SpaceX龍2飛船成功載人首飛,世界載人航天迎來第四位玩家

出品：科普中國

製作：太空精釀

監製：中國科學院計算機網絡信息中心

北京時間2020年5月31日03時22分，美國太空探索科技公司（SpaceX）用自家獵鷹9號火箭成功發射龍2載人飛船，成功運送兩名太空人（Douglas Hurley和Robert Behnken）進入太空，前往國際空間站，他們將在1天後抵達。火箭一級也實現了成功回收。

整裝待發的火箭（左）和兩名太空人（右），新的太空衣充滿科幻感（圖源：SpaceX）

自1961年4月12日蘇聯太空人加加林進入太空、開啟人類載人航天時代之後，全世界僅有三個國家，蘇聯/俄羅斯、美國和中國，掌握了載人航天能力。其中，隨著2011年7月19日美國太空梭執行完最後一次任務退役後，美國失去了從本土出發的載人航天能力，只能依靠俄羅斯聯盟號飛船前往國際空間站。

SpaceX此次任務，從NASA傳奇發射架LC-39A出發，這裡見證了阿波羅登月和太空梭計劃的成功。此次發射不僅標誌著美國載人航天能力的恢復，也標誌著人類載人航天一個嶄新的時代開始：一個商業航天公司成為第四位玩家，它獨立並全面掌握了載人航天最重要的運載火箭、貨運飛船和載人飛船等環節。

一、傳奇運載火箭：獵鷹9號

此次任務使用的運載火箭是SpaceX近期服役的獵鷹9號-Block 5型，它是SpaceX在2008年突破運載火箭技術後的第四代主力火箭。

SpaceX的獵鷹系列火箭家族基本圖譜（改編自Lucabon）

獵鷹9號-B5火箭不僅運載能力處在世界前列，還能實現火箭一級和整流罩回收的獨門絕活。由於經過了大幅技術改進，廣泛使用新材料和新設計，它的理論可回收復用次數近百次，不經過大修保養可做到連續10次左右回收。它的可靠性也相當高，目前發射成功率均為100%。在經過NASA的反覆審核後，它獲批成為美國新一代可載人級別運載火箭。

考慮到即便一枚新獵鷹9號火箭的造價（6000萬美元左右）都要比同行低很多，甚至低於俄羅斯聯盟號載人飛船單人票價（已達到9000萬美元），龍2載人飛船使用自家公司的火箭發射費用將大大降低。事實上，SpaceX另一主要項目，星鏈低軌衛星網際網路星座，也已經通過自家火箭極低的發射費用擊垮了競爭對手。

二、劃時代的載人飛船：龍2

SpaceX初代的龍1貨運飛船僅用於貨運，但它用了很多超前設計理念和先進工程技術，可靠性很高。在22次發射任務中，除了一次因為獵鷹9號v1.1火箭爆炸事故被摧毀之外，其餘均取得成功。它也是除太空梭外唯一可回收復用的獨立貨運飛船，在2020年3月份SpaceX對國際空間站的第20次貨運任務時，已經是這一艘龍1貨運飛船的第9次復用。

目前，龍1貨運飛船已經宣告退役，龍2載人飛船將兼具載人和貨運功能。龍1貨運飛船項目是SpaceX此前利潤最高的項目之一，為後續的龍2載人飛船技術發展打下了堅實的基礎。

整體來看，龍2載人飛船在技術方面，有如下重大突破：

1、設計安全性

這是任何一個載人航天飛船最重要的基本需求。NASA對商業載人航天項目（CCP）對安全性的要求是：飛船發射上升段和返回下降段太空人損失比不得超過1:500，即每500次任務最多只能損失1位太空人。考慮到最長210天的任務周期和各種太空意外，總指標是1：270。相比較而言，太空梭項目要求1:90（實際2/135），俄羅斯聯盟號飛船要求是1:110（實際1/87）。

動圖：此前SpaceX已經通過「炸掉一枚」火箭的方式測試了龍2載人飛船在最大動壓點附近的極限逃逸能力（圖源：SpaceX）

2、強逃逸能力

傳統載人飛船發射必須攜帶昂貴的逃逸塔，負責發射前和發射後兩分鐘左右的太空人安全，發射過程中會被拋掉。而龍-2飛船自帶8臺逃逸用SuperDraco超強發動機，由雷射3D列印鐵鉻鎳材料製造而來，能力強大，且可重複使用，能夠提供的安全保護周期更長。事實證明，它不僅順利通過了數千個小時的各類測試，且靜態逃逸能力、發射時最大動壓點附近逃逸能力都非常出眾。

3、可復用能力

龍2載人飛船自帶可復用逃逸系統，且自身設計不需要額外的整流罩（獵鷹9號整流罩造價在500萬美元級別），返回地球時至關重要的隔熱罩採用模塊化設計可方便更換，海面濺落式回收對飛船的硬衝擊也很小，本身的設計也是圍繞可回收進行。如果再考慮火箭，一次龍2飛船載人任務的全系統可回收復用能力極高。

龍2載人飛船細節圖，可以看到它並沒有傳統太陽能帆板（圖源：SpaceX）

4、強大載人能力

龍2載人飛船的內部加壓空間有9.3立方米，集中在一個艙段裡，非加壓貨運艙段也有12.1立方米。不僅最多可以搭載7名太空人，也可以搭載較多貨物，尤其是任務結束時的貨物下行運輸能力。相比而言，美國早期的水星計劃、雙子座、阿波羅飛船只能載1-3位，NASA新一代在研的獵戶座飛船只能載3-6位。本次龍2載人飛船依然屬於測試階段，因而只載2人。龍2載人飛船內部是一個科幻感十足的布局，空間並不擁擠，體驗也很好。

龍2載人飛船（左）與實際發射的聯盟飛船（右）對比，龍-2飛船有分離的貨物區，7名太空人即便全副武裝準備發射，內部空間也要寬敞許多（圖源：NASA）

5、新科技的廣泛運用

龍2載人飛船運用了一系列新技術，它的能量供應依然主要採用服務艙外殼上貼摺疊式太陽能電池片的方式，整體更加集約高效，不存在巨大的太陽能帆板。它的控制系統採用觸屏化、智能化，傳統控制面板僅作備份，對於太空人非常友好。龍2載人飛船也能夠實現自動對接國際空間站，並不需要機械臂的幫助。在突發失壓甚至真空狀態，飛船的設計依然能夠讓整體正常運行。

此外，SpaceX還設計了更先進的太空人艙內服，能夠保障太空人在這種緊急情況下的生存，提高安全性。它的最大過載設計僅3倍重力，甚至低於一些遊樂場的大型遊樂設施，對普通人都很友好。

聯盟飛船（左）與龍2飛船（右）的操作界面也完全不同（圖源：NASA）

6、成本較「低」

龍2載人飛船的成功，對NASA也有著舉足輕重的意義，預計一次龍2載人任務的報價預計僅在1.6億美元級別，單座位報價遠低於俄羅斯和美國新一代飛船。曾經燒錢維持國際空間站載人航天發展的局面將得到一定改善，可節約一部分資金，支持更多商業航天勢力發展，也為下一步著重從事的深空探測儲蓄力量。

同時，隨著世界三大載人航天大國進入新一代載人飛船同臺競技階段，目前僅有美國和中國實現了共計三型飛船實際入軌測試，SpaceX的龍2飛船、波音的星際客機（並未完全成功）和中國新載人飛船。但隨著龍2飛船實際載人任務的成功，美國在這一領域再次保持領先優勢。不過需要說明的是，目前的龍2飛船主要定位於近地空間載人任務，和能夠進一步執行深空載人任務的中美俄新一代主力載人飛船還是有一定技術差距的。

目前世界主流現役和待服役載人飛船對比（圖源：Memorian-QN）

在這次任務前後，SpaceX不僅全程在各種社交媒體實時更新進展，還設計了可以體驗飛船與空間站交會對接技術的互動遊戲。發射期間，兩位太空人還首次乘坐了和SpaceX同一老闆（伊隆·馬斯克）的特斯拉小汽車前往發射架，做了一個大大的廣告。除了直播火箭發射全程吸引億萬觀眾之外，觀眾也可以通過獨特的VR虛擬實境體驗技術，「走入」發射場，自由切換視角，體驗近距離接觸火箭的震撼。商業航天展現出的強大科普和公眾影響能力也著實讓人意外，值得學習。

太空人將首次乘坐小汽車前往發射塔，而非NASA傳統的小巴，這輛車的車牌號叫做ISSBND(International Space Station Bound)：前往國際空間站。正如獵鷹重型火箭首次發射載荷是一輛小汽車一樣，這也是特斯拉一次大大的廣告

對於擁有航天夢的普通人而言這也意義重大。我們能收穫到更多日新月異的載人航天技術反饋，更重要的是，隨著商業力量逐漸降低載人航天的準入門檻，或許航天也將成為人類未來出行的一個重大選項，甚至直達下一站，火星！

文章僅代表作者觀點，不代表中國科普博覽立場