□ 陳 杰

飛行徽標(biāo)

美國東部時(shí)間2012年5月31日上午11時(shí)42分,太空探索技術(shù)公司（SpaceX）“龍”飛船與國際空間站分離后再入大氣層,濺落在距美國加利弗尼亞西海岸約900千米的海面并被成功回收。至此，美國航宇局（NASA）和SpaceX公司的“龍”飛船國際空間站對(duì)接飛行試驗(yàn)結(jié)束，任務(wù)獲得成功。本次飛行試驗(yàn)共歷時(shí)10天，從火箭發(fā)射、飛船接近空間站、對(duì)接、航天員卸裝貨物到與國際空間站分離、再入回收的各個(gè)過程進(jìn)展都比較順利，同時(shí)引起了美國國內(nèi)和國際社會(huì)的重點(diǎn)關(guān)注。本次飛行試驗(yàn)任務(wù)確實(shí)有較為重要的意義，并將對(duì)美國乃至國際航天領(lǐng)域發(fā)展產(chǎn)生一定影響。

“龍”飛船飛行試驗(yàn)的目標(biāo)與進(jìn)度

本次“獵鷹”9火箭發(fā)射“龍”飛船與ISS進(jìn)行對(duì)接，是太空探索技術(shù)公司按照NASA商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)（COTS）計(jì)劃要求進(jìn)行的驗(yàn)證飛行。試驗(yàn)從5月22日持續(xù)至5月31日。

飛行試驗(yàn)的目標(biāo)。 本次飛行試驗(yàn)要驗(yàn)證三方面技術(shù)：

一是基本在軌運(yùn)行技術(shù)：包括太陽帆展開技術(shù)、姿態(tài)調(diào)整和軌道機(jī)動(dòng)技術(shù)、飛行中止技術(shù)、自由飛行技術(shù)；絕對(duì)GPS導(dǎo)航技術(shù)、相對(duì)GPS導(dǎo)航技術(shù)、與國際空間站的特高頻通信技術(shù)；飛船太陽電池、輻射器、電子設(shè)備在真空、熱和輻射環(huán)境中的耐受性和運(yùn)行技術(shù)等。

二是與國際空間站的交會(huì)對(duì)接技術(shù)：包括目標(biāo)逼近操作技術(shù)、空間站機(jī)械臂抓取技術(shù)、利用飛船上的被動(dòng)通用停泊機(jī)構(gòu)與空間站對(duì)接技術(shù)、制導(dǎo)與控制技術(shù)等。

三是飛船離軌和回收技術(shù)：包括對(duì)接雙方安全分離技術(shù)、軌道再入技術(shù)、熱防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)、濺落回收技術(shù)等。

其中以5月25日驗(yàn)證與國際空間站的交會(huì)對(duì)接技術(shù)為本次飛行試驗(yàn)的主要目標(biāo)。

飛行試驗(yàn)的進(jìn)度。本次飛行歷時(shí)十天。

5月22日，“獵鷹”9火箭發(fā)射“龍”飛船。

5月23日，“龍”飛船飛往國際空間站。

5月24日，“龍”飛船上的傳感器和飛行系統(tǒng)進(jìn)行一系列復(fù)雜的試驗(yàn)，以確定飛船為與ISS對(duì)接作好準(zhǔn)備?！褒垺憋w船飛行至距空間站下方2.5千米處，飛船使用特高頻通信單元與空間站建立無線電聯(lián)系?？臻g站上的航天員監(jiān)視飛船運(yùn)行情況并與飛船通信。“龍”飛船在空間站下方、前方、上方、后方繞飛，為對(duì)接作準(zhǔn)備。

機(jī)械臂捕捉到“龍”飛船

打開降落傘

5月25日，“龍”飛船成功與國際空間站對(duì)接。美國東部時(shí)間2012年5月25日上午5時(shí)26分，國際空間站航天員操縱機(jī)械臂成功抓住“龍”飛船。5月25日下午12時(shí)02分“龍”飛船與國際空間站成功對(duì)接。

5月26日～31日，5月26日上午5時(shí)53分，空間站航天員成功開啟“龍”飛船貨艙門并進(jìn)入“龍”貨艙內(nèi)部。航天員稱：“龍”飛船內(nèi)沒有任何異物碎片，就象進(jìn)入到一輛全新的汽車?yán)镆粯印?/p>

26日～31日，航天員卸下了飛船運(yùn)送的貨物，并將需要運(yùn)回地球的貨物裝入“龍”飛船。本次試驗(yàn)飛行中，“龍”飛船向國際空間站運(yùn)送的貨物總質(zhì)量為460千克，其中包括306千克的食物和航天員供應(yīng)物品、123千克的貨物貯藏器、31千克的計(jì)算機(jī)硬件和試驗(yàn)用有效載荷。返回時(shí)攜帶的貨物總計(jì)為620千克，包括345千克的系統(tǒng)硬件、143千克的航天員優(yōu)選物品、93千克的試驗(yàn)用有效載荷、39千克的太空行走用

相關(guān)鏈接

美國方面及有關(guān)媒體的反應(yīng)

“龍”貨運(yùn)飛船的發(fā)射，特別是與空間站對(duì)接成功后，美國國內(nèi)和國際社會(huì)給予了高度評(píng)價(jià)。

● 飛船成功發(fā)射后,美國總統(tǒng)奧巴馬與SpaceX公司創(chuàng)始人和首席執(zhí)行官馬斯克通電話向其表示祝賀。

● NASA局長(zhǎng)博爾登在“龍”飛船與國際空間站成功對(duì)接后稱：美國私營公司已經(jīng)證明了向ISS提供補(bǔ)給的能力，這開辟了商業(yè)航天的新領(lǐng)域。

● 美國白宮科技政策辦公室主任認(rèn)為：對(duì)接成功是一項(xiàng)具有重要科技意義的成就，也是奧巴馬總統(tǒng)保持美國在太空領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)力計(jì)劃的里程碑事件。

● SpaceX公司在其網(wǎng)站上稱：SpaceX公司創(chuàng)造了歷史，其“龍”飛船成為史上第一種與ISS成功對(duì)接的商業(yè)飛行器。這在之前是只有美國、俄羅斯、日本和歐洲政府才能實(shí)現(xiàn)的挑戰(zhàn)性技術(shù)壯舉。

●《紐約時(shí)報(bào)》預(yù)測(cè)：未來幾年，美國私營航空航天領(lǐng)域?qū)⒂瓉戆l(fā)展良機(jī)，并且會(huì)在商業(yè)運(yùn)營上取得巨大成功。

● 英國《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》雜志：如果把ISS看作太空公寓，那么為公寓送貨會(huì)是一筆大買賣。

● NASA局長(zhǎng)博爾登說：“飛船成功濺落以及本次任務(wù)其他許多成就預(yù)示著美國商業(yè)太空飛行新時(shí)代的到來。美國的創(chuàng)新能力和靈感再一次顯示出他們?cè)谠O(shè)計(jì)運(yùn)行新一代飛行器執(zhí)行國際空間站貨運(yùn)任務(wù)方面的巨大優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在我們比以前更加注重繼續(xù)激勵(lì)美國企業(yè)和美國員工的創(chuàng)新能力，使得任何甚至是全部具有太空飛行夢(mèng)想的人能到達(dá)國際太空戰(zhàn)和位于低軌道的目的地”。硬件設(shè)備。

“龍”飛船的基本尺寸

二級(jí)火箭分離

返回地球

“龍”飛船的總體結(jié)構(gòu)

“龍”飛船結(jié)構(gòu)示意圖

5月31日，航天員使用機(jī)械臂將“龍”飛船移至距空間站約10米處并釋放，飛船啟動(dòng)推力器開始離軌操作，再入地球大氣層，進(jìn)行歷時(shí)7分鐘的再入飛行，依靠降落傘濺落在距美國西海岸900千米的海面。

“龍”飛船的基本情況

“龍”飛船是可重復(fù)使用飛船，包括貨運(yùn)型和載人型兩種。本次進(jìn)行飛行試驗(yàn)的是可重復(fù)使用貨運(yùn)飛船。

“龍”貨運(yùn)飛船的構(gòu)型 “龍”貨運(yùn)飛船主要由三個(gè)部分組成即前端頭錐、加壓艙和非加壓艙，見左圖。前端頭錐在飛船入軌過程中如同整流罩一樣保護(hù)艙門和艙內(nèi)設(shè)施，特別是被稱為被動(dòng)通用停泊機(jī)構(gòu)的空間站對(duì)接裝置和機(jī)械接口，船箭分離后前端頭錐將被投棄。加壓艙裝載加壓貨物和試驗(yàn)儀器，有艙門和舷窗，還裝載推力器、推進(jìn)劑貯箱、降落傘等。加壓艙采用鋁合金材料制造，底部有防熱罩，防熱罩采用類似酚醛浸漬碳燒蝕材料（PICA）的PICA-X新型防熱材料，能夠承受1850℃的高溫。加壓艙最多能夠裝載3300千克貨物。非加壓艙可攜帶非加壓貨物、小衛(wèi)星、太陽帆板和熱輻射器，飛船再入前將被投棄。

“龍”飛船基本尺寸，加壓艙艙門直徑約1.3米，長(zhǎng)2.9米、前端直徑2.4米，底部直徑2.1米，中部最大直徑3.1米，有效載荷容積約10立方米；非加壓艙長(zhǎng)2.3米、直徑3.6米，有效載荷容積約14立方米；傳感器艙容積約0.1立方米。

“龍”貨運(yùn)飛船的分系統(tǒng)組成

“龍”飛船包括結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)、推進(jìn)、電子設(shè)備、飛行軟件，通信、電源、制導(dǎo)導(dǎo)航與控制、環(huán)境控制、熱控、熱防護(hù)系統(tǒng)、進(jìn)入/下降/著陸與回收（EDLR）等十一個(gè)分系統(tǒng)，見表1。

“龍”飛船的推進(jìn)系統(tǒng)在兩個(gè)推力器發(fā)生故障的情況下，仍能實(shí)現(xiàn)正常功能。此外還采用了容錯(cuò)計(jì)算機(jī)以提高電子設(shè)備的可靠性。再入大氣層時(shí)，兩個(gè)減速傘和三個(gè)主降落傘確保著陸過程安全可控。

“龍”飛船技術(shù)特征 “龍”飛船與現(xiàn)役貨運(yùn)飛船相比有兩個(gè)明顯的技術(shù)特征。第一，太空探索技術(shù)公司提出“龍”貨運(yùn)飛船是可以重復(fù)使用的，這與歐洲的自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器、俄羅斯的“進(jìn)步”號(hào)飛船、日本的H-2轉(zhuǎn)移飛行器屬于一次性使用有顯著不同。重復(fù)使用為降低成本提供了前提，尤其是“龍”飛船與低成本的“獵鷹”9火箭結(jié)合使用，可進(jìn)一步降低國際空間站的貨運(yùn)成本。第二，“龍”飛船采用手動(dòng)對(duì)接方式，這一點(diǎn)與日本H-2轉(zhuǎn)移飛行器相同，而與俄羅斯和歐洲貨運(yùn)飛船不同 ，其與國際空間站對(duì)接是通過航天員操控機(jī)械臂抓取飛船后執(zhí)行對(duì)接操作，分離也是用機(jī)械臂將飛船拖離空間站至安全距離后，飛船再啟動(dòng)自身推進(jìn)裝置離開。這種對(duì)接屬于手動(dòng)對(duì)接，雖然看起來過程稍復(fù)雜，但技術(shù)較為成熟、安全可靠性較高。

“龍”飛船后續(xù)發(fā)射計(jì)劃 本次飛行試驗(yàn)是NASA COTS計(jì)劃下的驗(yàn)證飛行，該計(jì)劃于2006年開始實(shí)施，2008年12月，NASA將COTS計(jì)劃第二階段合同授予了太空探索技術(shù)公司和軌道科學(xué)公司，這兩家公司將為空間站提供獨(dú)立的貨運(yùn)補(bǔ)給服務(wù)，分別要向空間站運(yùn)送20噸貨物。其中：太空探索技術(shù)公司獲得了價(jià)值16億美元的合同，將使用“獵鷹”9火箭發(fā)射“龍”飛船進(jìn)行12次貨運(yùn)飛行，該公司公布的發(fā)射計(jì)劃見表2。

“龍”飛船離開國際空間站

“龍”飛船靠近國際空間站

表1 “龍”飛船的分系統(tǒng)組成情況

“龍”飛船發(fā)射

“龍”飛船側(cè)視圖

“龍”飛船與國際空間站對(duì)接

按SpaceX公司公布的計(jì)劃，2012年和2013年將分別進(jìn)行兩次ISS貨運(yùn)飛行，2014年和2015年分別進(jìn)行3次和5次飛行。由于SpaceX公司“龍”飛船與國際空間站對(duì)接試驗(yàn)的時(shí)間從2011年推遲到2012年，后續(xù)的飛行計(jì)劃有可能會(huì)隨之推后。

太空中的“龍”飛船

“龍”飛船通訊示意圖

打開“龍”飛船艙門

“龍”飛船中的首位航天員

“龍”飛船在海中濺落

表2 “龍”貨運(yùn)飛船后續(xù)發(fā)射計(jì)劃

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本次飛行試驗(yàn)的意義

“龍”飛船是繼“阿波羅”飛船之后，美國時(shí)隔四十年研制并進(jìn)行軌道飛行的第一種飛船；是航天飛機(jī)退役后，美國第一次使用本國的飛船與國際空間站進(jìn)行交會(huì)對(duì)接。

“龍”飛船是美國四十年來第一種進(jìn)行飛行試驗(yàn)的飛船

與前蘇聯(lián)采取研制飛船的技術(shù)途徑不同，美國自上世紀(jì)70年代“阿波羅”登月計(jì)劃之后開始研制并使用航天飛機(jī)。1981年～2011年的三十年中，航天飛機(jī)執(zhí)行了135次飛行任務(wù)，但并未實(shí)現(xiàn)降低航天飛行成本、提高可靠性的設(shè)計(jì)目標(biāo)。美國早在2006年制定的、以重返月球?yàn)槟康牡摹靶亲?jì)劃”中就考慮研制稱為“獵戶座”乘員探索飛行器的飛船。雖然“星座計(jì)劃”2011年正式終結(jié)，但在奧巴馬的新航天計(jì)劃中仍計(jì)劃研制與“獵戶座”飛船構(gòu)型基本一致的“獵戶座”多用途乘員飛行器，目前的計(jì)劃是到2017年進(jìn)行首次軌道飛行。“龍”飛船是SpaceX公司在NASA商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)（COTS）計(jì)劃支持下研制的，發(fā)展進(jìn)度走在了“獵戶座”多用途乘員飛行器和COTS計(jì)劃另一家承包商軌道科學(xué)公司“天鵝座”貨運(yùn)飛船的前面。本次試驗(yàn)飛行使“龍”飛船成為了美國繼“阿波羅”飛船之后、四十年來研制并進(jìn)行飛行試驗(yàn)的第一種飛船。

“龍”飛船是航天飛機(jī)退役后，第一艘與國際空間站對(duì)接的美國飛船

2011年航天飛機(jī)退役后，國際空間站的貨物運(yùn)輸主要依靠俄羅斯的“進(jìn)步”號(hào)飛船、歐洲的自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器和日本的H-2轉(zhuǎn)移飛行器，乘員運(yùn)輸依靠俄羅斯的“聯(lián)盟”號(hào)飛船。美國實(shí)際上沒有用于執(zhí)行空間站任務(wù)的本國運(yùn)載器。本次“龍”飛船的飛行試驗(yàn)，是美國第一次使用本國的飛船與國際空間站進(jìn)行交會(huì)對(duì)接，為后續(xù)“龍”飛船真正執(zhí)行國際空間站貨運(yùn)任務(wù)進(jìn)行技術(shù)試驗(yàn)。

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“龍”飛船與國際空間站對(duì)接試驗(yàn)成功帶來的影響

國外對(duì)“龍”飛船對(duì)接試驗(yàn)獲得成功所帶來的影響多冠以“創(chuàng)造了歷史”、“開啟了新時(shí)代”等用評(píng)語。本文認(rèn)為這種影響值得關(guān)注，但要客觀分析。

“龍”飛船對(duì)接試驗(yàn)成功提升了“商業(yè)航天”的地位

在美國商業(yè)航天項(xiàng)目是相對(duì)于軍用航天和民用航天項(xiàng)目而言的。商業(yè)航天項(xiàng)目指那些由私營機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)、沒有美國政府機(jī)構(gòu)直接參與管理、以贏利為目的航天項(xiàng)目；政府機(jī)構(gòu)作為用戶對(duì)項(xiàng)目要達(dá)到的目標(biāo)提出具體要求，提供部分項(xiàng)目啟動(dòng)種子資金，但主要研制費(fèi)用還是由私營企業(yè)承擔(dān)；項(xiàng)目研制出的火箭、飛船等產(chǎn)品歸私營機(jī)構(gòu)所有，政府機(jī)構(gòu)可以通過購買的方式為其提供服務(wù)。這與軍用航天項(xiàng)目由國防部和國家偵察局負(fù)責(zé)，民用航天項(xiàng)目由NASA和國家海洋和大氣管理局負(fù)責(zé)，而只是由私營企業(yè)負(fù)責(zé)產(chǎn)品研制是不同的，軍用和民用項(xiàng)目都屬于政府項(xiàng)目，資金主要來源為政府合同撥款。

SpaceX公司的“龍”飛船是美國第一種進(jìn)行軌道飛行的商業(yè)飛船，更是第一種與國際空間站成功對(duì)接的商業(yè)飛船，其影響遠(yuǎn)大于商業(yè)衛(wèi)星和商業(yè)運(yùn)載火箭 。尤其是在航天飛機(jī)退役后，美國一直依靠俄羅斯、歐洲、日本的貨運(yùn)飛船執(zhí)行ISS貨運(yùn)任務(wù)之時(shí)，對(duì)接試驗(yàn)的成功將大幅提升商業(yè)航天在美國的地位，為其他私營企業(yè)進(jìn)入航天領(lǐng)域提供了范例。這是所謂“創(chuàng)造歷史和開啟新時(shí)代”的第一層含義。

“龍”飛船對(duì)接試驗(yàn)成功為美國政府將ISS商業(yè)乘員運(yùn)輸任務(wù)交給私營企業(yè)提供了佐證

奧巴馬新航天計(jì)劃中提出將把國際空間站的貨運(yùn)和載人任務(wù)都交給私營企業(yè)也就是商業(yè)航天力量。在與SpaceX公司和軌道科學(xué)公司簽定了ISS貨運(yùn)合同后，NASA又制定了商業(yè)乘員發(fā)展計(jì)劃，目前正在從SpaceX公司、波音公司等四家企業(yè)中遴選合同承包商。值得指出的是：美國國會(huì)并不十分支持這一做法，對(duì)私營企業(yè)執(zhí)行載人任務(wù)的可靠性提出了質(zhì)疑。同時(shí)在項(xiàng)目資金上予以削減，將商業(yè)乘員發(fā)展計(jì)劃2012財(cái)年預(yù)算從8.3億減少至5.3億美元。而將更多的資金投入到NASA負(fù)責(zé)研制的重型運(yùn)載火箭和“獵戶座”多用途乘員飛行器上，將2012財(cái)年預(yù)算從23億增至27億美元。

雖然是貨運(yùn)飛船，但本次“龍”飛船對(duì)接任務(wù)的成功仍證明了商業(yè)航天力量在空間站運(yùn)輸方面的技術(shù)水平和可靠性是可以信賴的，使后續(xù)為商業(yè)乘員項(xiàng)目爭(zhēng)取更多的資金投入成為可能，為NASA增加了話語權(quán),為實(shí)現(xiàn)美國政府商業(yè)乘員發(fā)展計(jì)劃的目標(biāo)增加了幾成勝算。同時(shí)將使NASA能夠集中精力去完成近地軌道以外的小行星和火星探測(cè)。這是所謂“創(chuàng)造歷史和開啟新時(shí)代”的第二層含義。

“龍”飛船對(duì)接試驗(yàn)成功將進(jìn)一步推動(dòng)實(shí)現(xiàn)降低進(jìn)出空間成

本的目標(biāo)

談到太空探索技術(shù)公司“龍”飛船和“獵鷹”火箭一定離不開低成本的話題。本次對(duì)接試驗(yàn)前SpaceX公司曾表示：與目前美國為購買俄“聯(lián)盟”載人飛船的一個(gè)座位要支付6000萬美元相比，“龍”載人飛船未來的目標(biāo)是把單個(gè)乘員的運(yùn)送費(fèi)用降低到2000萬美元。SpaceX公司還提出：“獵鷹”9火箭能夠以5700美元每千克的價(jià)格將載荷送入近地軌道，“獵鷹重型”火箭的這一成本更可以降低到2300美元。盡管上述說法遭到了包括美國國內(nèi)方面在內(nèi)的質(zhì)疑，目前也沒有充分的數(shù)據(jù)予以證實(shí)，但這畢竟代表了私營企業(yè)在降低進(jìn)出空間成本方面要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，符合人們對(duì)降低進(jìn)出空間成本的期望。因此，本次“龍”飛船交會(huì)對(duì)接的成功不僅會(huì)為SpaceX公司帶來NASA商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)計(jì)劃16億美元的合同，更將推動(dòng)航天領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)降低進(jìn)出空間成本的目標(biāo)。

“龍”飛船的停泊位置

回收“龍”飛船