提供帮助,例如帮助研究有关火焰如何燃烧以及植物如何在太空中吸收水分等问题。

在今年1月,宇航员Christina Koch和Jessica Meir将一个冷原子实验室安装在了国际空间站上,这表明宇航员也可以为太空科学研究做出贡献。

当在国际空间站的任务完成后,两名宇航员将从国际空间站返回龙飞船,然后与国际空间站脱离,缓缓向地球方向下降,整个下降过程大约要持续两天。

▲航天器对接国际空间站动画演示

▲下降过程动画演示

随后,龙飞船的成员舱将与飞船的推进舱分离,并以17000英里/小时(27000公里/小时)的速度冲入地球大气层。

大气层中颗粒的摩擦将会产生阻力来缓解它的下降速度,同时摩擦会提升其外部温度。隔热罩可以保护宇航员们免受极端温度的影响,但飞船外壳就比较惨了,比如在“Demo-1”任务完成时,返回的乘员舱外观看起来就像一个烤棉花糖。

乘员舱突破大气层后,会打开4个Mark 3降落伞,然后缓缓落在佛罗里达海岸附近的大西洋上,搜救队将在SpaceX的GO Navigator船只附近等待,以协助乘员舱离升海面,并带领宇航员返回进行检查。

五、结语:人类迈入航天新时代

本次载人航天发射任务,在全球都引起了广泛关注。

本任务除了是美国11年后首次进行载人发射之外,更大的意义在于开创了人类的航天历史——首次由民营公司进行商业载人航天发射任务。

这也意味着,未来乘坐太空飞船进入太空,将会成为一项商业活动,没有宇航员身份的普通人,也可以支付一笔费用(数千万美元)乘坐飞船进入太空观光。

此外,SpaceX作为商业航空的领军企业,成功进行载人航天发射后,也会激励更多的民营资本与研发力量进入到航天领域,对现在的以国家为主的研发探索体系提供补充,进而促进全球航天事业的发展。

未来,在太空和其他星球建立定居点、开采太空矿物、利用太空的零重力环境进行种植与生产制造活动等美好的愿望,将离人类越来越近。

而最重要的是,航天活动将让人类也将不再是单一星球生物——这就避免了因为核战争或是行星碰撞造成人类灭绝的悲剧发生。

最后,祝愿两位宇航员在太空一切顺利!祝愿人类的航天事业能够取得更多的进展!也祝愿中国的民营航天公司,能够取得更好的突破!

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