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经历了无数的失败与成长,SpaceX载人航天首秀将如何呈现?

发表时间:2020-05-28 23:35:00  来源:野望文存  浏览:次   【】【】【

发射美国

图片来源:NASA

 

原计划于北京时间528日清晨4:33发射的载人龙飞船,由于天气原因推迟至北京时间5月31日3时22分。


在佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心39A号发射台SpaceX将用载人龙飞船(Crew Dragon)进行首次搭载宇航员的测试飞行,发射两名NASA的宇航员前往国际空间站,预计抵达时间为发射后的19小时。

 

对于此前没有航天经验的私人企业家埃隆·马斯克(Elon Musk)和他年轻的SpaceX公司而言,这项名为“第二次演示飞行”(Demo-2)的任务无疑是自2002年公司成立以来最大的考验。

 

上图中,搭载了载人龙飞船的SpaceX猎鹰9号运载火箭( Falcon 9)准备于2020528日在NASA佛罗里达州肯尼迪航天中心历史悠久的39A号发射台发射,该任务是在NASA进行SpaceX第二次演示飞行任务之前进行的。

图片来源:NASA /金·史弗莱特(Kim Shiflett

 

如果一切按计划顺利进行,这次的发射将是美国乃至人类太空探索的重要里程碑:私人商业公司首次将人类送入太空,航天探索的政府主导模式或将结束,航天业的商业私有化又迈进了一大步。自2011年航天飞机退役以来,美国过去9年的时间里都没能将自家的宇航员送入太空,而不得不依靠俄罗斯的联盟号飞船(Soyuz),筹备已久的恢复美国本土载人航天飞行,也就是“Launch America”,对NASASpaceX而言都至关重要。

 

“必须做好一百万件事”

 

NASA是一个成立时间长达62年的政府机构,可以说拥有丰富的经验和沉稳的性格,相比之下SpaceX则是一个在不断的失败中成长起来的年轻公司。仅仅在过去5年,猎鹰9号运载火箭和猎鹰重型运载火箭(Falcon Heavy)就有12次失败的发射和回收经历,马斯克甚至自我调侃地发布了一条视频,给SpaceX历年来火箭助推器回收失败的记录来了个大汇总。

 

 “如何不让轨道火箭助推器成功降落”(How Not to Land an Orbital Rocket Booster

视频来源:SpaceX

 

那么对于即将执行的真正的载人航天任务,NASASpaceX究竟准备得如何了呢?去年3月,在“第一次演示飞行”(Demo-1)任务中,没有搭载宇航员的龙飞船测试飞行成功完成;今年1月,保障宇航员安全的发射中止系统(launch abort system)测试也成功完成,在火箭升空的早期阶段如果出现紧急情况,发射中止系统能将宇航员所在的乘员舱(crew module)带离火箭,这是航天飞机所不具备的功能系统。

 

发射逃离演示

视频来源:SpaceX

 

即使此前有过多次的失败,即使疫情期间SpaceX有至少一半的工程师只能远程工作,即使发射计划可能因天气和机械故障被推迟,NASASpaceX也在尽一切努力让相关的设备和设施准备就绪。

 

SpaceX总裁兼首席运营官格恩·肖特维尔(GwynneShotwell)表示,要是火箭发射成功,“必须做好一百万件事”。

 

龙飞船载人任务的13

 

龙飞船发射与火箭助推器回收过程。

图片来源:SpaceX

图片汉化:哇喳

 

第二次演示飞行13个步骤的示意图,包括发射、着陆与龙飞船部署,以及与国际空间站的对接和最后的返回。

素材来源:SpaceX

图片制作:哇喳

 

1. 发射(LIFTOFF

 

载有鲍勃·本肯(BobBehnken)和道格·赫尔利(Doug Hurley)两位宇航员的猎鹰9号运载火箭,计划于北京时间528日早晨4:33NASA肯尼迪航天中心的39A号发射台升空。

 

如果天气状况不佳,或由于其他任何原因取消了发射计划,则任务将推迟到530日(第一备份日期)或531日(第二备份日期)。 

 

猎鹰9号一级火箭会将龙飞船送入轨道,并在升空后大约2分半的时候与二级火箭分离,并开始着陆准备返回地球;二级火箭会将龙飞船加速至轨道速度。

 

SpaceX计划将火箭降落在名为“当然我仍然爱你”(OfCourse I Still Love You)的无人驾驶海上平台上,平台将驻扎在佛罗里达海岸附近的大西洋上。

 

2. 轨道激活(ORBIT ACTIVATION

 

载人龙飞船脱离猎鹰9号的二级火箭,对初始轨道进行激活,一旦进入轨道,龙飞船上的宇航员和SpaceX的任务控制人员将通过测试环境控制和生命支持系统、机动推进器和热控制系统等,来验证飞船是否按预期运行。载人龙飞船将执行一系列分阶段操作,以完成与国际空间站的交会对接。

 

3. 分段点火(PHASING BURNS

 

推进器分阶段点火,龙飞船开始提升加速度与高度,逐步追上国际空间站。

 

4. 开始靠近(APPROACH INICIATION

 

龙飞船与空间站建立通信联系,并进行最终的轨道速度提升。

 

5. 靠近运行(PROXIMITY OPERATION

 

龙飞船与国际空间站建立起相对导航,并沿着对接轴运行,开始自动靠近。

 

6. 对接与加压(DOCKING AND PRESSURIZATION

 

龙飞船开始进行最后的靠近,并最终与国际空间站的和谐号节点舱(Harmony module)对接,并在对接端口压力配合适配器PMA-2上进行加压操作,之后即打开舱口、宇航员进入空间站。

 

载人龙飞船预计将于北京时间528日晚间11:29与空间站对接,空间站上的第63远征队队员,也就是NASA的克里斯托弗·卡西迪(ChristopherCassidy)以及俄罗斯宇航员阿纳托利·伊万申(Anatoli Ivanishin)和伊万·瓦格纳(IvanVagner)将帮助本肯和赫尔利打开舱门并进入空间站。舱口定于北京时间529日凌晨1:55打开。

 

7. 驶离空间站(DEPARTURE

 

载人龙飞船将自动脱离国际空间站,执行飞离点火与轨道实验室分离。

 

8. 分段点火(PHASING BURNS

 

龙飞船将执行一系列的降轨操作,让自身的地面轨迹与计划的着陆地点对齐。

 

9. 抛弃躯干(TRUNK JETTISON

 

在靠近地球时,载人龙飞船将抛弃它的服务舱(service module),也就是飞船的“躯干”,然后进行离轨点火,使其坠落到地球大气中。

 

服务舱是一个圆柱形带翼的船舱,其中包含飞船的内置太阳能电池板和往返空间站飞行所需的其他设备。再次进入地球大气期间,载人龙飞船会抛弃它的躯干,以减轻重量、节省推进剂,并为飞船的降落做好准备。

 

10. 离轨点火(DEORBIT BURN

 

龙飞船将进行它的离轨点火,持续时间大约12分钟。

 

11. 重新进入大气(RE ENTRY

 

载人龙飞船将以大约27,000千米/小时的速度进入地球大气层。大气中气体分子的摩擦会产生巨大的阻力从而极大地减慢飞船行驶速度,同时,飞船的外部也会被加热到极高的温度。

 

宇航员会在隔热罩的保护下免受这些极端高温的侵害,但最终返回地球的飞船看上去就没法像发射之初那样。在Demo-1任务中,当SpaceX的载人龙飞船宇宙飞船返回后看起来像一块烤棉花糖。

 

12. 部署降落伞(PARACHUTES DEPLOY

 

一旦载人龙飞船成功回落到大气之中,它就会在5500米高度处展开两个减速降落伞,然后在大约2000米处展开四个主降落伞,用来减小降落的速度。

 

13. 溅落(SPLASHDOWN

 

在四个主降落伞的作用下,龙飞船将以每秒7.6米的速度安全降落,并自动释放其降落伞。

 

NASASpaceX拥有一系列标准,用于确定第二次演示飞行任务是否能被视为成功。载人龙飞船必须证明它可以在发射后成功分离并部署到目标轨道,与国际空间站进行交会、对接以及撤离,并安全地将宇航员带回地球。

 

如果一切都按计划进行,SpaceX就能不久的将来用载人龙飞船定期将NASA宇航员运送到国际空间站上。


参考来源:

[1]https://blogs.nasa.gov/commercialcrew/2020/05/26/excitement-emotion-abound-on-eve-of-historic-demo-2-mission/

[2]https://www.space.com/spacex-crew-dragon-demo-2-step-by-step.html

[3]https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Falcon_9_and_Falcon_Heavy_launches


责任编辑:蔡学森