全球首次商业载人发射成功!SpaceX 再一次书写历史
Updated: May 31, 2020
不是科技大佬的玩票,未来的星际旅行可能要靠它们了。
文|杜晨 编辑|Vicky Xiao (硅星人)


”一个奇迹被发射了!“伴随着直播里一声激动的呼喊,SpaceX的猎鹰9号运载火箭点火升空!12分钟后,两名 NASA 宇航员乘坐的龙飞船被送上了太空,火箭成功落地回收——任务成功!美东时间5月30日下午3点22分,在千万人的瞩目下,SpaceX 成功发射了一枚搭载有龙飞船的猎鹰9号运载火箭,将龙飞船送上太空,龙飞船将继续飞往距离地球表面350千米的国际空间站,而猎鹰9号运载火箭圆满完成任务。这次飞行将载入人类宇航史册,因为龙飞船和猎鹰9号运载火箭均由 SpaceX 公司自主研制,这是首次由私营航天公司载送宇航员进入国际空间站。本次发射对于美国来说也意义重大。2011年美国正式退役航天飞机,9年后,美国宇航员首次乘坐美国制造的火箭进入了轨道。
前所未有的发射工具

本次发射在佛罗里达州卡纳维拉尔角的肯尼迪航天基地的 LC-39A 发射台进行。本次发射的正式命名为 Crew Demo-2,也即 NASA 和 SpaceX 合作的载人龙飞船第二次演示任务(Crew Dragon's second demonstration mission)。Demo-2 将采用SpaceX 自主研发的猎鹰9号 (Falcon-9) 火箭。这枚火箭得名于《星球大战》的千年隼飞船 (Millenium Falcon) 和可重复使用的火箭一级助推器的9个发动机,在2,000千米以下高度的载荷可以超过22吨。猎鹰9号有多种代次和配置型号,本次 Demo-2 执飞的将会是最新的 Block 5 型号。猎鹰9号在航天史上也占据着重要地位,有着多个“第一”:人类设计的第一枚可多次重复使用的液体燃料火箭;第一枚完全由私营航天企业设计生产的火箭;

第一枚完全于21世纪开发和设计的火箭。根据发射和回收窗口的情况不同,猎鹰9号可以在陆地上或者相对静止的海上进行回收。SpaceX 已经对火箭进行过多次回收测试,成功次数多于失败,执行 Demo-2 载人飞行任务的龙飞船,同样由 SpaceX 自主研发,不过研发过程中引入了多家其它公司,均为私营公司。龙飞船于2010年首次试飞成功,2012年首次成功运输货物交给国际空间站,至今已经执行22次飞行任务,只有一次失败。龙飞船采用了航天领域较为多见的钝锥形弹道胶囊造型,起飞载荷可达6吨,可以被国际空间站的遥控系统自动抓取并实现对接。龙飞船还有多种配置:货运、实验室、人货同载、可在其它行星/卫星着陆的红龙飞船,以及加大码的货运用途龙飞船 XL。龙飞船同样有着多个“第一”:第一枚完全由私营航天公司开发的近地轨道太空飞船;第一枚可重复使用的货运/载人飞船;第一枚具备下行运输能力(从空间站向地球运回物资)的飞船。龙飞船执飞任务的编码为 SpX.去年3月,NASA 和 SpaceX 已经完成了龙飞船的第一次演示任务 Demo-1,将一枚没有宇航员乘坐(放了一支假人)的龙飞船送上太空、和国际空间站实现无人接轨,并且成功返回地球。



更多任务细节
此次发射原定的窗口是当地时间5月27日周三下午4:33。但由于周三云量较多,天气情况不允许,SpaceX 决定推迟到今天发射。昨天,SpaceX 的另一款产品星际飞船 (Starship) 在试点火过程中发生故障导致爆炸这次事故和本次载人龙飞船发射项目无关。
去程
发射后,猎鹰9号将在接近一分钟时达到受力最复杂、最容易发生事故的最大动压点(Max-Q,最大空气动力应力点)。2分半左右开始,一级助推器熄火、一二级分离、二级助推器点火。到了8分47秒左右,二级助推器也将熄火,再过半分钟左右一级助推器已经将落在地面上;12分钟时,搭载有两名宇航员的龙飞船将从二级助推器上分离,然后开始绕地球飞行并接近国际空间站轨道高度。

动图来自 Demo-1 任务
龙飞船将在接近预定轨道高度时与国际空间站建立通讯连接,并逐步提升高度,最终在距离国际空间站大约200米 (Keep Out Sphere, KOS) 时建立同步联系,使得飞船可以和同步飞行并最终实现对接。对接过程是完全自动化的,当然,两边的宇航员都会密切监控飞船的接近和对接,在必要的时候随时接管控制。

动图来自 Demo-1 任务
等到对接完成,国际空间站的在轨天数已经达到了7,860天,已经绕地球完成了接近12.34万圈绕飞行。两名宇航员在太空中停留多久?这个问题,直到飞船和国际空间站对接之后才会有答案。目前的计划是最短一个月,最长119天,也即四个月左右。为什么现在决定不了到底要停留多久?除了本次执飞的龙飞船之外,NASA 还要考虑下一次四名宇航员上国际空间站的 Crew-1 任务所用的另一枚龙飞船的状态。需要考虑、分析和筹划的有很多,NASA 也需要让这次 Demo-2 任务的效用最大化,所以回程的时间还没定下来。回程整个回程也是由程序控制完成的。自动接触对接之后,龙飞船上的推进器将会启动,让飞船远离国际空间站。
动图来自 Demo-1 任务
飞船将绕地球飞行并降低轨道高度,调整方向,对准着陆点。到了预定的轨道高度和对应地面位置,飞控电脑将会抛弃掉龙飞船的货仓,减轻落地重量并节省推进燃料。然后推进器将会启动长达12分钟,将飞船送回地球大气层,在引力的作用下朝着着陆地点前进。进入大气层后,飞船会遭遇到巨大的空气阻力,会显著降低其降落速度。两个减速降落伞会首先在5.48千米(18,000英尺)高度展开,随后四个主降落伞会在1.98千米(6,500英尺)高度展开,让飞船的下落速度降低到7.62米/秒(25英尺/秒),最终降落在佛罗里达州附近的大西洋洋面上。