狗仔卡
发表于 2019-3-5 12:03 AM
一句话评价：龙 -2 载人飞船成功对接，人类载人航天进入新纪元
北京时间 2019 年 3 月 2 日 15 时 39 分，美国太空探索科技公司（SpaceX）成功用自家的猎鹰 9 号（Falcon 9）火箭发射龙 -2（Dragon-2）载人飞船。一天后的 18 时 52 分，成功与国际空间站的和谐号节点舱对接。
火箭发射瞬间（左）和飞船对接国际空间站最后阶段（右）
自从 2011 年 7 月 19 日亚特兰蒂斯号航天飞机（STS-135）从国际空间站离开返回地球后，持续三十年的航天飞机项目最终结束，美国载人飞船再未抵达过国际空间站。这次 SpaceX 载人飞船测试任务的成功，不仅意味着这个商业公司的巨大飞跃，也标志着人类载人航天一个崭新的时代开始。
那么，这次发射的龙 -2 飞船，有什么非凡之处？
- 更加安全
安全性毫无疑问是任何一个载人航天飞船最重要的基本需求。NASA 一直是美国载人航天的主要领导者，目前愿意放开载人航天项目给民营航天，一个重要要求就是达到更高的安全性。2011 年的商业载人航天项目（CCP）对安全性的要求是：飞船发射上升段和返回下降段宇航员损失比不得超过 1:500，即每 500 次任务最多只能损失 1 位宇航员。考虑到最长 210 天的任务周期和各种太空意外，总指标是 1：270。
举例对比而言，航天飞机项目要求 1:90，俄罗斯联盟号飞船要求是 1:110。而实际上，航天飞机在 135 次任务中失败 2 次并牺牲了 14 位宇航员，联盟号飞船是 1:87。
龙 -2 飞船进行的整体紧急逃逸测试
为了达到这个指标，NASA 对飞船测试的要求可谓极其严苛。龙 -2 飞船早在 2015 年就进行了成功的逃逸测试，按照创始人伊隆·马斯克的说法，后续又经过了数千个小时不同的测试。即便是运载用的新型猎鹰 9 号 -Block 5 火箭，NASA 也要求达到连续 7 次发射不得出任何问题，且要进行发射前的静态点火试验。
在这一次无人测试成功后，SpaceX 还需要进行一次在轨逃逸测试，才有可能在 2019 年 7 月首次执行真正的载人任务。
2.可回收重复使用
龙 -2 飞船一大特色在于能做到最大限度的重复使用。此前，航天飞机是人类唯一可重复且投入使用的载人航天器具，但价格更是惊人。龙 -2 飞船在实现可回收和降低成本方面，做出了一系列重大改变。
a.自带逃逸系统。传统载人飞船发射必须携带昂贵的逃逸塔，在发射后两分钟左右就会抛掉。而龙 -2 飞船自带 8 台逃逸用 SuperDraco 超强发动机，可重复使用。
b.无需整流罩。整流罩是火箭冲出稠密大气时保护航天器的重要部分，和航天器共同位于火箭顶部，它要求质量低、强度大、信号通透性强，因而造价不菲。SpaceX 因而也一直尝试回收自家猎鹰 9 号火箭的整流罩，毕竟这是 500 万美元的产品，然而从未成功。龙 -2 飞船的设计充分考虑了这一点，可以节约不少费用。
SpaceX 猎鹰 9 号和龙 -2 飞船组合（上）对比俄罗斯联盟号火箭与飞船组合（下）
c.可更换隔热罩。任何一个载人飞船返回大气过程中，必须依靠隔热罩摩擦减速和烧蚀降温，这是几乎无法逾越的障碍。龙 -2 飞船的隔热罩 / 烧蚀层，也能轻易实现模块化更新。
d.火箭亦可回收。龙 -2 飞船将会搭配猎鹰 9 号 -Block 5 型火箭发射，后者的理论可回收次数近百次，不经过大修保养可做到连续 10 次左右回收。考虑到即便一枚新火箭的造价（6000 万美元左右）也要比同行低很多，龙 -2 飞船使用自家公司的火箭发射费用也将大大降低。
e.着陆方案。目前由于 NASA 要求和安全性问题，龙 -2 飞船将采用经典的降落伞和大洋溅落并打捞的着陆方案。按照它原先的设想，飞船可以采用降落伞配合 SuperDraco 反冲发动机陆地降落，甚至全程反冲降落。未来在克服技术问题后，依然有可能恢复到原先方案。
3. 强大的载人能力
龙 -2 飞船最多可以搭载 7 名宇航员，相比而言，美国早期的水星计划、双子座、阿波罗飞船只能载 1-3 位，苏联 / 俄罗斯的东方号、联盟号飞船只能载 1-3 位，中国神舟飞船只能载 3 位，NASA 新一代在研的猎户座飞船只能载 2-6 位。
龙 -2 飞船（左）与实际发射的联盟飞船（右）对比，龙 -2 飞船有分离的货物区，7 名宇航员即便全副武装准备发射，内部空间也要宽敞许多
因而，它的运力能够与航天飞机打成平手，同为世界第一。但二者单次发射费用相差悬殊：航天飞机 135 次任务花掉了 2000 亿美元，平均约 15 亿美元一次，而龙 -2 飞船目前报价仅在单次 1.6 亿美元左右。单纯从载人航天的角度，性价比可谓极高。
4.新科技的运用
SpaceX 代表了美国多年积累的航天技术商业化集中体现，也融合了一系列新技术。例如，8 台逃逸发动机是采用了激光 3D 打印铁铬镍材料制造而来，可重复使用。
龙 -2 飞船并没有传统意义上的巨大太阳能帆板
它的能量供应依然主要来自太阳能电池板，不过不同于传统飞船巨大犹如翅膀一般的太阳能帆板，龙 -2 飞船采用了在货舱外壳上贴折叠式太阳能电池片的方式，整体更加集约高效。
龙 -2 飞船能够实现自动对接国际空间站，并不需要空间站上机械臂的帮助，也大大简单于曾经航天飞机极其复杂的对接过程。一方面提高了安全性，另一方面也降低了总体工作量。
与国际空间站自动对接艺术效果图
为应对突然的失压甚至真空状态，龙 -2 飞船的设计依然能够让整体正常运行。此外，SpaceX 还设计了更加先进的宇航员舱内服，能够保障宇航员在这种紧急情况下的生存，提高安全性。历史上，1971 年的联盟 11 号任务就是在返回地球期间失压，三名宇航员牺牲。
5.更加舒适的内部空间
龙 -2 飞船能装 7 人，自然不小。它的内部加压空间有 9.3 立方米，集中在一个舱段里，非加压舱段也有 12.1 立方米，即便不载人它也是个优秀的货运飞船。两段式设计，是现在几乎所有新一代飞船的思路，中国新一代载人飞船也将这样设计。
中国新一代载人飞船（上）也将使用两舱段模式，和神舟飞船区别明显（下）
传统的神舟飞船和联盟号飞船载人部分又分成轨道舱和返回舱，导致每一个都很狭小逼仄。因而，龙 -2 飞船内部基本是一个科幻感十足的布局，空间并不拥挤。
考虑到 NASA 对商业航天运载器不得超过 3 倍过载的设计需求，这对人体的压力还没有游乐场的娱乐项目大，普通人的身体素质可以接受。
联盟飞船（左）与龙 -2 飞船（右）的操作界面也完全不同
它也创新使用了电子触屏操作，与传统的机械控制面板相比可谓是颠覆式创新。与此同时，它也保留了机械控制的备份，增加系统冗余。对于高度智能化的飞船整体而言，宇航员在发射和返回过程中基本不需要复杂操作，整体环境非常友好。换句话说，降低了宇航员门槛。
6.极低的价格
表面看来，龙 -2 飞船 1.6 亿美元的价格让人咂舌，但比起其他飞船已经性价比极高。即便不与极其昂贵的航天飞机相比，它比现今国际载人航天市场的联盟号飞船也便宜许多。
航天飞机退役后，一张联盟号“飞船票”的价格猛涨
一艘联盟号飞船仅能运送 3 人，飞船和火箭全部是一次性。此外，2011 年航天飞机退役后国际载人航天市场被俄罗斯完全垄断，NASA 不得不面对这一“封锁”局面。导致的后果是 NASA 为宇航员购买“飞船票”的价格暴涨，现在（2019）已经在 8200 万美元一张。
相比而言，龙 -2 飞船大约在 2000 万美元一张。此外，7 人的运力已经足够把国际空间站一整个远征队（常年 6 人）全部替换。
如果考虑到它拥有货物运输能力，且返回时依然可以携带 3 吨左右货物，性价比更高。
7.对 NASA 而言意义重大
进入新世纪后，NASA 的发展方向发生了重大转变，逐渐降低工程类项目比重，转向侧重科学研究领域。一个典型的表现就是 NASA 逐渐退出载人航天市场，让给商业航天，轨道科学 ATK（现并入诺格）、SpaceX、蓝色起源、毕格罗、内华达山脉等都在这一波大潮中得以发展。从 NASA 的角度，充分引入商业航天的竞争和利用它们背后的社会资本，毫无疑问是一件性价比极高的事情，SpaceX 无疑是其中的佼佼者。
商业航天发射阶段，联合发射同盟、SpaceX、蓝色起源、轨道科学 ATK 等同台竞技，最终 SpaceX 拿出性价比最高的方案：崭新猎鹰 9 火箭报价 6000 万美元，复用版可打折。猎鹰重型火箭，运力更是现役世界第一。
2018 年 2 月，SpaceX 猎鹰重型火箭首次测试时两个助推器成功返回着陆，犹如科幻一般的场景
商业航天货运阶段，SpaceX、轨道科学 ATK 竞争，现在前者的龙飞船已经执行了 16 次国际空间站补给任务，后者的天鹅座飞船为 10 次。
商业航天载人飞船阶段，SpaceX、波音、内华达山脉、蓝色起源等充分竞争，但显然 SpaceX 目前略胜一筹。NASA 仅为龙 -2 飞船项目投入了大约 26 亿美元。相较而言，NASA 自己研发的猎户座载人飞船已经花掉了超过 200 亿美元，NASA 也给作为 SpaceX 对手的波音投入了 42 亿美元，SpaceX 的龙 -2 飞船性价比明显。
航天飞机退役后，NASA 每年在国际空间站项目上的投入都在 15 亿美元级别，其中为宇航员买联盟号“飞船票”就花掉了 30 多亿美元。随着商业航天的进一步发展，这种曾经烧钱维持载人航天发展的局面将得到很大改善，对 NASA 而言投资换来回报，可节约大笔资金，为下一步着重从事的深空探测储蓄力量。
随着商业力量逐渐降低载人航天的成本，它也距离走进普通人生活越来越近。1961 年加加林秘密升空，当时的东方号飞船仅能供他一人勉强生存，返回时甚至需要在 7 千米的高空与飞船分离后跳伞。而 2019 年，酷炫十足的高科技龙 -2 飞船已经由商业航天公司推出。
人类载人航天 60 年，终于要逐步迈入一个崭新的时代。
（本文图源均来自 NASA/SpaceX/ 国家航天局等）
出品：科普中国
制作：太空精酿
监制：中国科学院计算机网络信息中心
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡