本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號“中國航天報”

　　文| 田豐

　　1961年，人類首次進入太空。

　　1969年，人類首次登上月球。

　　2000年，人類首次在國際空間站長期駐留。

　　2020年，人類民營航天企業(yè)首次將航天員送入太空。

　　獵鷹9火箭成功將載人版“龍”飛船發(fā)射升空。

　　北京時間今天凌晨3 時22分，美國SpaceX公司在肯尼迪航天中心使用獵鷹9火箭，將搭載有兩名航天員羅伯特·本肯和道格·赫利的載人版“龍”飛船發(fā)射升空，前往距地面400公里高的國際空間站，執(zhí)行代號為Demo-2 的首次載人飛行任務(wù)。預(yù)計北京時間今晚22點30分左右對接國際空間站。

　　至此，美國時隔9年后再次從本土將航天員發(fā)射升空，也是SpaceX公司成立18年以來首次載人任務(wù)，使其成為人類歷史上第一家使用私人研制的火箭和飛船將航天員送入太空的企業(yè)。

　　那么，載人版“龍”飛船到底具有何種能力扛起這面“大旗”？飛船的未來走向又是什么？

　　航天員羅伯特·本肯和道格·赫利出發(fā)前和家人們揮手告別。

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　　時隔9年恢復(fù)載人航天能力

　　2011年7月21日，美國亞特蘭蒂斯號航天飛機結(jié)束了它的最后一次任務(wù)，宣告長達30年的航天飛機時代落下帷幕。

　　2011年7月8日上午，美國亞特蘭蒂斯號航天飛機從肯尼迪航天中心成功發(fā)射升空，執(zhí)行最后一次任務(wù)。

　　2011年7月21日，亞特蘭蒂斯號航天飛機在肯尼迪航天中心著陸，結(jié)束其“謝幕之旅”。

　　由于當時并沒有新的載人航天器拿過“接力棒”，曾將人類送上月球的美國暫時失去了載人航天能力。在此次任務(wù)中，一面特殊的美國國旗被帶上國際空間站，上面寫著“這面國旗只有從美國本土起飛的航天員才能取下帶回地球”。也就是說，只能等到美國下一種載人航天器的投運時，這面國旗才能重歸地球，這一等就是整整9年。

　　9年后的這次發(fā)射終于讓美國恢復(fù)了載人航天能力，而SpaceX公司也成為第一個具備獨立載人航天能力的民營企業(yè)。按計劃，飛船將在國際空間站停留30天以上，具體返回時間取決于太陽能電池板衰減情況。

　　載人版“龍”飛船升空2分鐘前，國際空間站上的航天員拍攝到的肯尼迪航天中心發(fā)射臺，獵鷹9火箭矗立在發(fā)射臺。

　　載人版“龍”飛船發(fā)射與火箭助推器回收過程。

　　載人版“龍”飛船飛行13個步驟的示意圖，包括發(fā)射、著陸與飛船部署，以及與國際空間站的對接和最后的返回。

　　美國宇航局局長吉姆·布里登斯汀發(fā)射前看望航天員。

　　SpaceX公司總裁馬斯克和美國宇航局局長吉姆·布里登斯汀獻上各種POSE秀。

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　　載人版“龍”飛船特點鮮明

　　載人版“龍”飛船直徑4米，高8.1米，發(fā)射重量在9-15噸之間，采用兩艙設(shè)計，分為加壓艙和非加壓艙，上行載荷能力6噸，下行載荷能力3噸。該飛船可獨立飛行工作7天，對接狀態(tài)下能工作210天。

　　豎立在肯尼迪航天中心39A發(fā)射臺上的載人版“龍”飛船。這也是2011年7月8日，亞特蘭蒂斯號航天飛機最后一次飛行使用的發(fā)射臺。

　　為盡可能重復(fù)使用飛船設(shè)備，飛船大部分設(shè)備集中于返回艙，非加壓艙主體由碳纖維制成，僅設(shè)置有體裝式太陽能電池板等設(shè)備。

　　黎明時的載人版“龍”飛船。

　　由于美國宇航局對飛船落水時沖擊的限制，目前飛船設(shè)有4個座位，未來最多能承載7名航天員。

　　同時，飛船采用美國宇航局的通用對接接口，具備自動對接和手動對接能力。為保證安全，飛船采用自備動力逃逸系統(tǒng)，配有8臺超級天龍座逃逸發(fā)動機，采用四氧化二氮/甲基肼雙組元推進劑，具備從發(fā)射前到入軌的“全程逃逸”能力。

　　另外，載人版“龍”飛船的一大亮點是取消了可展開太陽電池翼的設(shè)計，而是采用非加壓艙半包圍體裝式太陽能電池板，這是一大創(chuàng)新。這樣可以避免出現(xiàn)電池翼展不開的故障，而且比展開式太陽能電池翼使用率高，效能更好，無論哪個角度，只要有太陽光照，飛船就會吸收光輻射。

　　載人版“龍”飛船取消了傳統(tǒng)飛船采用的可展開太陽電池翼設(shè)計。

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　　特朗普現(xiàn)場觀看載人版“龍”飛船發(fā)射

　　北京時間5月28日4時33分，載人版“龍”飛船在距預(yù)定起飛時間還有17分鐘時因為天氣不佳被取消發(fā)射，讓雙雙飛到肯尼迪航天中心現(xiàn)場觀看此次發(fā)射任務(wù)的美國總統(tǒng)特朗普和副總統(tǒng)彭斯未能如愿。3天后，特朗普和彭斯再次來到這里，終于見證了這一歷史性時刻。

　　美國總統(tǒng)特朗普和副總統(tǒng)彭斯在遠處觀看載人版“龍”飛船發(fā)射升空。

　　發(fā)射倒計時110分鐘，工作人員關(guān)閉載人版“龍”飛船艙門。

　　發(fā)射倒計時，航天員在飛船內(nèi)已經(jīng)就位。

　　發(fā)射倒計時，航天員在飛船內(nèi)檢查設(shè)備運行情況。

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　　發(fā)射前采取多種保障措施

　　為了保障載人版“龍”飛船能順利發(fā)射升空，美國宇航局和SpaceX公司在此之前做了大量的保障和服務(wù)工作。

　　負責卡納維拉爾角空軍基地的美國太空軍第45氣象中隊，在此次發(fā)射任務(wù)中起到了重要作用。

　　上面3張照片分別是SpaceX公司加州霍桑總部，休斯頓約翰遜航天中心，肯尼迪航天中心的任務(wù)控制室，一同監(jiān)控了此次載人版“龍”飛船的發(fā)射任務(wù)。

　　美國宇航局地球觀測衛(wèi)星拍攝的肯尼迪航天中心LC-39A發(fā)射臺和LC-39B發(fā)射臺。

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　　幾經(jīng)坎坷，終迎載人

　　事實上，早在航天飛機退役前，美國宇航局就開始物色新載人飛船的承包商，當時波音公司、藍色起源公司、內(nèi)華達山脈公司和SpaceX公司進入觀察資助名單。因此，美國宇航局借鑒之前“商業(yè)貨運服務(wù)計劃”的成功經(jīng)驗提出了“商業(yè)載人航天”項目，資助企業(yè)研制載人飛船替代當時行將退役的航天飛機，從而擺脫對俄羅斯聯(lián)盟號載人飛船的依賴。

　　載人版“龍”飛船發(fā)射前，兩名航天員在工作人員的協(xié)助下穿航天服。

　　與“阿波羅時代”不同，該項目中的飛船所有權(quán)歸屬于企業(yè)本身，中標企業(yè)可以在滿足美國宇航局任務(wù)需求的條件下，執(zhí)行其他商業(yè)航天任務(wù)，借此激勵企業(yè)創(chuàng)新和自籌資金，而美國宇航局只是購買飛船的“載人服務(wù)”。

　　除此之外，美國宇航局盡量減少對飛船設(shè)計的介入，減少監(jiān)造人員和深廣度，改為定期進行公開的進度溝通。最終經(jīng)過4年評估，美國宇航局于2014年正式宣布波音公司和SpaceX公司雀屏中選，波音公司研制的新飛船名為“星際線”，累計資助額50億美元；SpaceX公司則為載人版“龍”飛船，累計資助32億美元。

　　自此之后，SpaceX公司于2015年5月成功進行發(fā)射臺逃逸試驗；2015年11月，SpaceX公司進行了載人版“龍”飛船的懸停飛行試驗，以演示超級天龍座發(fā)動機的變推力能力和飛船的懸停特性。

　　載人版“龍”飛船進行發(fā)射臺逃逸試驗。

　　2019年3月2日，SpaceX公司從肯尼迪航天中心LC-39A發(fā)射臺首次將載人版“龍”飛船送入太空，執(zhí)行首次無人演示任務(wù)。在發(fā)射的27小時后，載人版“龍”飛船成功自主對接國際空間站并順利返回地球。

　　2020年1月19日，載人版“龍”飛船順完成“發(fā)射中逃逸試驗”，作為該船正式載人前的最后一項全船重大測試，成功證明了飛船發(fā)布時宣稱的“全程逃逸”能力。

　　載人版“龍”飛船成功進行“發(fā)射中逃逸試驗”。

　　其實，載人版“龍”飛船的研制之路并非一帆風順。2019年4月，執(zhí)行完首次無人試飛的飛船在一次逃逸發(fā)動機的靜態(tài)點火試驗中，因管路殘留推進劑在高壓氣體作用下發(fā)生了水錘效應(yīng)，常溫推進劑與鈦制閥芯發(fā)生罕見反應(yīng)，導致劇烈爆炸，飛船全毀。

　　載人版“龍”飛船進行靜態(tài)點火試驗。

　　除此之外，載人版“龍”飛船的降落傘也曾遇到過問題，最終應(yīng)美國宇航局的要求換用改進的MK3型降落傘，并進行了多次空投試驗驗證后，方告通過。

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　　人貨通用和重復(fù)使用

　　其實，載人版“龍”飛船不止能載人，還采用了人、貨通用且可重復(fù)使用的設(shè)計。

　　位于肯尼迪航天中心LC-39A廠房中的載人版“龍”飛船和獵鷹9火箭。

　　SpaceX公司采用全新制造的飛船和火箭為美國宇航局運送航天員，在飛船和火箭完成回收后進行翻修和改裝，然后用“復(fù)用火箭+復(fù)用飛船”的組合為美國宇航局執(zhí)行無人貨運任務(wù)。該飛船做到了“裝上座椅運人，拆掉座椅運貨”，兩種任務(wù)所用飛船基本互換。所以載人版“龍”飛船的貨運版也是第二階段“商業(yè)貨運服務(wù)計劃”的重要飛船，本次載人任務(wù)結(jié)束后，回收的載人版“龍”飛船就將替代今年3月退役的一代“龍”飛船，成為未來國際空間站貨運服務(wù)的“中流砥柱”。

　　載人版“龍”飛船豎立過程。

　　另外，憑借低成本的可重復(fù)使用火箭和載人飛船，SpaceX公司將具有獨立、廉價且基本完整的載人航天能力，所以其野心還將延伸至新的領(lǐng)域——太空旅游。

　　SpaceX公司目前已通過代理承接了兩單太空旅游項目，其中第一單將有4名付費乘客，不對接國際空間站，由飛船獨立完成，耗時約5天。更重要的是，這次旅行將不設(shè)專業(yè)航天員，由飛船自主發(fā)射、自主在軌、自主返回。

　　而載人版“龍”飛船從設(shè)計伊始就有所考慮，無論是大幅簡化的人機界面，高度自動化的飛控系統(tǒng)，還是可定制的艙內(nèi)航天服和簡化的維生管路，都瞄準著商業(yè)太空游。而在商業(yè)發(fā)射需求下滑，SpaceX公司面臨“有箭無單”的今天，太空旅游或?qū)⒊蔀楣拘碌挠麢C會。

　　未來若“復(fù)用火箭+復(fù)用飛船”的組合能經(jīng)過評估并投入載人發(fā)射，必將對降低人類進入太空的成本作出一定的貢獻。