騰訊太空 文/喬輝
北京時間2020年8月3日凌晨2點53分左右，SpaceX載人龍飛船成功濺落在大西洋面上，這是龍飛船首次執行載人飛行任務，這也標誌著世界商業載人航天新時代的開始。（註：在海洋上的降落稱為「濺落」，對應英文splashdown）。
圖註：在四個減速傘的作用下，龍飛船緩緩降落在洋面上。
圖註：在四個減速傘的作用下，龍飛船緩緩降落在洋面上。
圖註：載人龍飛船被打撈到救援船甲板上。
本次試飛主要是為了對載人龍飛船進行各項驗證，通過評估之後，龍飛船將正式執行NASA與SpaceX籤訂的「商業載人項目」（Commercial Crew Program），預計首次正式載人飛行將在今年9月份進行，屆時將有四名太空人飛赴國際空間站。
一、龍飛船返回地球的步驟有哪些？
1、太空人進入龍飛船，飛船艙門關閉。
2、國際空間站上的艙門關閉。
3、龍飛船自動脫離國際空間站。
4、龍飛船調整飛行軌道。
5、龍飛船丟棄服務艙。
6、龍飛船頂部的天龍座發動機點燃，進行脫軌制動。
7、龍飛船的鼻錐蓋關閉。
8、龍飛船開始進入大氣層，利用氣動減速。溫度可接近2000度。
9、在大約5.4公裡的高度，兩個引導傘打開，把速度降低到560公裡每小時。
10、在大約2公裡的高度，四個主減速傘打開，把速度降低到190公裡每小時。
11、飛船濺落到海洋上，等待救援隊到來。
二、龍飛船返回地球的最大難點是什麼？
我們知道，龍飛船在距離地面400公裡的高度上繞地球高速運動，速度大約7.66公裡每秒，接近第一宇宙速度7.9公裡每秒。
你想想看，龍飛船在400公裡高度上以如此之快的速度運動，要想讓它穩穩降落在地球上，將是一件多麼困難的事情，這也是所有從太空返回地球的太空飛行器要經受的嚴峻考驗，尤其是載人返回，還是具有極高風險的。
當龍飛船脫離國際空間站後，首先摒棄服務艙，然後擇機進行返回制動點火，在地球引力的作用下返回地球。
這裡要簡單說一句，所謂的服務艙，SpaceX使用的是Trunk一詞，而不是Service module，但從作用上看有點類似於服務艙，目前尚無統一的翻譯。龍飛船的服務艙是非加壓的，可以搭載對氣壓不敏感的貨物。
在飛船返回地球的時候，首先要靠飛船自身的氣動阻力減速，這就要求其切入地球大氣的角度非常重要。如果飛船進入地球大氣層時的角度過小，有可能像打水漂一樣重新彈回太空；如果進入地球大氣層的角度過大，有被燒毀的可能，這種情況非常可怕。
圖註：龍飛船進入地球大氣層，峰值溫度可接近2000度（藝術圖）
在飛船進入地球大氣層後，由於強烈壓縮其前面的空氣，造成溫度急劇升高，溫度接近2000度，也就是說，飛船被一層高溫的等離子體包圍著。等離子體有一個特性，能夠屏蔽電磁波，這就造成了飛船與地面控制人員無法進行通訊，這種情況可持續6到7分鐘，通常比喻為黑色恐怖的7分鐘。
圖註：明年，我國「天問一號」火星探測器進入火星大氣層時的情景（藝術圖）。
當我國「天問一號」著巡器（著陸器和巡視器）明年初在火星上降落時，也會同樣經歷恐怖的黑障時間。目前，人類對黑障時間仍無解，只能祈求多福了。
三、兩位太空人是誰？去國際空間站幹了啥？
圖註：羅伯特·L·貝恩肯（Robert L. Behnken）和道格拉斯·G·赫爾利（Douglas G. Hurley）（左）在龍飛船內部。
參加本次試飛的兩位太空人是：道格拉斯·G·赫爾利（Douglas G. Hurley）和羅伯特·L·貝恩肯（Robert L. Behnken），分別出生於1966年和1970年。
他們都是曾經三次進入過太空，而且還都是執行過太空梭任務的老手。其中，赫爾利在太空中有超過683個小時的經驗，還執行過2011年7月最後一次太空梭任務（代號：STS-135）。
貝恩肯作為太空梭任務專家，曾先後執行2008年的（STS-123）和2010年的（STS-130）任務，累計在太空飛行時間超過708小時，其中包括37小時的太空行走時間。
這次在國際空間站期間，貝恩肯也沒閒著，他和另一位在國際空間站上的美國太空人Chris Cassidy一起進行了四次太空行走，為國際空間站更換了6塊鋰離子電池，替換了老化的鎳氫電池，這些鋰離子電池是此前由日本貨運飛船運送來的。
其實，作為一次試飛，並沒有安排太多任務，只要能平安返回地球，就是最大的成功。
四、太空中的最大建築物：國際空間站
國際空間站總質量達420噸，長109米，寬73米，是目前太空中的最大建築物。運行在距離地面大約400公裡的近地軌道上，速度為每秒7.6公裡。
國際空間站是一個擁有現代化科研設備、可開展大規模、多學科基礎和應用科學研究的空間實驗室，為在微重力環境下開展科學實驗研究提供了大量實驗載荷和資源，支持人在地球軌道長期駐留。
國際空間站項目由16個國家共同建造、運行和使用，是有史以來規模最大、耗時最長且涉及國家最多的空間國際合作項目。自1998年正式建站以來，經過十多年的建設，於2010年完成建造任務轉入全面使用階段。
目前，國際空間站主要由美國宇航局、俄羅斯國家航天集團、歐洲航天局、日本宇宙航空研究開發機構和加拿大空間局共同運營。
五、龍飛船具備自動對接能力和全程逃逸能力
此前，我們已經了解，載人龍飛船屬於SpaceX研製的第二代龍飛船（Dragon 2），具備可重複使用的能力。第二代龍飛船可分為載人龍飛船和貨運龍飛船兩種，其前身是第一代貨運龍飛船（Dragon 1）。新飛船可以自動與空間站完成對接，而不像第一代飛船那樣，需要藉助空間站上的機械臂的幫助。當然，載人龍飛船也保留了人工對接的選項。
本次使用的載人龍飛船，直徑4米，高8.1米，最多可搭載7位太空人，這與太空梭搭載的太空人數量相同，也與我國今年5月5日測試的「新一代載人飛船」設計上能夠搭載的太空人數量相同。
載人龍飛船集成有8個推力強大的「超級天龍座」火箭，火箭兩兩分組，安裝在飛船的側壁，作為逃生使用，每個發動機的推力可達71千牛，換算成大家有直觀感覺的表示方式就是相當於7.1噸的推力。此外，還裝有16個推力相對較小的「天龍座」發動機噴口，用於姿態控制和軌道機動。
圖註：2020年1月19日，SpaceX成功進行了「飛行中止測試」試驗。
熟悉載人航天的朋友，可能會留意到，無論是阿波羅登月火箭，還是我國的長徵2F載人運載火箭，在火箭頂部都有個逃逸塔。
圖註：阿波羅飛船的逃逸塔。
逃逸塔的作用就是在火箭發射起始階段，如果發生意外，可以啟動逃逸塔火箭，把飛船帶離到安全的高度，然後著陸。如果發射一切順利，等火箭飛到一定的高度，逃逸塔會分離，然後丟棄。而載人版龍飛船相當於把逃逸塔集成在船身上，這樣做有什麼好處呢？
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射初始階段的逃生。這也是未來載人飛船逃逸的新方式。
六、龍飛船未來的載人飛行計劃
按目前的計劃，龍飛船的第一次正式飛行（SpaceX Crew-1）將安排在2020年9月份，屆時將有四名太空人搭乘龍飛船飛赴國際空間站，他們在那裡將停留6個月。
圖註：龍飛船的第一次正式飛行（SpaceX Crew-1）將安排在2020年9月份，屆時將有四名太空人搭乘龍飛船飛赴國際空間站。
如果一切按計劃進行，2021年上半年還將安排第二次正式飛行（SpaceX Crew-2），那次飛行將使用本次載人測試飛行的這艘龍飛船。
七、為什麼美國急切恢復載人航天能力？
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次載人登月發射，其中6次成功把12名太空人送到月球。唯一的阿波羅13號雖然沒有成功，但3名太空人毫髮無損返回地球。
圖註：1986年挑戰者號太空梭升空後爆炸
圖註：2003年哥倫比亞號太空梭空中解體。
1981年，美國又成功發射了第一架太空梭「哥倫比亞」號，一次就能把7名太空人送上近地軌道。美國總共建造了5架太空梭，強大的運輸能力為建設國際空間站立下了汗馬功勞！
但遺憾的是，挑戰者號太空梭和哥倫比亞號太空梭分別在發射和返回時發生了事故，導致總共14名太空人罹難。5架太空梭失去了2架，真是非常慘。其中的故事想必大家都已非常了解，特別是1986年挑戰者號太空梭爆炸的事件早已經編入了教科書，這裡就不多贅述了。
圖註：阿特蘭蒂斯號太空梭的返回標誌著太空梭時代的謝幕。
2011年7月21日，隨著阿特蘭蒂斯號太空梭在甘迺迪航天中心的降落，整個太空梭全部停飛，從此，強大的美國失去了載人航天的能力。
今後飛國際空間站咋辦呢？這時，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「聯盟」飛船。當然，這可不是免費的午餐。
圖註：俄羅斯的聯盟號飛船發射。
據說，剛開始的費用是每位太空人2000多萬美元，最近NASA購買的2020年秋天發射的一個座位，價格已經暴漲到了9000多萬美元。據統計，自從太空梭停飛以來，NASA已向俄羅斯累計支付超過35億美元。
因此，NASA非常希望包括SpaceX在內的國內私營企業能夠挑起大梁，讓美國再次獲得在本土發射載人飛船的能力。
八、NASA商業載人項目還有哪個公司參加？
圖註：SpaceX的龍飛船和波音的星際航班飛船與國際空間站（藝術圖）
2014年9月，NASA選定SpaceX和波音公司參加商業載人項目，分別獲得26億美元和42億美元的資助。波音公司製造了「星際航班」（Starliner）飛船運送太空人，但總體上進度稍落後於SpaceX。下面我們來簡單比較一下星際航班飛船與龍飛船有何異同：
1、容量相同：這兩個飛船具有相似的設計功能——每個飛船最多可以容納七個人。
2、發射火箭不同：星際航班是用聯合發射聯盟公司（波音和洛克希德馬丁公司的合資企業）的宇宙神五火箭發射升空。SpaceX公司正在使用自己的火箭獵鷹9號發射載人版龍飛船。
3、返回場地不同：星際航班選擇通過氣囊輔助傘陸地降落；龍飛船是在海上降落。
4、價格不同：SpaceX的發射更便宜。NASA監察長11月發布的一份報告指出，SpaceX公司載人飛船的每個座位發射成本約為5500萬美元，波音公司為9000萬美元。從價格上看，購買波音公司座位的費用和購買俄羅斯聯盟飛船差不多，但畢竟波音是美國自己的公司，這點比較重要。
圖註：2019年12月，波音的星際航班飛船在沙漠降落場降落。
2019年12月20日，波音進行了一次星際航班飛船無人發射，目標是與國際空間站對接。在飛行中，船箭分離正常。但令人遺憾的是，由於飛船在入軌機動過程中燃料消耗比預期要多，與國際空間站交匯失之交臂，兩天後成功返回地球。
根據計劃，2020年10月份，波音將再補一次星際航班飛船的無人測試發射，目標仍然是國際空間站。如果通過將來這次測試，2021年將進行首次載人發射。
九、首次載人龍飛船時間線
北京時間5月31日3點22分：從佛羅裡達卡納維拉爾角航天中心發射升空。
升空後1分鐘：火箭達到最大氣動壓力。
升空後2分40秒：一級火箭分離，同時二級火箭點火。
升空後8分50秒：二級火箭熄火。
升空後9分31秒：一級火箭降落在大洋漂浮平臺上。
升空後12分08秒：龍飛船與二級火箭分離，開始追逐國際空間站。
圖註：龍飛船與國際空間站正準備對接時的情景。
升空後19小時05分：龍飛船與國際空間站對接成功。
升空後21小時39分：對接艙蓋打開。
圖註：國際空間站上的三位太空人與龍飛船上的兩位太空人（黑色上衣）相聚時的情景。
升空後21小時59分：赫爾利和貝恩肯進入國際空間站。
升空後27天：第一次太空行走。
升空後32天：第二次太空行走。
升空後47天：第三次太空行走。
升空後52天：第四次太空行走。
升空後63天：龍飛船脫離國際空間站。
升空後64天，北京時間2020年8月3日凌晨2點53分左右：龍飛船返回地球，濺落在大西洋洋面。
十、龍飛船首次載人試驗飛行的意義是什麼？
本次是NASA與SpaceX籤訂的「商業載人項目」（Commercial Crew Program）的組成部分。意義至少可以從三個層面來理解：
第一個層面，對於SpaceX公司來講，重要性毋庸置疑，本次試驗飛行是該公司的首次載人發射，成功就意味著拿到了商業載人航天的入場券，未來前景無可限量；
第二個層面，對於美國和NASA來講，意味著自從2011年太空梭退役以來，再次恢復載人航天能力；
第三個層面，對於整個世界商業航天來講，意味著揭開了商業載人航天的帷幕，商業航天走進新時代。
探索和開發外太空是人類的共同願望。今年，阿聯的「希望」號火星探測器，我國的「天問一號」火星探測器和美國的「毅力號」火星車相繼發射，目前正在飛往火星的漫漫旅途中。
圖註：未來SpaceX星艦飛船在火星上起降（藝術圖）
對於SpaceX創始人馬斯克來講，載人登陸火星也是他的終極夢想，本次載人發射和成功返回也將促進他夢想的早日實現。