[科普中國(guó)]-SpaceX龍2飛船成功載人首飛，世界載人航天迎來(lái)第四位玩家

北京時(shí)間2020年5月31日03時(shí)22分，美國(guó)太空探索科技公司（SpaceX）用自家獵鷹9號(hào)火箭成功發(fā)射龍2載人飛船，成功運(yùn)送兩名宇航員（Douglas Hurley和Robert Behnken）進(jìn)入太空，前往國(guó)際空間站，他們將在1天后抵達(dá)?；鸺患?jí)也實(shí)現(xiàn)了成功回收。

整裝待發(fā)的火箭（左）和兩名宇航員（右），新的宇航服充滿科幻感（圖源：SpaceX）

自1961年4月12日蘇聯(lián)宇航員加加林進(jìn)入太空、開(kāi)啟人類載人航天時(shí)代之后，全世界僅有三個(gè)國(guó)家，蘇聯(lián)/俄羅斯、美國(guó)和中國(guó)，掌握了載人航天能力。其中，隨著2011年7月19日美國(guó)航天飛機(jī)執(zhí)行完最后一次任務(wù)退役后，美國(guó)失去了從本土出發(fā)的載人航天能力，只能依靠俄羅斯聯(lián)盟號(hào)飛船前往國(guó)際空間站。

SpaceX此次任務(wù)，從NASA傳奇發(fā)射架LC-39A出發(fā)，這里見(jiàn)證了阿波羅登月和航天飛機(jī)計(jì)劃的成功。此次發(fā)射不僅標(biāo)志著美國(guó)載人航天能力的恢復(fù)，也標(biāo)志著人類載人航天一個(gè)嶄新的時(shí)代開(kāi)始：一個(gè)商業(yè)航天公司成為第四位玩家，它獨(dú)立并全面掌握了載人航天最重要的運(yùn)載火箭、貨運(yùn)飛船和載人飛船等環(huán)節(jié)。

一、傳奇運(yùn)載火箭：獵鷹9號(hào)

此次任務(wù)使用的運(yùn)載火箭是SpaceX近期服役的獵鷹9號(hào)-Block 5型，它是SpaceX在2008年突破運(yùn)載火箭技術(shù)后的第四代主力火箭。

SpaceX的獵鷹系列火箭家族基本圖譜（改編自Lucabon）

獵鷹9號(hào)-B5火箭不僅運(yùn)載能力處在世界前列，還能實(shí)現(xiàn)火箭一級(jí)和整流罩回收的獨(dú)門絕活。由于經(jīng)過(guò)了大幅技術(shù)改進(jìn)，廣泛使用新材料和新設(shè)計(jì)，它的理論可回收復(fù)用次數(shù)近百次，不經(jīng)過(guò)大修保養(yǎng)可做到連續(xù)10次左右回收。它的可靠性也相當(dāng)高，目前發(fā)射成功率均為100%。在經(jīng)過(guò)NASA的反復(fù)審核后，它獲批成為美國(guó)新一代可載人級(jí)別運(yùn)載火箭。

考慮到即便一枚新獵鷹9號(hào)火箭的造價(jià)（6000萬(wàn)美元左右）都要比同行低很多，甚至低于俄羅斯聯(lián)盟號(hào)載人飛船單人票價(jià)（已達(dá)到9000萬(wàn)美元），龍2載人飛船使用自家公司的火箭發(fā)射費(fèi)用將大大降低。事實(shí)上，SpaceX另一主要項(xiàng)目，星鏈低軌衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座，也已經(jīng)通過(guò)自家火箭極低的發(fā)射費(fèi)用擊垮了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

二、劃時(shí)代的載人飛船：龍2

SpaceX初代的龍1貨運(yùn)飛船僅用于貨運(yùn)，但它用了很多超前設(shè)計(jì)理念和先進(jìn)工程技術(shù)，可靠性很高。在22次發(fā)射任務(wù)中，除了一次因?yàn)楂C鷹9號(hào)v1.1火箭爆炸事故被摧毀之外，其余均取得成功。它也是除航天飛機(jī)外唯一可回收復(fù)用的獨(dú)立貨運(yùn)飛船，在2020年3月份SpaceX對(duì)國(guó)際空間站的第20次貨運(yùn)任務(wù)時(shí)，已經(jīng)是這一艘龍1貨運(yùn)飛船的第9次復(fù)用。

目前，龍1貨運(yùn)飛船已經(jīng)宣告退役，龍2載人飛船將兼具載人和貨運(yùn)功能。龍1貨運(yùn)飛船項(xiàng)目是SpaceX此前利潤(rùn)最高的項(xiàng)目之一，為后續(xù)的龍2載人飛船技術(shù)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

整體來(lái)看，龍2載人飛船在技術(shù)方面，有如下重大突破：

a.設(shè)計(jì)安全性

這是任何一個(gè)載人航天飛船最重要的基本需求。NASA對(duì)商業(yè)載人航天項(xiàng)目（CCP）對(duì)安全性的要求是：飛船發(fā)射上升段和返回下降段宇航員損失比不得超過(guò)1:500，即每500次任務(wù)最多只能損失1位宇航員?？紤]到最長(zhǎng)210天的任務(wù)周期和各種太空意外，總指標(biāo)是1：270。相比較而言，航天飛機(jī)項(xiàng)目要求1:90（實(shí)際2/135），俄羅斯聯(lián)盟號(hào)飛船要求是1:110（實(shí)際1/87）。

動(dòng)圖：此前SpaceX已經(jīng)通過(guò)“炸掉一枚”火箭的方式測(cè)試了龍2載人飛船在最大動(dòng)壓點(diǎn)附近的極限逃逸能力（圖源：SpaceX）

b.強(qiáng)逃逸能力

傳統(tǒng)載人飛船發(fā)射必須攜帶昂貴的逃逸塔，負(fù)責(zé)發(fā)射前和發(fā)射后兩分鐘左右的宇航員安全，發(fā)射過(guò)程中會(huì)被拋掉。而龍-2飛船自帶8臺(tái)逃逸用SuperDraco超強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)，由激光3D打印鐵鉻鎳材料制造而來(lái)，能力強(qiáng)大，且可重復(fù)使用，能夠提供的安全保護(hù)周期更長(zhǎng)。事實(shí)證明，它不僅順利通過(guò)了數(shù)千個(gè)小時(shí)的各類測(cè)試，且靜態(tài)逃逸能力、發(fā)射時(shí)最大動(dòng)壓點(diǎn)附近逃逸能力都非常出眾。

c.可復(fù)用能力

龍2載人飛船自帶可復(fù)用逃逸系統(tǒng)，且自身設(shè)計(jì)不需要額外的整流罩（獵鷹9號(hào)整流罩造價(jià)在500萬(wàn)美元級(jí)別），返回地球時(shí)至關(guān)重要的隔熱罩采用模塊化設(shè)計(jì)可方便更換，海面濺落式回收對(duì)飛船的硬沖擊也很小，本身的設(shè)計(jì)也是圍繞可回收進(jìn)行。如果再考慮火箭，一次龍2飛船載人任務(wù)的全系統(tǒng)可回收復(fù)用能力極高。

龍2載人飛船細(xì)節(jié)圖，可以看到它并沒(méi)有傳統(tǒng)太陽(yáng)能帆板（圖源：SpaceX）

d.強(qiáng)大載人能力

龍2載人飛船的內(nèi)部加壓空間有9.3立方米，集中在一個(gè)艙段里，非加壓貨運(yùn)艙段也有12.1立方米。不僅最多可以搭載7名宇航員，也可以搭載較多貨物，尤其是任務(wù)結(jié)束時(shí)的貨物下行運(yùn)輸能力。相比而言，美國(guó)早期的水星計(jì)劃、雙子座、阿波羅飛船只能載1-3位，NASA新一代在研的獵戶座飛船只能載3-6位。本次龍2載人飛船依然屬于測(cè)試階段，因而只載2人。龍2載人飛船內(nèi)部是一個(gè)科幻感十足的布局，空間并不擁擠，體驗(yàn)也很好。

龍2載人飛船（左）與實(shí)際發(fā)射的聯(lián)盟飛船（右）對(duì)比，龍-2飛船有分離的貨物區(qū)，7名宇航員即便全副武裝準(zhǔn)備發(fā)射，內(nèi)部空間也要寬敞許多（圖源：NASA）

e.新科技的廣泛運(yùn)用

龍2載人飛船運(yùn)用了一系列新技術(shù)，它的能量供應(yīng)依然主要采用服務(wù)艙外殼上貼折疊式太陽(yáng)能電池片的方式，整體更加集約高效，不存在巨大的太陽(yáng)能帆板。它的控制系統(tǒng)采用觸屏化、智能化，傳統(tǒng)控制面板僅作備份，對(duì)于宇航員非常友好。龍2載人飛船也能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)對(duì)接國(guó)際空間站，并不需要機(jī)械臂的幫助。在突發(fā)失壓甚至真空狀態(tài)，飛船的設(shè)計(jì)依然能夠讓整體正常運(yùn)行。

此外，SpaceX還設(shè)計(jì)了更先進(jìn)的宇航員艙內(nèi)服，能夠保障宇航員在這種緊急情況下的生存，提高安全性。它的最大過(guò)載設(shè)計(jì)僅3倍重力，甚至低于一些游樂(lè)場(chǎng)的大型游樂(lè)設(shè)施，對(duì)普通人都很友好。

聯(lián)盟飛船（左）與龍2飛船（右）的操作界面也完全不同（圖源：NASA）

f.成本較“低”

龍2載人飛船的成功，對(duì)NASA也有著舉足輕重的意義，預(yù)計(jì)一次龍2載人任務(wù)的報(bào)價(jià)預(yù)計(jì)僅在1.6億美元級(jí)別，單座位報(bào)價(jià)遠(yuǎn)低于俄羅斯和美國(guó)新一代飛船。曾經(jīng)燒錢維持國(guó)際空間站載人航天發(fā)展的局面將得到一定改善，可節(jié)約一部分資金，支持更多商業(yè)航天勢(shì)力發(fā)展，也為下一步著重從事的深空探測(cè)儲(chǔ)蓄力量。

同時(shí)，隨著世界三大載人航天大國(guó)進(jìn)入新一代載人飛船同臺(tái)競(jìng)技階段，目前僅有美國(guó)和中國(guó)實(shí)現(xiàn)了共計(jì)三型飛船實(shí)際入軌測(cè)試，SpaceX的龍2飛船、波音的星際客機(jī)（并未完全成功）和中國(guó)新載人飛船。但隨著龍2飛船實(shí)際載人任務(wù)的成功，美國(guó)在這一領(lǐng)域再次保持領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。不過(guò)需要說(shuō)明的是，目前的龍2飛船主要定位于近地空間載人任務(wù)，和能夠進(jìn)一步執(zhí)行深空載人任務(wù)的中美俄新一代主力載人飛船還是有一定技術(shù)差距的。

目前世界主流現(xiàn)役和待服役載人飛船對(duì)比（圖源：Memorian-QN）

在這次任務(wù)前后，SpaceX不僅全程在各種社交媒體實(shí)時(shí)更新進(jìn)展，還設(shè)計(jì)了可以體驗(yàn)飛船與空間站交會(huì)對(duì)接技術(shù)的互動(dòng)游戲。發(fā)射期間，兩位宇航員還首次乘坐了和SpaceX同一老板（伊隆·馬斯克）的特斯拉小汽車前往發(fā)射架，做了一個(gè)大大的廣告。除了直播火箭發(fā)射全程吸引億萬(wàn)觀眾之外，觀眾也可以通過(guò)獨(dú)特的VR虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)技術(shù)，“走入”發(fā)射場(chǎng)，自由切換視角，體驗(yàn)近距離接觸火箭的震撼。商業(yè)航天展現(xiàn)出的強(qiáng)大科普和公眾影響能力也著實(shí)讓人意外，值得學(xué)習(xí)。

宇航員將首次乘坐小汽車前往發(fā)射塔，而非NASA傳統(tǒng)的小巴，這輛車的車牌號(hào)叫做ISSBND(International Space Station Bound)：前往國(guó)際空間站。正如獵鷹重型火箭首次發(fā)射載荷是一輛小汽車一樣，這也是特斯拉一次大大的廣告

對(duì)于擁有航天夢(mèng)的普通人而言這也意義重大。我們能收獲到更多日新月異的載人航天技術(shù)反饋，更重要的是，隨著商業(yè)力量逐漸降低載人航天的準(zhǔn)入門檻，或許航天也將成為人類未來(lái)出行的一個(gè)重大選項(xiàng)，甚至直達(dá)下一站，火星！