龙飞船_极客公园

金华新闻新闻 / 来源:极客公园 发布日期:2020-08-04 热度:31C
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#龙飞船#龙飞船回来了,它着陆的样子为什么一点不「马斯克」?

文章来源:极客公园
原标题:龙飞船回来了,它着陆的样子为什么一点不「马斯克」?





这是 NASA 宇航员乘坐商业太空飞船凯旋的第一次,但不会是最后一次。

白色机壳,黑色铆钉,自带后工业主义朋克风的 SpaceX 载人龙飞船回来了。

SpaceX 的载人龙飞船成功溅落在墨西哥湾海面上|NASA

两个月前的 5 月 30 日,鲍勃?本肯和道格拉斯?赫尔利,两位 NASA 宇航员成为了世界关注的焦点。他们搭乘 SpaceX 的载人龙飞船,从肯尼迪航天中心 39A 发射升空,经过 19 个小时的长途跋涉,顺利抵达国际空间站。

来自 NASA 商业载人航天项目(NASA Commercial Crew)的宇航员鲍勃?本肯和道格拉斯?赫尔利|NASA

本肯跟赫尔利的主要职责,是进行任务代号为「Demo 2」的测试工作。从发射到空间站对接,再到乘坐返回舱返程,二人要对 SpaceX 载人航天系统,做全程监测。

当然,他们上天不光做相对枯燥的工作。本肯还完成了两次太空行走,更换了空间站外部的电池。

正在执行太空行走任务的鲍勃?本肯|NASA

赫尔利则在空间站的穹顶舱中,透过六扇明窗,用快门尽情抓拍湛蓝的地球。从白天到黑夜,他把照片上传到了 Twitter ,分享给了全世界。

道格拉斯?赫尔利在国际空间站拍摄的地球照片|NASA

两个月的太空漂泊无疑是漫长的。北京时间 8 月 2 日 7 时 35 分,本肯跟赫尔利操纵龙飞船与国际空间站分离。

载人龙飞船启动与国际空间站的脱离程序|NASA

离开空间站后,龙飞船还要在轨道上绕行 18 个小时。之后,开启推进器,离开轨道冲入地球大气层,期间经历了高达 3500 华氏度的极端温度,飞船外部隔热板的安全性能受到了极大考验。

启程返回地球。这是测试中最危险的阶段任务之一,大约要经历 19 个小时的未知旅程。

假设天气状况不理想,NASA 和 SpaceX 会推迟载人龙飞船的脱轨点火。NASA 工作人员表示,载人龙飞船上的补给物资可维持三天。

幸运的是,两位宇航员乘坐的龙飞船顺利进入大气层,降落伞打开。北京时间 8 月 3 日 2 时 48 分,龙飞船在墨西哥湾成功溅落。

顺利溅落在墨西哥湾水域的载人龙飞船|NASA
航天,安全比酷炫更重要

不同以往 SpaceX 火箭助推器回收过程中垂直着陆的惊艳,龙飞船采用的是最传统、最保守的飞船再入返回模式,即伞式海上溅落。

为什么一贯「喜欢冒险」的马斯克,会采用有悖于自己风格的保守方式来回收飞船呢?

要知道,这并非马斯克的本意。

在载人龙飞船最初的设计方案里,除了要满足可复用、可回收的基本原则,采用助推器软着陆返回的方式,也是飞船最亮眼的标配设计。这基本等同于猎鹰九号垂直着陆的技术原理和呈现效果。

载人龙飞船的原始设计是通过SuperDraco发动机点火,进行垂直着陆的。这是之前原型机测试点火的照片|SpaceX

不过,就当 SpaceX 在 2017 年把引以为傲的设计方案递给 NASA 时,却遭到了对方的坚决抵制。因为载人龙飞船的这些新功能,如果集成在一起,不确定性因素太多了。

尽管龙飞船在推进悬浮、发射中止逃生、垂直着陆等多次测试都没有出现事故,但都未能消除 NASA 决策层的疑虑。

1986 年 1 月 28 日发射的航天飞机挑战者号,在升空后 73 秒爆炸解体|NASA

和大多数人一样,他们认为技术革新相比载人航天的安全性来说,显然没那么重要。毕竟,NASA 被之前航天飞机的两次事故吓破了胆,不得不做保守派。

当然,SpaceX 同样看重保证宇航员的生命安全。助推器着陆原本是 SpaceX 为载人飞船登陆火星的最好方式,但它需要从安全角度对质量做出保证。SpaceX 最终转变了思维,取消了龙飞船助推器着陆的功能。

载人龙飞船的终版设计 Demo,取消了着陆架的设计,但依然保留了 SuperDraco 发动机的配置,用于发射时紧急逃逸功能的实现|SpaceX

阉割后的载人龙飞船,虽依然保留着助推器,但砍掉了着陆架。取而代之的降落方案就是我们今天看到的海上伞降溅落和海上搜救。

飞船伞降溅落的返回过程,虽然在视觉上不及发射的场面震撼,但它远远超过了入轨发射时的难度。因为发射依靠的的猎鹰火箭,无论是运载能力还是可靠性,已在过去 3 年的高频发射中获得了认可。

而龙飞船的载人回收,还是头一回。它考验的不是火箭,而是飞船自身。

首先,载人龙飞船脱离轨道进入大气层时,会与空气摩擦产生巨大的热量,最高可达 3500 华氏度。这对飞船的防热系统是一项巨大的挑战,当然,这也是测试的其中一项。

其次,过载环境和振动环境对船上电气控制系统也是一种考验,高温将造成飞船与地球之间的通信中断,预计将持续约 6 分钟,因此飞船返回舱的再入角度必须要控制好。

脱离规定进入大气层,龙飞船的返回舱会与空气摩擦产生巨大的热量,最高可达 3500 华氏度|SpaceX

以往,几乎所有的飞船都是在陆地着陆。龙飞船之所以不在陆地着陆,SpaceX 考虑到气象风场等测量偏差导致的着陆落点偏移较大的问题。在海上着陆显然不用担心地面人员安全性的问题。

航天不能总是一味地追求酷炫。虽然发动机反推垂直降落能提供极佳的落点精度,但代价是对反推发动机的可靠性要求很高,一旦出现问题后果不堪设想。
最后一考

事实上,「Demo 2」执行的任务不是单单的某项测试,而是看载人龙飞船从发射到回收的整体表现。尽管这艘飞船的完美升空得到了 NASA 的官方认可,但飞船从太空返回地球的路上,还有许多风险。

在溅落前,龙飞船要用降落伞对抗地球引力,以达到平稳着陆的目的。

它有两套锥管降落伞,在海拔 18000 英尺的高空展开,此时的飞行速度约为每小时 350 英里。当飞船位于 6000 英尺左右的高度时,飞行速度可以将至每小时 119 英里,然后四个主降落伞将全部展开,为飞船着陆最最后的减速。

考虑到飞船降落角度可能带来的着陆点偏移,官方给出的降落地点,分别是彭萨科拉、坦帕、塔拉哈西、巴拿马城、卡纳维拉尔角、代托纳和杰克逊维尔这 7 个佛罗里达海岸附近的区域。

在龙飞船与国际空间站分离前的 6 小时,SpaceX 和 NASA 根据具体情况共同决定了本次首选溅落区为彭萨克拉。

救援船「Go Navigator」很早就开往可能溅落的水域|NASA

SpaceX 的工作人员已先前抵达这七个降落地点,并派出两艘救援船「搜寻者」(Go Searcher) 和「领航员」(Go Navigator) 在佛罗里达海岸附近的墨西哥湾和大西洋海域进行搜救。

这两艘飞船上有 40 多名来自 SpaceX 和 NASA 的飞船工程师、水上回收专家、医疗专业人员、飞船船员、NASA 货运专家以及其他协助回收工作的人员。

最终,龙飞船在北京时间 8 月 3 日 2 点 48 分溅落墨西哥湾。两位飞行员称「目前很好」。

龙飞船返回舱被打捞至救援船的甲板上|NASA

溅落发生后,搭载 SpaceX 人员的两艘救援船立即从主回收船上撤离。第一艘船主要负责检查太空舱的完整性,并测试龙飞船周围区域是否存在自燃推进剂蒸汽。一旦清理完毕,船上的人员开始为打捞飞船做准备。第二艘快船负责回收已经从太空舱脱离并在水中的降落伞。

此时,主回收船可以进入并开始将龙飞船的船员舱吊到主甲板上。一旦返回舱进入主回收船,它先是被转移到一个稳定的位置,以便打开舱门,等待医务人员进行初步检查,并协助本肯和赫尔利离开飞船。

工作人员打开舱门,将两位宇航员小心翼翼从返回舱中挪出|NASA

从飞船溅落到宇航员出舱,整个过程持续了一个多小时。北京时间 8 月 3 日 4 点整,龙飞船舱门打开,两位宇航员出舱。

离开龙飞船太空舱后,本肯和赫尔利将立即被送往回收船上的医疗区进行初步评估。这一程序跟乘坐联盟号的宇航员返回地球的方式类似。

经过初步的医疗检查后,本肯和赫尔利将立即搭乘直升机前往肯尼迪航天中心医院,接受全套的医疗服务,最后回到德州休斯顿的约翰逊航天中心。

宇航员本肯和赫尔利在龙飞船「进取号」(Endeavour)舱门打开后,微笑着对着镜头竖起了大拇指|NASA

与此同时,龙飞船将被送回 SpaceX 公司位于佛罗里达州的 Dragon Lair 接受检查和处理。SpaceX 的团队将对本次测试飞行中龙飞船的各项数据和功能表现进行评估,以完成 NASA 商业载人航天(NASA Commercial Crew)以及国际空间站项目对执行任务的飞行系统的认证。

至此,龙飞船 Demo-2 的全部任务总算圆满谢幕了。

停泊在国际空间站的龙飞船|NASA

SpaceX 向 NASA 证明了载人龙飞船完全有能力,作为运送美国宇航员往返于地球与国际空间站的常规运输工具。

用于执行「Crew-1」任务的 SpaceX 猎鹰9 火箭一级助推器已经在 2020 年 7 月 14 日抵达肯尼迪航天中心|SpaceX

接下来,SpaceX 将为即将到来的正式任务——「Crew-1」做准备。具体任务执行前,SpaceX 需要获得 NASA 的正式授权认证。

成功的话,下一次正式飞行任务将由指挥官 Michael Hopkins, 飞行员 Victor Glover,任务专家 Shannon Walker 这三位来自 NASA 的宇航员,以及来自日本宇宙航空研究开发机构 JAXA 的任务专家野口聪一组成。

正式任务的代号为 Crew-1,将依然从肯尼迪航天中心的 39A 发射台启程,四位机组成员预计会在国际空间站逗留 6 个月的时间。

目前,官方尚未给出下次发射的确切时间,因为完成认证大约需要六周的时间,初步预计至少要等到 9 月底。

不过现在,NASA 和 SpaceX 的工作人员应该先开瓶香槟,干了这杯庆功酒。



51 年前的今天,阿波罗 11 号溅落,从月球成功返回。而 45 年前的今天,Apollo-Soyuz 测试项目的飞船溅落,这也是 Apollo 系列飞船的最后一次飞行。

时隔 45 年,载人飞船重回美国本土|NASA

历史仍在继续创造中。


图源:视觉中国|责编:于本一
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