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刚刚,马斯克改写人类航天史!SpaceX完成全球初次商业载人发射

2020-05-30| 发布者: 小店信息网| 查看: 135| 评论: 1|国华通文章来源: 互联网

摘要: 来源:DeepTech深科技作者:李贤焕寇建超“GONASA,GOSpaceX!”马斯克带领下的SpaceX再度迎来高光时刻,正式开启全......
 

来源:DeepTech深科技

作者:李贤焕 寇建超

“GONASA,GOSpaceX!”马斯克带领下的SpaceX再度迎来高光时刻,正式开启全球商业载人航天的全新时代,人类航天史正在被改写!

北京时间5月31日凌晨3:23,SpaceX最新的载人龙飞船在美国肯尼迪航天中心39A发射台成功发射,在全球观众的注视下,载着两名宇航员还有一只恐龙玩偶前往国际空间站。

国华通在今天任务进行前,此次发射已经因为天气原因推迟了一次。在历史性的载人发射任务面前,SpaceX和NASA都无比谨慎。而在今天的发射前数个小时,NASA官方依然表示仅有50%的概率能够按时发射。

点火升空约2分半后,一级火箭分离。9分半钟后,一级火箭成功降落在海上平台,成功实现回收。到了第12分钟,载人龙飞船按计划与火箭二级分离,至此,历史性的商业载人任务在发射阶段一切顺利。

国华通载人龙飞船在与二级火箭分离之后,就是一段依靠自身动力不断调整轨道高度,在绕着地球飞的同时,不断“追赶”国际空间站的过程。

国华通相对于很多卫星来说,国际空间站轨道高度不高,平均约为400公里,按照SpaceX的飞行计划,龙飞船将在飞行约19个小时后与空间站相会。这是一个几乎全自动的过程。也只有当飞船与空间站成功对接,以及在1-3个月后完好地返回地球,此次任务才能算是最终完成。

国华通向来自信满满、怼天怼地的马斯克在发射前的采访里说“如果成功了,那是NASA和SpaceX的功劳,如果失败了,那就是我的问题。”“火箭发射可能有无数种失败的方式,但成功的方式只有一种。”

国华通载人航天可以说是航天领域难度最高的任务。如今,SpaceX正式成为首个掌握载人飞船和发射能力的私营公司。要知道,在此之前,有能力进行载人发射的仅有苏联/俄罗斯、美国和中国,这其中无一例外都是以国家力量在推动。

将人类送出地球,在商业航天史上取得这一成就的公司,唯SpaceX一家;能改写这一历史的人,唯马斯克一人。

国华通执行此次飞行任务的是两名资深宇航员鲍勃·本肯(BobBehnken)、道格·赫尔利(DougHurley),两人在过去都是开过航天飞机的人。在这个可以装在7人的飞船里,显得空间非常宽敞。

国华通跟着飞船上空间站的还不止两个宇航员,在一旁的座位上,一个小小的恐龙玩偶也有幸参与到了飞行任务中,安静地占有了一个宇航员的座位,乖乖地绑好了安全带,把此次载人飞行妥妥地安排成“载龙飞行”。

在任务圆满成功的情况下,SpaceX载人龙飞船将在下一次飞行任务中将4个宇航员送上空间站。

载人航天:马斯克又引领了一个领域

航天飞机时代落幕之后,美国已经近10年没有载人发射能力。今天SpaceX的发射将美国重新带回载人发射国家的行列。

美国的宇航员终于可以不用坐着俄罗斯的飞船上下班了。

国华通在今天发射前,NASA放出了此前阿波罗任务、航天飞机的发射视频,而SpaceX载人飞船出现在视频结尾,意味着接过美国载人航天的大旗。

2011年7月21日,亚特兰蒂斯号航天飞机安全着陆,结束了30年美国航天飞机服役的历史。此后,俄罗斯的联盟号载人飞船成为了空间站的唯一“访客”。但这一研制于1960年代的飞船,内部空间简陋而狭小,载人数量和舒适度都很有限。

国华通目前,中美俄三国都在开发新一代的载人飞船,其中大空间、可重复是基本的追求。其中,中国的新一代载人飞船、SpaceX的载人龙飞船、波音的Starliner最多载人数量都提升到了7位。空间大了,内部设备也更加现代化了,连触摸屏都用上了。

国华通此次发射也是全球范围内,新一代载人飞船首次正式投入使用,对宇航员和太空游客来说,可以更舒服地来往空间站了。

除了超大的内部空间,龙飞船还有一项颠覆性设计,就是抛弃了主流的逃逸塔,而是让飞船本身兼具自主逃生的功能。这样设计有什么道理呢?这背后,寄托着马斯克的重要梦想:可重复,可重复,可重复。

在过去载人发射任务中,各国的火箭均配备了逃逸塔,这个尖尖的逃逸塔就像一个小型火箭一样,接在火箭的最顶端。

在发射阶段出现意外时,逃逸塔上部的发动机能迅速启动,带着宇航员逃离事故现场,并最终通过伞降的方式回到地面。如果飞船上升到一定高度后出现险情,飞船就可以利用自身的变轨发动机来撤离,因此,逃逸塔通常在发射约2分钟左右被抛离,以减轻整体重量。

实际上,在人类航天史上,逃逸塔被使用的次数屈指可数,只有一次真正发挥了作用。但在安全至上的诉求下,它又是载人航天任务的标配,于是,不得不在每次发射中都丢掉一个逃逸塔。

国华通与此同时,过去使用的载人飞船,包括上面的返回舱、轨道舱都是一次性的。于是,已经实现火箭重复使用的SpaceX,又打起了载人飞船的主意,如果实现其可重复使用,这将大幅降低载人发射的成本。

要实现重复使用,载人龙飞船第一步就是舍弃逃逸塔,在飞船四周配备了8台SuperDraco发动机,实现了“自带逃逸系统”,在逃逸时可以随时启动。

国华通其中每台SuperDraco发动机都可产生1万5千磅的推力。8台SuperDraco同时点火产生的推力,可在1.2秒内将飞船从0加速至100英里/小时,最高速度可达到345英里/小时。

国华通与此同时,载人龙飞船配备了可更换隔热罩。其他飞船在返程进入大气层时,必须借助隔热罩摩擦减速和烧蚀降温,导致飞船无法重新使用;而载人龙飞船则重新设计了飞船隔热罩,实现了模块化更换,为飞船重复使用打下基础。

此外,为了降低成本,载人龙飞船还通过材料技术上的突破,让飞船自己在大气中飞行时具备足够的保护能力,摆脱了对整流罩的依赖。

国华通不过,这种追求低成本的大胆设计,同样会带来可靠性问题。

国华通原因是逃逸发动机和推进剂贮箱就安装在宇航员的加压舱周围,由于逃逸发动机贴近宇航员座位,发动机或是推进剂万一出现异常,就可能直接把整个飞船给炸了。

趋于保守的NASA对此方案并未完全信任,要求SpaceX以及同样采用了类似方案的波音进行更加严格的测试。

直到现在,虽然飞船已经展现出多次飞行的能力,但NASA仍然要求在执行载人任务时,飞船必须是崭新的一手货,但用过之后的二手飞船可以留着以后给空间站送货。

那个抽大麻的家伙打败了波音

今日的成功,将马斯克和SpaceX在航天领域的影响力推至高点;与此同时,这也讲述了一段“干儿子”打败“亲儿子”的励志传奇。

国华通作为一家私营航天公司,SpaceX在2003年成立之后,就面对着巨头环伺的险恶环境。在美国的航天任务中,包括波音、洛克希德·马丁等几个巨头公司都是其中的主力选手,NASA总能在各种项目中砸下巨资,用补贴或者数十亿大订单把这些公司养好,保持顶尖技术实力。这让他们被称为NASA的“亲儿子”。

国华通这些“亲生”公司不只是航天任务的供应商,也代表了美国航天技术的上限水平,因此就算是烧钱,NASA也要一直养着。

当然,NASA对SpaceX也不差,订单不断,甚至在SpaceX最危机的时刻,还出手挽救了马斯克。但总体来讲,SpaceX获得的支持力度和几个“亲儿子”没法比。

时间窗口在2010年打开。

在NASA的规划中,除了需要重新发展本国的载人航天能力,未来包括空间站在内的近地空间需要逐渐向商业让位。空间站和往返空间站的运载火箭由商业公司承接,NASA则专注在月球、火星等更远的深空探索。

为此,NASA在2010年启动了“商业乘员开发”(CCDev)计划,资助数家公司开发载人飞船,SpaceX入围。一开始,SpaceX怎么看都像是个陪跑者,而波音则是毫无疑问的种子选手。

在这项计划的前几年中,业界看法空前一致,波音不会输。而SpaceX则被不少人看作只是马斯克的幼稚幻想,SpaceX的火箭也被批评为“橡皮筋+密封蜡的成品”,能不能飞起来都是个问题。NASA指望它能扛起载人航天的大旗?这太幼稚了。

然而,“天真”的马斯克和稚嫩的SpaceX就是在这样的质疑和嘲笑下,开始了载人飞船的研制工作。

惯例依然在起作用,波音每一次获得NASA的补助和合同金额都远大于SpaceX。从计划开始到如今正式载人发射,NASA在这一计划中撒下近84亿美元,超过49亿美元进了波音的口袋;相比之下,SpaceX获得的资助金额要少得多,约31亿美元。

马斯克也受了刺激,在推特上大呼:这太不公平了。波音做着和SpaceX一样的事情,却拿了更多的钱。

如今到了交考卷时刻,两家的差距还是相当大,不过,SpaceX已经变成领跑者。

虽然两家都有不同程度的延期,SpaceX在2019年3月就进行了载人飞船的无人首飞,奠定了此次正式载人任务的基础。

根据《华盛顿邮报》的一则报道,一位波音高管对SpaceX赢下这场太空竞赛显然不能接受,“这个抽大麻的家伙怎么能打败我们?”(2018年9月,马斯克曾在一档电台节目上直播抽大麻。)

相比之下,“亲儿子”波音载人飞船的表现就让NASA有点尴尬了,2019年底,波音经过数次推迟终于把新的载人飞船Starliner放到了发射架上,开始首次无人测试飞行。

国华通但这酝酿快十年的飞船,第一发居然就打“飞”了。运载火箭将飞船送上预定高度后船箭正常分离。但Starliner飞船在后续利用自身发动机点火的过程中出现意外,没能进入预定轨道。

国华通进度慢就算了,波音还很贵。

国华通从一份美方报告可知:SpaceX载人龙飞船的报价为每个座位5500万美元。那波音呢?船票每人9000万美元,比SpaceX贵了60%以上。甚至,这比俄罗斯近年来每人8000多万美元的报价还贵。

原本商业航天应该是通过商业运营的方式,最终达到降低成本、价格的效果,而波音看起来做的很差。

国华通当初,NASA为了增加竞争的趣味性和象征意义,宣布第一个将宇航员送上国际空间站的公司,将会得到一份珍贵大礼——一面美国国旗。这可是最后一次航天飞机任务中留下来的,极具纪念价值。

显然,这面旗帜已是马斯克的囊中之物。

NASA经验和硅谷思维的碰撞

载人航天可以说是航天领域的“圣杯”。此前从来没有一个商业航天公司具备载人飞行能力,直到马斯克的出现。但要NASA放心地将宇航员交给私营公司,绝非易事。

在大约15年前,NASA开始尝试让商业航天公司开发能够往返国际空间站、执行运输任务的飞船。

国华通时任NASA局长迈克·格里芬提出用5亿美元作为种子资金,资助企业开发私人制造的航天器。那时还是航天飞机时代,平均每次发射的成本都超过5亿美元。所以拿出这笔钱资助包括SpaceX在内的私营企业,这是NASA下的一个小赌注,也是一个起点。

当时,NASA这种国字号机构很难真正相信商业航天公司。尤其SpaceX从2006年起,连续3年火箭发射全部以失败告终。而马斯克的形象,也不过是一个自大且易怒的企业家,这让不少人心存疑虑。

国华通NASA是一个庞大的官僚机构,习惯于按照自己的方式行事,他们凭借资金和航天经验,可以告诉承包商应该如何做事。相比之下,SpaceX拥有更接近于硅谷的思维模式,较少受到历史包袱和过时经验的束缚。

这其中有一个很鲜明的例子。多年前,NASA的传奇飞控指挥官吉恩克·兰兹(GeneKranz)把他的回忆录定名为《失败不是一个选项》(“FailureIsNotanOption”),以纪念从水星计划到阿波罗计划期间他在任务控制中心的日子。更重要的是,在“FailureIsNotanOption”这种思维方式指引下,他和团队还成功地把阿波罗13号带回了家。这种思维在航天界近乎信仰。

然而,作为混迹硅谷多年的连续创业者,马斯克却对这种思维方式嗤之以鼻,早在2005年与NASA签订第一份合同之前,他就明确表达了自己对这种精神的蔑视:“这是一种愚蠢的想法,认为NASA不会选择失败。在我看来,失败就是一种选择,如果没有失败,就说明你的创新不够。”

随着SpaceX和特斯拉近年来发展迅猛,马斯克的这句话也广为流传。

好在SpaceX的成绩单也足够优秀,马斯克才没有成为笑柄。最关键的莫过于猎鹰9火箭的横空出世,直接改变了航天游戏的玩法。除了到目前依旧是全球唯一实现了重复使用的火箭,猎鹰9也是全球范围内可靠性最好的火箭之一。加上今天的载人发射,猎鹰9这款火箭已经执行了85次飞行任务,只有两次失败,其中一次是在地面上发生爆炸。在最近3年多时间里,猎鹰9已经60次发射全部成功。

不过,面对性命攸关的载人航天来说,“FailureIsNotanOption”的精神依然值得重新回味,毕竟NASA的主要目标是让它的宇航员安全地进出国际空间站。

实际上,随着NASA和SpaceX在商业载人方面的合作,双方的文化碰撞并融合在一起。

在双方磨合的过程中,NASA能够为SpaceX做的事情之一,就是把它的一些操作经验,以及对安全的重视带到开发商业载人飞船的过程中。而SpaceX对此也颇为接受。

“他们的督促让我们可以脚踏实地,”SpaceX制造和飞行可靠性副总裁汉斯·科尼格斯曼(HansKoenigsmann)说到,“我们有时会发生有关设计制造方面的冲突,然而,最终的结果还是将安全作为了首要考虑的事情。”

执行此次飞行任务的两名宇航员道格·赫尔利和鲍勃·贝肯,此前甚至会每周都代表NASA前往SpaceX的总部探讨进度。在赫尔利看来,双方当然有文化的差异和成长的烦恼,但令人惊讶的是,从某种意义上来说,这两个组织可能并没有做出改变,而是相互适应,各个子系统的总体都做的非常成功。

在这一来一往之间,我们也似乎从SpaceX的身上看到了曾经NASA的影子。“在某些方面,SpaceX可能会更类似于NASA在20世纪60年代的做法,当时我们正准备登月,”赫尔利说,“当时的NASA要年轻得多,员工大多在20多岁。而现在SpaceX的员工平均年龄是29岁,他们就像20世纪60年代的NASA一样,面对太空正摩拳擦掌、跃跃欲试。”

终于,年轻的SpaceX再一次翻开了人类航天历史的新篇章。



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