文/李會(huì)超

在美國航天飛機(jī)停飛后，美國暫時(shí)失去了將航天員送入太空的能力。并且由于星座計(jì)劃的終止，美國在載人航天載具的研發(fā)和使用上出現(xiàn)了斷檔。近年來，商業(yè)航天模式的興起給美國的載人航天提供了新的實(shí)現(xiàn)途徑。航天界新秀太空探索技術(shù)（SpaceX）公司提出的載人型龍飛船和波音公司的CST-100飛船在經(jīng)過層層篩選后，最終成為“商業(yè)載人航天計(jì)劃”所支持的首批上天任務(wù)，承擔(dān)起未來在地面和國際空間站間運(yùn)送航天員的職責(zé)。今年3月，載人型龍飛船完成了第一次無人飛行測試，為美國載人航天的復(fù)飛開了一個(gè)好頭。

▲載人型龍飛船首次測試飛行徽章

從貨運(yùn)飛船升級(jí)改造而來

從2012年起，貨運(yùn)型龍飛船開始承擔(dān)國際空間站的補(bǔ)給運(yùn)輸工作，至今已成功飛行15次、失敗1次。載人型龍飛船是在貨運(yùn)型龍飛船的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，其基本構(gòu)造與貨運(yùn)型龍飛船相同。貨運(yùn)型的加壓艙被改造成了航天員的座艙，一次飛行最多可以搭載7名航天員。而貨運(yùn)型的非加壓部分，則被改造成了為飛船提供供電和其他保障服務(wù)的“軀干”。相比于貨運(yùn)型龍飛船，載人型龍飛船外觀最大的變化，在于取消了展開的太陽能電池板，通過太陽能發(fā)電的任務(wù)由附著在軀干表面的太陽能陣列完成。

載人型龍飛船采用了自主逃逸系統(tǒng)，可在整個(gè)飛行過程中通過飛船本身的“超級(jí)天龍座”發(fā)動(dòng)機(jī)提供終止任務(wù)、安全返回地面的功能。相比于使用額外附加的逃逸塔的方案，自主逃逸系統(tǒng)不但減少了發(fā)射重量，還減少了發(fā)射過程中逃逸塔分離的環(huán)節(jié)，進(jìn)一步增強(qiáng)了發(fā)射的可靠性。在接到逃逸的指令后，“超級(jí)天龍座”發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在短短100毫秒內(nèi)達(dá)到最大推力狀態(tài)。同時(shí)，飛船在飛行過程中軌道調(diào)整和姿態(tài)控制的工作，也由這些發(fā)動(dòng)機(jī)來完成。

▲試驗(yàn)成功后，難掩興奮的馬斯克（右）

▲載人龍飛船在對(duì)接前接近國際空間站的效果圖

對(duì)于載人航天任務(wù)來說，其最基本也是最重要的要求是保證航天員的安全與健康。為了將風(fēng)險(xiǎn)降到最小，載人航天器一般都要進(jìn)行無人飛行測試后才會(huì)執(zhí)行載人任務(wù)。載人型龍飛船的本次飛行測試并沒有搭載真正的航天員，而是將一個(gè)穿著SpaceX公司航天服的假人安放在了用于承載航天員的座椅上。這種假人與汽車碰撞試驗(yàn)中常用的假人有些類似，可收集能夠?qū)教靻T的生理能夠產(chǎn)生影響的各類參數(shù)。通過假人和飛船其他傳感器收集的數(shù)據(jù)，SpaceX公司的工程師們將可以對(duì)飛船的表現(xiàn)和存在的問題作出系統(tǒng)的分析評(píng)估，并在執(zhí)行實(shí)際的載人任務(wù)前進(jìn)行改進(jìn)。美國宇航局也可以通過任務(wù)中載人型龍飛船的實(shí)際表現(xiàn)，對(duì)其執(zhí)行載人任務(wù)的可靠性作出評(píng)估。同時(shí)，SpaceX公司的任務(wù)運(yùn)行控制團(tuán)隊(duì)將在本次任務(wù)中得到一次全真環(huán)境下的訓(xùn)練。載人龍飛船的地面控制由SpaceX公司的團(tuán)隊(duì)完成，美國宇航局會(huì)對(duì)其進(jìn)行全程監(jiān)督，但并不直接執(zhí)行控制工作。

▲國際空間站上的航天員拍攝的即將與空間站對(duì)接的龍飛船

▲載人型龍飛船發(fā)射33秒后座艙內(nèi)的情景，圖中的藍(lán)色玩偶就是地球仔

▲艾隆·馬斯克和未來乘坐龍飛船去往空間站的航天員參觀已經(jīng)在發(fā)射架上的“龍”飛船

順利完成首次測試任務(wù)

3月2日7點(diǎn)49分（世界協(xié)調(diào)時(shí)，以下皆同），載人型龍飛船由獵鷹9號(hào)火箭發(fā)射升空，宣告本次測試任務(wù)正式開始。發(fā)射飛船使用的肯尼迪航天中心39發(fā)射復(fù)合體曾經(jīng)執(zhí)行過阿波羅登月和航天飛機(jī)的發(fā)射任務(wù)，近年來多用于SpaceX公司“獵鷹9號(hào)”的發(fā)射，還曾經(jīng)執(zhí)行過重型獵鷹火箭的首飛發(fā)射。在本次發(fā)射前，SpaceX公司在發(fā)射使用的39A發(fā)射架上增加了供航天員登上飛船的通道，其外觀與民航機(jī)場使用的登機(jī)廊橋極其相似。同時(shí)，SpaceX公司還修復(fù)了這個(gè)發(fā)射架上的索降逃生系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)曾經(jīng)供航天飛機(jī)使用，如果航天員在發(fā)射前碰到需要緊急撤離的情況，他們可以利用這套系統(tǒng)吊在鋼索上，快速滑向地面。在“龍”飛船的發(fā)射過程中，如果情況的嚴(yán)重程度還沒有到需要啟用逃逸系統(tǒng)的級(jí)別，航天員們將使用這套系統(tǒng)撤離。

在發(fā)射約27個(gè)小時(shí)后，載人型龍飛船與國際空間站成功對(duì)接。在對(duì)接過程中，載人型龍飛船首先接近到距離國際空間站150米的位置。之后，為了測試其控制自身位置與姿態(tài)的能力，它又后撤到距離控制站180米的位置。最后，它繼續(xù)接近到距離空間站20米的位置，執(zhí)行了最終的對(duì)接程序，與國際空間站成功對(duì)接。

在本次發(fā)射之前，作為國際空間站的另一個(gè)主要參與運(yùn)營國，俄羅斯對(duì)載人型龍飛船的安全性提出了顧慮。與已經(jīng)和國際空間站成功對(duì)接多次的貨運(yùn)型龍飛船相比，載人型龍飛船的對(duì)接程序發(fā)生了一些變化。貨運(yùn)型龍飛船在對(duì)接時(shí)，從國際空間站下方逐漸接近空間站，并在與國際空間站距離較近時(shí)被國際空間站上的機(jī)械臂捕獲，最后與國際空間站對(duì)接的過程是由機(jī)械臂的牽引完成的。而載人型龍飛船與國際空間站的對(duì)接則不再借助機(jī)械臂，通過發(fā)動(dòng)機(jī)自主控制與空間站對(duì)接。

在這個(gè)對(duì)接流程中，存在與國際空間站相撞的可能，而由于載人型龍飛船在本次任務(wù)中是第一次與國際空間站對(duì)接，因此相撞的風(fēng)險(xiǎn)顯得更大。美國宇航局對(duì)俄羅斯方面的顧慮表示理解，并與俄羅斯共同商定了一些防護(hù)措施。在對(duì)接前，國際空間站的航天員們關(guān)閉了國際空間站上的各個(gè)艙門。萬一發(fā)生飛船與空間站相撞的事故，這個(gè)措施可以將造成的損害限制在一些艙段中，避免波及整個(gè)空間站。同時(shí)，站上航天員們也預(yù)先做好了撤離到與國際空間站對(duì)接在一起的俄羅斯聯(lián)盟號(hào)飛船的準(zhǔn)備。一旦撞擊造成的危害無法控制，他們可以通過“聯(lián)盟號(hào)”撤回地球。

實(shí)際上，這些預(yù)先制定的措施都沒有派上用場，載人型龍飛船正常地完成了與國際空間站的對(duì)接。在本次過程中，載人型龍飛船沒有浪費(fèi)寶貴的飛行機(jī)會(huì)，為國際空間站送去了補(bǔ)給物資。同時(shí)，他們還將一個(gè)萌萌的“地球仔”（Little Earth）玩偶帶上了空間站，給航天員們帶來了不少歡樂。這個(gè)玩偶本來用于在載人龍飛船的過程中指示失重狀態(tài)的出現(xiàn)，但航天員們還是鄭重其事地歡迎了它，帶它到空間站的各個(gè)艙室中游玩，還帶它一起與地面進(jìn)行視頻連擇變得更加苛刻。選取的發(fā)射窗口必須使得發(fā)射后的飛船在一天左右的時(shí)間內(nèi)就能與國際空間站完成對(duì)接。這樣，才能保證發(fā)動(dòng)機(jī)燃料管路中的溫度不至于低到足以產(chǎn)生凍結(jié)的程度。未來，工程師們將為發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料管路添加加熱裝置，以永久性解決這個(gè)問題，但這還需要時(shí)間。

▲獵鷹9火箭和載人型龍飛船由總裝廠房轉(zhuǎn)運(yùn)到發(fā)射塔

▲獵鷹9火箭發(fā)射尾焰

▲起豎

▲NASA直播載人型龍飛船發(fā)射的截圖畫面

同時(shí)，本次飛行中飛船的狀態(tài)沒有達(dá)到和載人飛行完全相同的程度。由于飛船運(yùn)載的是假人，飛船的生命保障系統(tǒng)沒有實(shí)現(xiàn)“標(biāo)準(zhǔn)配置”的運(yùn)行，本次使用的僅僅是一個(gè)簡配版。搭載航天員飛行時(shí)，航天員與飛船需要通過飛船的顯示交互系統(tǒng)了解飛船的狀態(tài)，控制飛船的飛行，而這套系統(tǒng)在本次測試中也無法進(jìn)行考核。此外，飛船的軟件系統(tǒng)在進(jìn)行實(shí)際載人的飛行時(shí)還要再進(jìn)行相應(yīng)的升級(jí)。

▲廠房中的載人型龍飛船

▲“龍”飛船返回再入

在本次測試之后，龍飛船還將對(duì)逃逸系統(tǒng)再進(jìn)行一次測試飛行，才會(huì)讓載人型龍飛船執(zhí)行載人測試任務(wù)。在2015年，SpaceX公司曾經(jīng)進(jìn)行過一次逃逸系統(tǒng)測試。在那次測試中，龍飛船的8臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，將飛船由肯尼迪航天中心40號(hào)發(fā)射復(fù)合體帶離地面。飛船在99秒之后成功在肯尼迪航天中心東面的海上著陸。在那次測試中，沒有火箭與飛船連接，飛船從靜止?fàn)顟B(tài)下逃逸，模擬的實(shí)際是火箭點(diǎn)火前出現(xiàn)險(xiǎn)情、進(jìn)行逃逸的情況。在未來的逃逸測試中，飛船將先由火箭發(fā)射升空，達(dá)到Max Q位置時(shí)再進(jìn)行逃逸。

▲載人型龍飛船返回艙漂浮于海面

在大氣層中飛行的物體會(huì)因?yàn)榕c空氣的相互作用而受到空氣的動(dòng)壓力，飛行器相對(duì)于空氣的速度越大，飛行器周圍的大氣密度越大，飛行器受到的空氣動(dòng)壓力就越大。在火箭發(fā)射時(shí)，隨著高度的不斷增加，大氣的密度逐漸減小，但火箭的速度在不斷增加，因此火箭所受到的空氣動(dòng)壓力會(huì)經(jīng)歷一個(gè)先增加、后減小的過程，而Max Q則為火箭受到空氣動(dòng)壓力最大的時(shí)刻。在“獵鷹9號(hào)”的飛行中，Max Q一般在發(fā)射后一分鐘左右到達(dá)。在這種情況下執(zhí)行飛船的逃逸，難度是最大的，也最能考驗(yàn)逃逸系統(tǒng)的實(shí)際能力。由于載人型龍飛船具有回收重復(fù)使用的功能，未來的逃逸測試還將使用剛剛成功執(zhí)行第一次測試任務(wù)的飛船。

首次載人有可能延期

如果一切順利的話，在完成逃逸系統(tǒng)測試一個(gè)月后，載人型龍飛船就將進(jìn)行真正搭載航天員的飛行。按照美國宇航局目前給出的時(shí)間表，載人飛行將不早于今年7月進(jìn)行。然而，按照SpaceX公司一貫的“做派”，實(shí)際的飛行很有可能延期跳票。

4月20日，在卡納維拉爾角進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)測試的載人型龍飛船發(fā)生異常。據(jù)《今日佛羅里達(dá)報(bào)》報(bào)道，有目擊者看到大量的煙霧從“龍”飛船進(jìn)行測試的位置飄出。負(fù)責(zé)卡納維拉爾角空軍基地運(yùn)作的美國空軍45聯(lián)隊(duì)表示，事故沒有造成人員傷亡，現(xiàn)場的情況很快就得到控制。而NASA與SpaceX公司則表示，正在對(duì)發(fā)生的問題進(jìn)行審慎的分析調(diào)查。此次發(fā)生的事故，更為載人型龍飛船后續(xù)測試飛行的進(jìn)度蒙上了一層陰影。

2014年，當(dāng)美國剛剛將商業(yè)載人航天計(jì)劃的首批飛行合同簽給SpaceX公司和波音公司時(shí)，美國宇航局期望的首次載人飛行時(shí)間為2017年年底。這個(gè)時(shí)間安排已經(jīng)比美國宇航局在2010年給出的時(shí)間計(jì)劃晚了兩年，還在實(shí)際執(zhí)行中被一拖再拖。但這也十分符合美國宇航局的行事風(fēng)格，從詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡到該局自研的獵戶座飛船，近些年所有重大的航天項(xiàng)目，似乎沒有一個(gè)是按照一開始制定的時(shí)間表完成，被拖延的時(shí)間動(dòng)輒就要好幾年。對(duì)于可能的拖延，美國宇航局也已經(jīng)有了第二手打算。他們已經(jīng)和俄羅斯航天局續(xù)約，以保證在美國飛船載人飛行延期的情況下，美國航天員仍能往來于國際空間站。