□ 王宗璽

“復(fù)用”之路越走越寬
—— 航天史上首艘“二手”貨運(yùn)飛船升空

□ 王宗璽

▲ "獵鷹”9號(hào)托舉“龍”貨運(yùn)飛船升空

北京時(shí)間6月4日清晨5點(diǎn)07分，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）利用旗下獵鷹9號(hào)火箭成功將同為該公司研發(fā)的“龍”飛船發(fā)射升空。該艘“龍”飛船執(zhí)行的是第11次國(guó)際空間站貨運(yùn)補(bǔ)給任務(wù)。此次發(fā)射并不是一次平凡的發(fā)射，因?yàn)檫@次發(fā)射的“龍”飛船是人類(lèi)航天史上第一艘重復(fù)使用的飛船。

一次不平凡的發(fā)射

▲ 商業(yè)載人計(jì)劃標(biāo)識(shí)

在獵鷹9號(hào)火箭回收再利用之后，SpaceX并沒(méi)有滿足于“二手”火箭的再次升空，他們又把一艘“二手”飛船送上了太空，而且還是一艘被海水浸泡過(guò)的飛船。這是一件前人從未做過(guò)的事情。

本次任務(wù)發(fā)射的“龍”飛船曾于2014年9月發(fā)射升空，與國(guó)際空間站對(duì)接并在太空停留34天后返回地球，濺落在太平洋。

此次重復(fù)使用的是貨運(yùn)飛船的加壓艙，非加壓艙（也叫做Trunk）則是新的，因?yàn)樗诿看稳蝿?wù)結(jié)束后會(huì)在再入大氣層時(shí)燒毀。

此次發(fā)射的“龍”飛船于6月5日與空間站交會(huì)對(duì)接，并于北京時(shí)間7月3日和空間站分離返回地球?！褒垺憋w船本次返航從站上帶回了1850千克貨物，其中包括站上一項(xiàng)藥物實(shí)驗(yàn)用的活體老鼠。這是SpaceX公司今年第二次飛往空間站的貨運(yùn)補(bǔ)給任務(wù)，也是獵鷹9號(hào)今年的第七次發(fā)射。

本次發(fā)射也是LC-39A發(fā)射臺(tái)自“土星5號(hào)”登月火箭首飛以來(lái)的第100次任務(wù)，非常值得紀(jì)念，此前的發(fā)射包括11次阿波羅任務(wù)、1973年發(fā)射的天空實(shí)驗(yàn)室、82架航天飛機(jī)（包括航天飛機(jī)首飛）和5次SpaceX的“獵鷹”火箭發(fā)射。

復(fù)用才是王道

▲ 當(dāng)年執(zhí)行CRS4任務(wù)時(shí)的“龍”飛船

▲ 姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)

▲ “龍”飛船組成部分

說(shuō)起復(fù)用，才是本文的正題。航天飛機(jī)作為復(fù)用領(lǐng)域的反面教材，無(wú)論是在其之前還是之后，人類(lèi)航天史上眾多的貨運(yùn)和載人飛船，除了蘇聯(lián)的VA飛船，都沒(méi)有嘗試過(guò)重復(fù)使用。

SpaceX公司之所以敢“冒天下之大不韙”地再次吃螃蟹，將被海水浸泡過(guò)的飛船重新翻修使用，還是有其獨(dú)家的視角的：其一為節(jié)約成本；其二為騰出人手和精力集中研發(fā)載人“龍”飛船（Crew Dragon）；其三是因?yàn)轳R斯克本人對(duì)復(fù)用的執(zhí)著信念。

說(shuō)起省錢(qián)，相對(duì)于重新制造一艘全新的貨運(yùn)“龍”飛船而言，重復(fù)使用“龍”飛船，可以大幅度減少生產(chǎn)線的制造壓力。這就好比相對(duì)于重新制造一輛汽車(chē)，翻修一輛泡過(guò)水的汽車(chē)能省下很多事情。復(fù)用飛船節(jié)省了大量人工和物料，雖然復(fù)用更換了部分被海水浸泡過(guò)的零件，但SpaceX公司飛行可靠性副總裁漢斯表示這艘飛船絕大部分的零件都是“原裝的”。眾所周知，由于飛船發(fā)射和返回過(guò)程中要經(jīng)受惡劣的震動(dòng)、空間的輻射、再入的高溫灼燒、還有海水的浸泡等，很可能在復(fù)用中導(dǎo)致設(shè)備和零件因疲勞等原因失效。因此航天界之前對(duì)飛船的復(fù)用一直都相當(dāng)謹(jǐn)慎，即使有類(lèi)似計(jì)劃，最終也都擱淺或者尚在開(kāi)發(fā)中。但是漢斯表示，SpaceX公司的工程師比對(duì)了2014年這艘“龍”飛船首次飛行中經(jīng)歷的結(jié)構(gòu)載荷記錄和組件在最初設(shè)計(jì)時(shí)留下的設(shè)計(jì)裕量，認(rèn)為各個(gè)零部件仍具有足夠的壽命和可靠性。SpaceX公司技術(shù)人員在翻修中更換了幾種被海水浸泡的零件，如電池和飛船的隔熱大底，但船體、推進(jìn)器、推進(jìn)劑儲(chǔ)箱、線路系統(tǒng)和一些導(dǎo)航電子設(shè)備都是原裝的。從SpaceX公司的表態(tài)來(lái)看，此次“龍”飛船的復(fù)用比例相當(dāng)高，尤其是飛船的發(fā)動(dòng)機(jī)在經(jīng)過(guò)海水浸泡后竟然能夠再次使用。

▲ 載人“龍”飛船內(nèi)部示意圖

▲獵鷹9號(hào)火箭從LC-39A發(fā)射臺(tái)升空

美國(guó)宇航局的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人在接受采訪時(shí)并未透露此次任務(wù)價(jià)格相對(duì)于以往全新飛船是否有所下降（因?yàn)楹贤炗啎r(shí)并未約束采用全新飛船，所以理論上可以認(rèn)為報(bào)價(jià)不變），這樣一來(lái)SpaceX公司就可能攫取了更多的利潤(rùn)；或者也可能SpaceX公司像復(fù)用火箭一樣給美國(guó)宇航局“妥協(xié)”了一個(gè)不可描述的折扣，那么如此一來(lái)，納稅人的錢(qián)也就得到了“拯救”。不過(guò)負(fù)責(zé)人表示，美國(guó)宇航局在“龍”飛船的翻修過(guò)程中與SpaceX公司保持了緊密合作，兩家對(duì)于此次復(fù)用都有信心。更有意思的是，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人表示，如果未來(lái)復(fù)用火箭也能提供足夠的安全記錄的話，美國(guó)宇航局也可以考慮采用重復(fù)使用的火箭。這樣一來(lái)，未來(lái)“二手”火箭+“二手”飛船的組合將不再是夢(mèng)想。除了節(jié)省經(jīng)費(fèi)之外，SpaceX公司作為史上首個(gè)向國(guó)際空間站輸送貨物的私人航天公司，自2012年以來(lái)已經(jīng)11次向空間站發(fā)射貨運(yùn)飛船。美國(guó)宇航局與SpaceX公司曾簽訂過(guò)CRS1與CRS2兩個(gè)階段的貨運(yùn)飛船發(fā)射合同，包括在2024年前向空間站發(fā)射至少26艘貨運(yùn)飛船，這是美國(guó)現(xiàn)役貨運(yùn)飛船發(fā)射合同中次數(shù)最多的一家，也是發(fā)射頻率最高的一家。雖然與俄羅斯的“進(jìn)步”系列飛船在總發(fā)射數(shù)上難以匹敵，但是從近幾年來(lái)看，“龍”飛船已經(jīng)撐起了國(guó)際空間站“快遞小哥”中的“半壁江山”，與功勛卓著的“進(jìn)步號(hào)”貨運(yùn)飛船平分秋色。此外，美國(guó)宇航局還與SpaceX公司簽署了另外一份合同，用于開(kāi)發(fā)一種低成本、可載人載貨通用、可復(fù)用的新式“龍”飛船，用來(lái)替代已經(jīng)退役6年的航天飛機(jī)，以擺脫俄羅斯“聯(lián)盟號(hào)”飛船近乎“訛詐”的高昂船票。該項(xiàng)目名為“商業(yè)載人航天計(jì)劃”。SpaceX公司作為一家僅有5000人的私營(yíng)航天公司，未來(lái)同時(shí)維持兩條飛船生產(chǎn)線太過(guò)艱難，為了騰出精力研發(fā)關(guān)鍵的載人“龍”飛船，SpaceX公司只能精簡(jiǎn)掉貨運(yùn)“龍”的生產(chǎn)，而改用復(fù)用的方式。

▲ 貨運(yùn)“龍”飛船的主體部分

或許5000人已經(jīng)不算小公司了，但要知道，SpaceX公司面臨著繁重的研制任務(wù)：一款以兩周一發(fā)速度發(fā)射的現(xiàn)役運(yùn)載火箭“獵鷹”9；一款有可能摘取現(xiàn)役運(yùn)載火箭運(yùn)力之王桂冠的新型火箭重型“獵鷹”；兩款現(xiàn)役液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（Draco和Merlin）；兩款在研液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（Super Draco和 Raptor）；兩座現(xiàn)役發(fā)射臺(tái)（SLC-4E和LC-39A）；兩座在建發(fā)射臺(tái)（LC-40和德州新發(fā)射場(chǎng)）；1款現(xiàn)役“龍”貨運(yùn)飛船；1款在研的載人和貨運(yùn)通用飛船（載人龍和貨運(yùn)型通用）；還有約4500顆衛(wèi)星組成的全球衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)正在研發(fā)；當(dāng)然，還有殖民火星使用的行星際運(yùn)輸系統(tǒng)正在設(shè)計(jì)迭代中。這樣來(lái)看，SpaceX公司想要精簡(jiǎn)一條貨運(yùn)“龍”生產(chǎn)線也在情理之中。

馬斯克的“執(zhí)念”

SpaceX公司在冒出復(fù)用這個(gè)想法的時(shí)候正好是人類(lèi)歷史上第一款可復(fù)用航天器——航天飛機(jī)退役后不久，也是人類(lèi)對(duì)可復(fù)用航天器最絕望的一個(gè)時(shí)期，任何可復(fù)用太空運(yùn)載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)幾乎都被懷疑。SpaceX公司在可復(fù)用運(yùn)載火箭這條道路上如此執(zhí)著，一方面是因?yàn)楹教祜w機(jī)的思路暫時(shí)堵死了，可回收的運(yùn)載火箭成了短期內(nèi)唯一的救命稻草；另一方面，也是最重要的，SpaceX公司誕生的初衷是推動(dòng)人類(lèi)成為一個(gè)多星球物種，也就是說(shuō)離開(kāi)地球要像科幻電影中一樣成為常態(tài)，火星則是他們?cè)O(shè)想中最靠譜的第一站。SpaceX公司的終極目標(biāo)是殖民火星，我們不去評(píng)判這個(gè)思路的可行性如何，以及未來(lái)能否有足夠的資金支持這個(gè)瘋狂的目標(biāo)，但至少它的“掌門(mén)人”艾隆·馬斯克對(duì)此十分執(zhí)著。眾所周知，可持續(xù)性的載人火星登陸任務(wù)堪稱本世紀(jì)內(nèi)載人深空探索領(lǐng)域皇冠上最耀眼的那顆寶珠，其巨大的技術(shù)難度和天文數(shù)字般的資金投入幾乎不需多說(shuō)。但是作為一個(gè)私營(yíng)企業(yè)要完成這樣一個(gè)近乎癡人說(shuō)夢(mèng)的目標(biāo)，首先要做的就是想盡一切辦法降低進(jìn)入太空的成本，而且必須是根本性或者是數(shù)量級(jí)上的降低，這就注定了可復(fù)用的運(yùn)載火箭是可持續(xù)性火星任務(wù)的最重要條件——沒(méi)有之一?？傊?，重復(fù)使用航天器及其運(yùn)載器是馬斯克的執(zhí)念。

此次“龍”飛船攜帶了合同規(guī)定的滿載貨物，其中包括為國(guó)際空間站準(zhǔn)備的近2724千克的物資和設(shè)備。SpaceX公司曾經(jīng)宣稱后續(xù)CRS1合同下的所有貨運(yùn)“龍”飛船均將采用復(fù)用飛船，但是最近改口稱后續(xù)還有一艘全新飛船（預(yù)計(jì)于8月升空）。“龍”飛船的有效載荷清單包括美國(guó)宇航局的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，研究快速旋轉(zhuǎn)的中子星坍縮的超新星爆炸留下的超高密度恒星殘骸。其他實(shí)驗(yàn)包括與嚙齒類(lèi)動(dòng)物相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家們將用于幫助研究骨丟失和骨質(zhì)疏松癥的治療方法，還有一種新的太陽(yáng)能陣列，可以應(yīng)用于未來(lái)的衛(wèi)星，也可用于對(duì)地觀測(cè)攝像平臺(tái)。此外，還有北京理工大學(xué)的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)載荷，同時(shí)也是國(guó)際空間站上的首次中國(guó)實(shí)驗(yàn)。

總之，航天技術(shù)發(fā)展中“復(fù)用”這條路將越走越寬。畢竟，只有不懼風(fēng)險(xiǎn)，勇敢嘗試的人才有資格征服太空！★