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不是科技大佬的玩票,未來的星際旅行可能要靠它們了。 —— 文|杜晨 編輯|Vicky Xiao 伴隨著直播里一聲激動的呼喊,SpaceX的獵鷹9號運載火箭點火升空!12分鐘后,兩名 NASA 宇航員乘坐的龍飛船被送上了太空,火箭成功落地回收——任務(wù)成功!美東時間5月30日下午3點22分,在千萬人的矚目下,SpaceX 成功發(fā)射了一枚搭載有龍飛船的獵鷹9號運載火箭,將龍飛船送上太空,龍飛船將繼續(xù)飛往距離地球表面350千米的國際空間站,而獵鷹9號運載火箭圓滿完成任務(wù)。這次飛行將載入人類宇航史冊,因為龍飛船和獵鷹9號運載火箭均由 SpaceX 公司自主研制,這是首次由私營航天公司載送宇航員進入國際空間站。本次發(fā)射對于美國來說也意義重大。2011年美國正式退役航天飛機,9年后,美國宇航員首次乘坐美國制造的火箭進入了軌道。本次發(fā)射在佛羅里達州卡納維拉爾角的肯尼迪航天基地的 LC-39A 發(fā)射臺進行。本次發(fā)射的正式命名為 Crew Demo-2,也即 NASA 和 SpaceX 合作的載人龍飛船第二次演示任務(wù) (Crew Dragon's second demonstration mission)。Demo-2 將采用SpaceX 自主研發(fā)的獵鷹9號 (Falcon-9) 火箭。這枚火箭得名于《星球大戰(zhàn)》的千年隼飛船 (Millenium Falcon) 和可重復使用的火箭一級助推器的9個發(fā)動機,在2,000千米以下高度的載荷可以超過22噸。獵鷹9號有多種代次和配置型號,本次 Demo-2 執(zhí)飛的將會是最新的 Block 5 型號。獵鷹9號在航天史上也占據(jù)著重要地位,有著多個“第一”:人類設(shè)計的第一枚可多次重復使用的液體燃料火箭;第一枚完全由私營航天企業(yè)設(shè)計生產(chǎn)的火箭; 第一枚完全于21世紀開發(fā)和設(shè)計的火箭。根據(jù)發(fā)射和回收窗口的情況不同,獵鷹9號可以在陸地上或者相對靜止的海上進行回收。SpaceX 已經(jīng)對火箭進行過多次回收測試,成功次數(shù)多于失敗,執(zhí)行 Demo-2 載人飛行任務(wù)的龍飛船,同樣由 SpaceX 自主研發(fā),不過研發(fā)過程中引入了多家其它公司,均為私營公司。龍飛船于2010年首次試飛成功,2012年首次成功運輸貨物交給國際空間站,至今已經(jīng)執(zhí)行22次飛行任務(wù),只有一次失敗。龍飛船采用了航天領(lǐng)域較為多見的鈍錐形彈道膠囊造型,起飛載荷可達6噸,可以被國際空間站的遙控系統(tǒng)自動抓取并實現(xiàn)對接。龍飛船還有多種配置:貨運、實驗室、人貨同載、可在其它行星/衛(wèi)星著陸的紅龍飛船,以及加大碼的貨運用途龍飛船 XL。龍飛船同樣有著多個“第一”:第一枚完全由私營航天公司開發(fā)的近地軌道太空飛船;第一枚可重復使用的貨運/載人飛船;第一枚具備下行運輸能力(從空間站向地球運回物資)的飛船。龍飛船執(zhí)飛任務(wù)的編碼為 SpX.去年3月,NASA 和 SpaceX 已經(jīng)完成了龍飛船的第一次演示任務(wù) Demo-1,將一枚沒有宇航員乘坐(放了一支假人)的龍飛船送上太空、和國際空間站實現(xiàn)無人接軌,并且成功返回地球。此次發(fā)射原定的窗口是當?shù)貢r間5月27日周三下午4:33。但由于周三云量較多,天氣情況不允許,SpaceX 決定推遲到今天發(fā)射。昨天,SpaceX 的另一款產(chǎn)品星際飛船 (Starship) 在試點火過程中發(fā)生故障導致爆炸這次事故和本次載人龍飛船發(fā)射項目無關(guān)。發(fā)射后,獵鷹9號將在接近一分鐘時達到受力最復雜、最容易發(fā)生事故的最大動壓點(Max-Q,最大空氣動力應(yīng)力點)。2分半左右開始,一級助推器熄火、一二級分離、二級助推器點火。到了8分47秒左右,二級助推器也將熄火,再過半分鐘左右一級助推器已經(jīng)將落在地面上;12分鐘時,搭載有兩名宇航員的龍飛船將從二級助推器上分離,然后開始繞地球飛行并接近國際空間站軌道高度。
動圖來自 Demo-1 任務(wù) 龍飛船將在接近預(yù)定軌道高度時與國際空間站建立通訊連接,并逐步提升高度,最終在距離國際空間站大約200米 (Keep Out Sphere, KOS) 時建立同步聯(lián)系,使得飛船可以和同步飛行并最終實現(xiàn)對接。對接過程是完全自動化的,當然,兩邊的宇航員都會密切監(jiān)控飛船的接近和對接,在必要的時候隨時接管控制。

動圖來自 Demo-1 任務(wù) 等到對接完成,國際空間站的在軌天數(shù)已經(jīng)達到了7,860天,已經(jīng)繞地球完成了接近12.34萬圈繞飛行。兩名宇航員在太空中停留多久?這個問題,直到飛船和國際空間站對接之后才會有答案。目前的計劃是最短一個月,最長119天,也即四個月左右。為什么現(xiàn)在決定不了到底要停留多久?除了本次執(zhí)飛的龍飛船之外,NASA 還要考慮下一次四名宇航員上國際空間站的 Crew-1 任務(wù)所用的另一枚龍飛船的狀態(tài)。需要考慮、分析和籌劃的有很多,NASA 也需要讓這次 Demo-2 任務(wù)的效用最大化,所以回程的時間還沒定下來。整個回程也是由程序控制完成的。自動接觸對接之后,龍飛船上的推進器將會啟動,讓飛船遠離國際空間站。
動圖來自 Demo-1 任務(wù) 飛船將繞地球飛行并降低軌道高度,調(diào)整方向,對準著陸點。到了預(yù)定的軌道高度和對應(yīng)地面位置,飛控電腦將會拋棄掉龍飛船的貨倉,減輕落地重量并節(jié)省推進燃料。然后推進器將會啟動長達12分鐘,將飛船送回地球大氣層,在引力的作用下朝著著陸地點前進。進入大氣層后,飛船會遭遇到巨大的空氣阻力,會顯著降低其降落速度。兩個減速降落傘會首先在5.48千米(18,000英尺)高度展開,隨后四個主降落傘會在1.98千米(6,500英尺)高度展開,讓飛船的下落速度降低到7.62米/秒(25英尺/秒),最終降落在佛羅里達州附近的大西洋洋面上。 
動圖來自 Demo-1 任務(wù) 以下視頻演示了火箭發(fā)射、飛船對接、解除對接、返程、降落的全過程:龍飛船將會搭載 Douglas Hurley 和 Robert Behnken,兩名來自 NASA 的男性宇航員。Douglas Hurley 出生于1966年10月21日,之前曾兩次進入太空,停留時間683小時,是亞特蘭提斯號航天飛機/STS-135任務(wù),也即 NASA 航天飛機計劃最后一次執(zhí)飛的駕駛員。Hurley 曾擔任 NASA 宇航員訓練教官、商業(yè)飛行計劃助理總監(jiān)等職位。
Douglas G. Hurley Behnken 出生于1970年7月28日,擁有機械工程博士學位,之前曾兩次進入太空,停留時間達708小時,其中包括太空行走37小時。Behnken 曾擔任 NASA 宇航員、工程師和宇航員辦公室主任,于2018年入選 Demo-2 任務(wù)。

Robert L. Behnken Hurley 和 Behnken 將成為國際空間站的第229和第230位訪客。為什么最終選擇了這兩名宇航員?因為 Demo-2 準確來講仍然是一次“試飛任務(wù)”,首次采用龍飛船真正載人進入太空的任務(wù)。 肯尼迪太空中心主任Robert Cabana 透露,Hurley 和 Behnken 都是 NASA 最頂級的試飛員,他們最擅長的就是執(zhí)飛全新機型——事實上,他們在加入 NASA 之前在各自的軍旅生涯中都有過豐富的新機型試飛經(jīng)驗。本次發(fā)射任務(wù)的另外兩名備選宇航員分別為 Sunita Williams 和 Eric Boe.如無意外,這次發(fā)射任務(wù)也將會是 SpaceX 設(shè)計的宇航服,首次投入實戰(zhàn)使用:(2018年2月,SpaceX 曾發(fā)射一輛特斯拉生產(chǎn)的 Roadster 電動車上太空,車上乘有一名穿著 SpaceX 宇航服的假人。)前面提到,本次 Demo-2 任務(wù)是私營航天公司首次使用自主研發(fā)的火箭和飛船送真人宇航員進入國際空間站。SpaceX 是截至目前最知名的,在私營航天 (private spaceflight) 領(lǐng)域作出最多突破的公司。不過,它的成績也要依托于前輩們的杰出貢獻。私營航天最早可以追溯到上世紀60年代,SpaceX 創(chuàng)辦的整整40年前。1961年12月12日,OSCAR一號成為了第一顆進入近地軌道的業(yè)余無線電衛(wèi)星,在軌20天。雖然加上了“業(yè)余”倆字,其實衛(wèi)星的開發(fā)者們并不“業(yè)余”——他們大部分都是美國航天軍工公司 TRW(現(xiàn)屬于諾格公司)的員工。1962年7月10日,貝爾實驗室開發(fā),交由 AT&T 使用的電星1號 (Telstar 1) 升空,通過太空從美國向法國轉(zhuǎn)播了電視圖像,實現(xiàn)了首次跨大西洋電視直播。不過遺憾的是,由于美國在電星1號發(fā)射的前一天在其軌道高度上引爆了一枚核彈,導致后來的衛(wèi)星使用了半年左右就完全停止工作。
電星1號 電星1號升空不久后,熱衷于太空發(fā)展的美國前總統(tǒng)約翰·F·肯尼迪簽署了1962年通訊衛(wèi)星法案,為私營公司擁有和運營衛(wèi)星提供了最初的法律基礎(chǔ)和監(jiān)管框架。1984年,里根前總統(tǒng)簽署了商業(yè)太空發(fā)射法案,認可了私營航天技術(shù)的商業(yè)價值和增長前景,要求持續(xù)鼓勵私營航天事業(yè)。執(zhí)飛人類首次成功登月任務(wù)的火箭土星5號,就是由私營公司建造的。它的設(shè)計者是 NASA,但是主要建造承包商均來自私營部門,包括波音、北美航空、道格拉斯(后來的麥道)和 IBM。
土星5號搭載阿波羅11號登月艙 1990年,軌道科學公司 (Oribital Science) 自主研發(fā)的飛馬座,一種小型的空中發(fā)射火箭,成功試射,成為第一顆在沒有政府資助開發(fā)出來并進入近地軌道的火箭。進入21世紀,私營航天的發(fā)展迎來一個很多人都不愿意承認的里程碑:美國航天科學家和富商 Dennis Tito 自費近2,000萬美元,通過各種關(guān)系找到俄羅斯,乘坐火箭進入國際空間站,成為第一位太空旅客,旅程長達7天22小時4分鐘。NASA 高層一度認為 Tito 花錢找俄羅斯上天的行為“背叛了美國”,甚至不愿意為他提供本應(yīng)提供給他的訓練——尷尬的是,在五架在役航天飛機損毀了兩架之后,美國于2011年退役了整個航天飛機計劃,之后美國宇航員上天也得求助俄羅斯的聯(lián)盟號……

進行 Demo-2 任務(wù)的獵鷹9號火箭等待發(fā)射 2012年5月25日,SpaceX 的龍飛船執(zhí)飛 NASA 的物資任務(wù),成為首個登陸國際空間站的商業(yè)飛船。在那之前,只有各國政府下設(shè)官方航天機構(gòu)的飛船曾經(jīng)造訪過距離地表350千米的國際空間站。 但是 SpaceX 并不只聚焦于美國政府訂單(雖然它最主要的收入來自于政府合同),只要付得起在行業(yè)里并不算昂貴的發(fā)射費用,SpaceX 愿意為任何人發(fā)射衛(wèi)星。它的客戶包括本國的企業(yè),比如 Facebook(很遺憾炸壞了扎克伯格的衛(wèi)星)、銥星公司、地理測繪公司 Maxar,也包括外國政府和公司,比如哈薩克斯坦政府、泰國政府、土庫曼斯坦政府、歐洲公司 Eutelsat、亞洲衛(wèi)星控股、KT(韓國電信)、以色列公司 Spacecom 等。事實上,SpaceX 的私營訂單和美國政府/軍事訂單的比例,幾乎達到1:1;其發(fā)射的其它公司載荷的次數(shù),比自家的星鏈衛(wèi)星還要更多。本次 Demo-2 發(fā)射任務(wù),將會是自2011年美國正式退役航天飛機的9年以來,美國宇航員首次在本土乘坐火箭進入國際空間站。
兩名宇航員在 SpaceX 發(fā)射演示任務(wù)控制中心 當然,這并不是2011年以后美國人首次乘坐本土生產(chǎn)的太空交通工具上太空。去年2月,五名宇航員乘坐私營航天公司維珍銀河 (Virgin Galactic) 的 VSS Unity 飛機進入了51.4千米高度的太空。 雖然這次飛行遠未達到所謂的軌道高度,不過倒是比 NASA 認證的太空起始點高了1.4千米。說起私營航天公司,人們往往會提起 SpaceX、維珍銀河、藍色起源等,但從發(fā)射經(jīng)驗上來看,實際上很少有其它公司可以和 SpaceX 相提并論。 維珍銀河 (Virgin Galactic) 由維珍集團創(chuàng)始人理查·布蘭森爵士于2004年創(chuàng)辦。從公司架構(gòu)上,維珍銀河是面向消費者的品牌公司,技術(shù)研發(fā)公司則叫做 The Spaceship Company (TSC),和另一家公司 Scaled Composites 合資開發(fā)了維珍銀河目前所用的飛船。正如公司名稱所指,SpaceX(全名 Space Exploration)是一家太空探索公司,它能夠自主研發(fā)推進器,并且已經(jīng)成功發(fā)射正規(guī)尺寸的運載火箭和太空船,未來的目標是登陸月球、火星,拓展載人宇航的邊界。維珍銀河更像是一家太空旅游公司,按照常用的界定方式,稱其為 spaceliner company。截至目前,該公司的機隊規(guī)模只有兩架,而且正如前述,只能進行亞軌道飛行,也即沖出大氣層,到達不算太高的高度,畫出一個拋物線,再回到地球,無法執(zhí)飛軌道任務(wù)。你也可以說這種只算觸到了太空的“皮毛”,不能算“真正”的太空飛行。同時,維珍集團旗下還有一家小型衛(wèi)星公司,名叫維珍軌道 (Virgin Orbit),業(yè)務(wù)比較有限,疫情期間還開小差研制了一款呼吸機。以下是維珍銀河的太空飛機首次進入太空的紀錄視頻,拍的非常美:藍色起源 (Blue Origin) 是另一家常被提起的私營航天公司。創(chuàng)辦于千禧年,比 SpaceX 還早兩年,而且創(chuàng)始人也是科技業(yè)大佬,亞馬遜的老板杰夫·貝佐斯。不過,藍色起源發(fā)了幾枚火箭和登月概念車(這里的“發(fā)”,更多指的是發(fā)布,而不是發(fā)射……),實際業(yè)務(wù)并沒什么太大起色。該公司的發(fā)射經(jīng)驗不算多,所有現(xiàn)役火箭型號都沒有實戰(zhàn)經(jīng)驗。藍色起源旗下?lián)碛行⌒涂苫厥栈鸺d具新謝潑德 (New Shepherd),設(shè)計可以載人,八次無人測試,均成功發(fā)射、著陸和回收,;重型可回收火箭新格倫 (New Glenn),2016年發(fā)布,對標 SpaceX 的獵鷹重型火箭,計劃2021年首次試飛。去年五月,藍色起源發(fā)布了斥巨資多年低調(diào)開發(fā)的大型模塊化登月飛船藍月亮 (Blue Moon),具有載人能力,計劃在2024年之前讓宇航員可以重返月球。人類首次登月已經(jīng)過去了半個世紀,為什么要重返月球?貝佐斯指出,不管人類想要去太空中的任何地方,月球都應(yīng)該成為第一站,成為人類太空活動的基地。他說的沒錯,畢竟月球的引力更小,沒有復雜的大氣環(huán)境,比地球發(fā)射更容易,而且月球上存在大量可制成氫燃料的永凍冰。除了 SpaceX、維珍銀河、藍色起源之外,行業(yè)里還有一些不可小覷的私營公司,比如:畢格羅宇航,成立于1998年,方向是民用空間站,或者可以說是太空酒店(創(chuàng)始人 Robert Bigelow 是美國廉價酒店連鎖老板),以及商用空間站,用于接替原計劃于今年退役的國際空間站。該公司已經(jīng)成功發(fā)射兩枚空間站組件 1)創(chuàng)世一號,2006年發(fā)射,設(shè)計壽命5年,目前在近地軌道上;2)創(chuàng)世二號,2007年發(fā)射,設(shè)計壽命12年,目前仍在軌道; 火箭實驗室 (Rocket Lab),成立于2006年,總部在加州,在新西蘭擁有自己的發(fā)射基地。其開發(fā)的輕型火箭電子號 (Electron),可以將最高150千克載荷發(fā)射到最高500公里的軌道,已經(jīng)執(zhí)飛過多次商業(yè)發(fā)射任務(wù)。 當然,以及波音集團旗下的波音綜合國防系統(tǒng),目前和 SpaceX 共同作為 NASA 最大的發(fā)射載具承包商。
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