SpaceX今日揭開商業(yè)載人航天帷幕，馬斯克的終極目標(biāo)是載人登陸火星 | 第一現(xiàn)場(chǎng)
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撰文 | 喬輝（騰訊太空）
北京時(shí)間11月16日8點(diǎn)27分左右，SpaceX首次正式載人商業(yè)飛行（Crew-1）在肯尼迪航天中心發(fā)射升空，搭載四名宇航員飛赴國際空間站。
本次太空任務(wù)預(yù)計(jì)持續(xù)180天，這意味著飛船將在2021年6月才返回地球，然后經(jīng)過檢修后，將繼續(xù)用于未來的載人任務(wù)。
圖注：SpaceX獵鷹9火箭和載人龍飛船矗立在發(fā)射臺(tái)上。圖片來自NASA
此次飛行任務(wù)原計(jì)劃于北京時(shí)間11月15日實(shí)施發(fā)射，但由于天氣原因，推遲到今日（16日）發(fā)射。
由于疫情影響仍在持續(xù)，肯尼迪航天中心只允許少數(shù)人現(xiàn)場(chǎng)觀看。
圖注：11月9日，正在運(yùn)往發(fā)射臺(tái)的獵鷹9火箭和載人龍飛船。圖片來自NASA
說到這次首次商業(yè)載人航天飛行，要提一下早在今年5月31日SpaceX進(jìn)行的首次載人飛行，那是一次試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)試。嚴(yán)格講，本次才是私人企業(yè)商業(yè)載人航天飛行的起點(diǎn)。
圖注：首次商業(yè)載人飛行徽章。圖片來自NASA
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四名宇航員來自何方？
圖注：從左到右分別是香農(nóng)·沃克、維克托 格洛弗、邁克爾 霍普金斯和野口聰一。圖片來自NASA
本次搭載了四名宇航員，比5月份的載人發(fā)射多了兩人，他們分別是維克托·格洛弗（Victor Glover）、邁克爾 霍普金斯（Michael Hopkins）、香農(nóng)·沃克（Shannon Walker）和野口聰一（Soichi Noguchi）。
維克托·格洛弗：生于1976年4月30日，是SpaceX載人龍飛船的指令長(zhǎng)。1999年，格洛弗畢業(yè)于加州理工州立大學(xué)，并獲普通工程學(xué)學(xué)士學(xué)位。格洛弗有飛行試驗(yàn)工程學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)和軍事作戰(zhàn)藝術(shù)與科學(xué)三個(gè)理學(xué)碩士學(xué)位。2018年8月，格洛弗成為商業(yè)載人計(jì)劃的宇航員之一。
邁克爾 霍普金斯：生于1968年12月28日，現(xiàn)任NASA宇航員。1991年，霍普金斯進(jìn)入伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校并獲航空航天工程理學(xué)學(xué)士學(xué)位。1992年，他又在斯坦福大學(xué)獲航空航天工程理學(xué)碩士學(xué)位。霍普金斯擁有太空行走經(jīng)驗(yàn)。2018年8月，霍普金斯和格洛弗被指派乘坐SpaceX載人龍飛船前往國際空間站執(zhí)行首次載人商業(yè)發(fā)射任務(wù)。
香農(nóng)·沃克：生于1965年6月4日，是一名美國物理學(xué)家，2004年入選為NASA宇航員。2010年6月，沃克搭乘聯(lián)盟號(hào)飛船首次進(jìn)入太空。1987年，沃克在德克薩斯州萊斯大學(xué)畢業(yè)，并獲物理學(xué)學(xué)士學(xué)位。1987年，沃克在約翰遜航天中心開啟職業(yè)生涯，任航天飛機(jī)機(jī)器人飛行控制員。1990年到1993年，沃克向約翰遜航天中心請(qǐng)假去讀研究生，其研究領(lǐng)域是太陽風(fēng)與金星大氣的相互作用。
野口聰一：生于1965年4月15日，是日本航空工程師和日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）宇航員，還是第五位進(jìn)入太空的日本宇航員。野口聰一高中畢業(yè)后考入東京大學(xué)，分別于1989年和1991年獲航空工程學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位。畢業(yè)后，從事過商業(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)工作。1996年6月，野口聰一被JAXA選為宇航員候選人后前往NASA約翰遜航天中心進(jìn)行宇航員培訓(xùn)。野口聰一擁有豐富的太空行走經(jīng)驗(yàn)。
SpaceX Crew-1成功發(fā)射后，野口聰一將是首位同時(shí)乘坐過航天飛機(jī)、聯(lián)盟號(hào)和龍飛船的非美籍宇航員。
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SpaceX載人龍飛船有哪些特點(diǎn)
2020年9月29日，指令長(zhǎng)邁克爾·霍普金斯曾經(jīng)在美國宇航局新聞發(fā)布會(huì)上透露，本次的載人龍飛船已被命名為“堅(jiān)韌”號(hào)。
此前，在首次載人發(fā)射的時(shí)候，我們已對(duì)載人龍飛船的特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，在這里再簡(jiǎn)單復(fù)述一下。
載人龍飛船屬于SpaceX研制的第二代龍飛船（Dragon 2），具備可重復(fù)使用的能力。第二代龍飛船可分為載人龍飛船和貨運(yùn)龍飛船兩種，其前身是第一代貨運(yùn)龍飛船（Dragon 1）。新飛船可以自動(dòng)與空間站完成對(duì)接，而不像第一代飛船那樣，需要借助空間站上的機(jī)械臂的幫助。當(dāng)然，載人龍飛船也保留了人工對(duì)接的選項(xiàng)。
本次使用的載人龍飛船，直徑4米，高8.1米，最多可搭載7位宇航員，這與航天飛機(jī)搭載的宇航員數(shù)量相同，也與我國5月5日測(cè)試的“新一代載人飛船”設(shè)計(jì)上能夠搭載的宇航員數(shù)量相同。
載人龍飛船的最頂端是一個(gè)能夠打開的頭錐蓋子，在發(fā)射和返回的過程中，保護(hù)飛船和對(duì)接機(jī)構(gòu)。當(dāng)飛船與空間站對(duì)接的時(shí)候，頭錐蓋子會(huì)打開，露出對(duì)接機(jī)構(gòu)，當(dāng)飛船脫離空間站的時(shí)候，蓋子關(guān)閉，準(zhǔn)備返回地面。
飛船主體由兩大部分組成：一個(gè)是加壓的返回艙，另一個(gè)是在返回艙下面的服務(wù)艙（這里要說明的是，SpaceX使用Trunk一詞，而不是Service module，但從作用上看類似于服務(wù)艙，目前尚無統(tǒng)一的翻譯）。服務(wù)艙是非加壓的，可以搭載對(duì)氣壓不敏感的貨物。
另外，服務(wù)艙外側(cè)粘貼有太陽能電池，就像穿了個(gè)太陽能板的裙子一樣，這擺脫了傳統(tǒng)的太陽能展開翼的造型。服務(wù)艙外側(cè)還有翼狀結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)轱w船在逃逸過程中提供氣動(dòng)穩(wěn)定性。
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載人龍飛船的絕招：全程逃逸能力
載人龍飛船集成有8個(gè)推力強(qiáng)大的“超級(jí)天龍座”火箭，火箭兩為分組，安裝在飛船的側(cè)壁，作為逃生使用，每個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力可達(dá)71千牛，換算成大家有直觀感覺的表示方式就是相當(dāng)于7.1噸的推力。此外，還裝有16個(gè)推力相對(duì)較小的“天龍座”發(fā)動(dòng)機(jī)噴口，用于姿態(tài)控制和軌道機(jī)動(dòng)。
圖注：載人龍飛船“飛行中止測(cè)試”試驗(yàn)（藝術(shù)圖）。
熟悉載人航天的讀者，可能會(huì)留意到，無論是阿波羅登月火箭，還是我國的長(zhǎng)征2F載人運(yùn)載火箭，在火箭頂部都有個(gè)逃逸塔。
圖注：阿波羅飛船的逃逸塔。
逃逸塔的作用就是在火箭發(fā)射起始階段，如果發(fā)生意外，可以啟動(dòng)逃逸塔火箭，把飛船帶離到安全的高度，然后著陸。如果發(fā)射一切順利，等火箭飛到一定的高度，逃逸塔會(huì)分離，然后丟棄。而載人版龍飛船相當(dāng)于把逃逸塔集成在船身上，這樣做有什么好處呢？
圖注：2020年1月19日，SpaceX成功進(jìn)行了“飛行中止測(cè)試”試驗(yàn)。
這種方式能夠使飛船具備“全程逃逸”的能力！也就是說，在飛船飛行的任何階段出問題，都具備逃生能力，而逃逸塔只能保證火箭發(fā)射初始階段的逃生。這也是未來載人飛船逃逸的新方式。
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成功率100%的獵鷹9火箭
SpaceX以可回收火箭名揚(yáng)天下，但這次使用的是全新的獵鷹9（Block 5）火箭。
獵鷹9（Block 5）是兩級(jí)運(yùn)載火箭，高度70米，以液氧和煤油為推進(jìn)劑，芯一級(jí)火箭裝配有9臺(tái)梅林發(fā)動(dòng)機(jī)，總推力7600千牛，相當(dāng)于760噸。
在回收一級(jí)的情況下，近地軌道的運(yùn)載能力為15.6噸，不回收一級(jí)的情況下，近地軌道運(yùn)載能力為22.8噸，算是一款中型運(yùn)載火箭。
通過上面的分析，我們可以看出，SpaceX和NASA之所以敢于載人發(fā)射，是因?yàn)閾碛?00%發(fā)射成功記錄的獵鷹9（Block5）火箭，擁有具有全程逃逸能力的載人龍飛船以及四位優(yōu)秀的宇航員等。
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太空中的最大建筑物：國際空間站
載人航天飛行的目的地是國際空間站，國際空間站是目前人類在太空中建造的最大建筑物。
國際空間站總質(zhì)量達(dá)420噸，長(zhǎng)109米，寬73米，是目前太空中的最大建筑物。運(yùn)行在距離地面大約400公里的近地軌道上，速度為每秒7.6公里。
國際空間站是一個(gè)擁有現(xiàn)代化科研設(shè)備、可開展大規(guī)模、多學(xué)科基礎(chǔ)和應(yīng)用科學(xué)研究的空間實(shí)驗(yàn)室，為在微重力環(huán)境下開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究提供了大量實(shí)驗(yàn)載荷和資源，支持人在地球軌道長(zhǎng)期駐留。
國際空間站項(xiàng)目由16個(gè)國家共同建造、運(yùn)行和使用，是有史以來規(guī)模最大、耗時(shí)最長(zhǎng)且涉及國家最多的空間國際合作項(xiàng)目。自1998年正式建站以來，經(jīng)過十多年的建設(shè)，于2010年完成建造任務(wù)轉(zhuǎn)入全面使用階段。
目前，國際空間站主要由美國宇航局、俄羅斯國家航天集團(tuán)、歐洲航天局、日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)和加拿大空間局共同運(yùn)營。
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為什么美國急切恢復(fù)載人航天能力？
眾所周知，美國在1969年就完成了人類首次登月，代表人類踏上了另一顆星球。阿波羅期間，總共完成7次載人登月發(fā)射，其中6次成功把12名宇航員送到月球。唯一的阿波羅13號(hào)雖然沒有成功，但3名宇航員也毫發(fā)無損地返回了地球。
1981年，美國又成功發(fā)射了第一架航天飛機(jī)“哥倫比亞”號(hào)，一次就能把7名宇航員送上近地軌道。美國總共建造了5架航天飛機(jī)，強(qiáng)大的運(yùn)輸能力為建設(shè)國際空間站立下了汗馬功勞！
但遺憾的是，“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)和“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)分別在發(fā)射和返回時(shí)發(fā)生了事故，導(dǎo)致總共14名宇航員罹難。5架航天飛機(jī)失去了2架，非常慘痛。其中的故事想必大家都已經(jīng)了解，特別是1986年“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)爆炸的事件早已經(jīng)編入了教科書，這里就不多贅述了。
圖注：阿特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)的返回標(biāo)志著航天飛機(jī)時(shí)代的謝幕。
2011年7月21日，隨著阿特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)在肯尼迪航天中心的降落，整個(gè)航天飛機(jī)全部停飛，從此，強(qiáng)大的美國失去了載人航天的能力。
今后飛國際空間站咋辦呢？這時(shí)，昔日的宿敵俄羅斯伸出了橄欖枝，俄羅斯有成熟可靠的載人“聯(lián)盟”飛船。當(dāng)然，這可不是免費(fèi)的午餐。
據(jù)說，剛開始的費(fèi)用是每位宇航員2000多萬美元，最近NASA購買的2020年秋天發(fā)射的一個(gè)座位，價(jià)格已經(jīng)暴漲到了9000多萬美元。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自從航天飛機(jī)停飛以來，NASA已向俄羅斯累計(jì)支付超過35億美元。
因此，NASA非常希望包括SpaceX在內(nèi)的國內(nèi)私營企業(yè)能夠挑起大梁，讓美國再次獲得在本土發(fā)射載人飛船的能力。
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龍飛船首次商業(yè)載人飛行的意義是什么？
本次是NASA與SpaceX簽訂的“商業(yè)載人項(xiàng)目”（Commercial Crew Program）的組成部分。意義至少可以從三個(gè)層面來理解：
第一個(gè)層面，對(duì)于SpaceX公司來講，重要性毋庸置疑，本次首次商業(yè)飛行意味著拿到了商業(yè)載人航天的入場(chǎng)券，未來前景無可限量；
第二個(gè)層面，對(duì)于美國和NASA來講，意味著自從2011年航天飛機(jī)退役以來，再次恢復(fù)載人航天能力；
第三個(gè)層面，對(duì)于整個(gè)世界商業(yè)航天來講，意味著揭開了商業(yè)載人航天的帷幕，商業(yè)航天走進(jìn)新時(shí)代。
SpaceX公司和特斯拉公司創(chuàng)始人埃隆·馬斯克（Elon Musk）。
探索和開發(fā)外太空是人類的共同愿望。今年，阿聯(lián)酋的“希望”號(hào)火星探測(cè)器，我國的“天問一號(hào)”火星探測(cè)器和美國的“毅力號(hào)”火星車相繼發(fā)射，目前正在飛往火星的漫漫旅途中。
對(duì)于SpaceX創(chuàng)始人馬斯克來講，載人登陸火星也是他的終極夢(mèng)想，本次首次正式載人發(fā)射的成功也將促使他的夢(mèng)想早日實(shí)現(xiàn)。
注：文章轉(zhuǎn)載時(shí)略有改動(dòng)。
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