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2020年1月19日，美國太空探索技術公司（SpaceX）的“載人龍”（Crew Dragon）飛船在肯尼迪航天中心進行了其載人試飛前的最后一項全船重大測試，按計劃成功完成高空逃逸試驗，證明了其飛船能夠在發(fā)射升空過程中出現突發(fā)情況時帶航天員安全逃離。

1 試驗步驟

這次試驗的正式叫法是“飛行中中止”（IFA）試驗，意在在發(fā)射過程中最極端的氣動載荷條件下驗證飛船的逃逸系統(tǒng)。本次試驗涉及整艘飛船，包括其所有發(fā)動機、計算機和其他關鍵系統(tǒng)。飛船載有2臺身配傳感器的形體假人，由一枚獵鷹-9（Falcon-9）火箭從肯尼迪航天中心第39A發(fā)射臺發(fā)射升空。

根據要求，火箭第一級發(fā)動機按照預定程序起飛，起飛后約84s，在約19km高度時，SpaceX公司工程師切斷了火箭發(fā)動機燃料，以模擬火箭在剛通過最大動壓點后發(fā)射失敗的情形。

隨后，飛船迅速發(fā)出自動中止指令，觸發(fā)飛船上8臺“超級天龍”（SuperDraco）逃逸推力器點火工作。這些發(fā)動機迅速把推力加大到全推力水平，以高達578kN的推力，把飛船從火箭頂部推開。

此時，火箭會被瞬間撕成碎片，火箭油箱破裂，發(fā)生爆炸，而飛船已經脫離火箭并有了一定距離。之后，“超級天龍”發(fā)動機關機，飛船會在慣性作用下飛到約42km的高度，然后會拋棄不再用得上的軌道服務艙，再利用飛船上推力較小的“天龍座”（Draco）推力器調整方向，以進行下降飛行。

隨后，飛船先后打開2部減速傘和4部主傘，最后在卡納維拉爾角以東距岸邊約32km的大西洋上濺落，并由美國軍方、美國國家航空航天局（NASA）和SpaceX公司的隊伍共同回收。NASA和軍方參照載人飛行發(fā)生事故時的人員搜救流程安排，美國空軍派出了搜救力量來配合開展這次逃逸試驗。從起飛到濺落，整個試驗過程共持續(xù)約10min。

火箭升空84s左右，引擎熄火，飛船上的8個推進器同時點火，達到最大推力，飛船被推出。而獵鷹-9在墜落的過程中，完成其歷史使命——按計劃爆炸。但整個測試并沒有到此結束，飛船借助推進器，還在繼續(xù)離開爆炸的火箭。

這次試驗，SpaceX公司在飛船中安排了乘客——兩位模擬人。飛船開始濺落后，停留在大西洋上的救援隊也立即開始行動，前往目標海域進行搜救。一方面是測試流程的完整性；另一方面，飛船和其中的假人記錄了飛船詳細的數據，尤其是假人模型里安裝的各個感應器，能夠為了解未來“發(fā)射時逃逸”這一行為對人體會造成什么影響提供有力依據。

發(fā)射后2分24秒，飛船與推進器分離，呈自由落體狀向大西洋墜落

2 四手火箭降低試驗造價

通過發(fā)射真火箭來模擬火箭異常，最能夠模擬發(fā)射事故最真實的情況，可有效地測試“載人龍”飛船的逃逸能力。不過，進行這么一次試驗真的是燒錢。為盡可能節(jié)省成本，SpaceX公司采取了如下措施：使用四手火箭；二級發(fā)動機使用配重；拆去了用于著陸的4個支架。

被主動炸毀的火箭已經執(zhí)行過3次飛行任務，這次炸得也算光榮，但成本依舊很高——一枚獵鷹-9火箭的總造價約為5000萬美元，約合3.4億人民幣。在發(fā)射前，SpaceX公司的首席執(zhí)行官馬斯克就在推特上證實，由于試驗中極端的氣動載荷，所用的獵鷹-9火箭的第一級在本次試驗中將會“犧牲”。作為首枚5型火箭，這枚火箭此前已在2018年5月——12月先后參加了3次衛(wèi)星發(fā)射任務。馬斯克說，公司曾試圖設法保住這枚火箭，但最終發(fā)現不可能。

美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）此前公布的一份環(huán)評文件表明，突然失去推力和飛船的離去會讓火箭第一和第二級失穩(wěn)并解體，甚至發(fā)生爆炸。在本次試驗中，火箭的確發(fā)生了爆炸。計算機模擬成果顯示，火箭殘骸會全部落入海中，大多數會沉入海底。SpaceX公司表示他們已經組織好團隊，在測試結束后對漂浮在水面上的火箭殘骸進行回收。

和失去一枚火箭相比，這次逃逸實驗所搜集的大量數據才是最寶貴的。這次搜集的數據主要包括時間序列、閉環(huán)控制、飛行軌道、內部以及外部環(huán)四大類數據。

3 發(fā)射一波三折

這次高空逃逸試驗曾定于2020年1月11日進行，但先是為了有更多時間來處理飛船而推后一周，后又因飛船海上預定回收落區(qū)風浪太大推遲一天。而在這次試驗圓滿之前，已經鋪墊了多次的嘗試和轉折。

2019年3月，“載人龍”飛船首次上天飛行，成功完成了代號為驗證-1（DM-1）的無人試飛任務。飛行中，飛船同“國際空間站”實現了對接，最終成功地在大西洋上進行了濺落回收。試飛的順利讓SpaceX公司和整個航天界都充滿了信心，對同年晚些時候即將進行的高空逃逸試驗及隨后的驗證-2載人首飛十分樂觀。但返航不到2個月，飛船在卡納維拉爾角的一次地面試車過程中發(fā)生了爆炸。SpaceX公司進行了一系列事故調查，并對飛船逃逸發(fā)動機增壓系統(tǒng)某些部件進行了重新設計。

SpaceX公司調查后認定，逃逸發(fā)動機本身在爆炸事故中并無過錯，事故是由飛船推進劑貯箱與“超級天龍”發(fā)動機之間一條管路內的一個閥門泄漏引起的，爆炸是在“超級天龍”發(fā)動機即將點火做試車前發(fā)生的。

在完成了替代飛船并用“爆破片”取代有缺陷的閥門后，SpaceX公司于2019年11月在卡納維拉爾角重新進行了“超級天龍”試車。此次試車未出現大問題，從而為本次高空逃逸試驗鋪平了道路。

本次高空逃逸試驗所用飛船原本是為驗證-2載人試飛建造的，但在那次試車事故后被改用于做高空逃逸試驗。

4 “禮花”意義重大

有網友開玩笑說這次試驗是趕在中國農歷新年前放的大禮花，那么這朵“禮花”真是意義非凡。

逃逸系統(tǒng)對載人航天飛行的重要性不言而喻。逃逸系統(tǒng)在實際載人航天發(fā)射中最近一次啟用是2018年10月，即俄羅斯“聯(lián)盟”（Soyuz）火箭在發(fā)射載人飛船時，起飛2min后便出現故障，幸好火箭逃逸系統(tǒng)發(fā)揮了作用，讓船上2名航天員得以生還。

這次高空逃逸試驗，展示了SpaceX公司的后備計劃，證明在載人航天任務時倘若發(fā)生極端情況，他們有能力將航天員安全帶回地球。這是SpaceX公司與NASA合作的重要一環(huán)，也是美國再次憑借自身力量送航天員進入太空的關鍵節(jié)點。過去6年，SpaceX公司一直在研制“載人龍”飛船，并通過一系列演示來證明其飛行器是安全的，能夠完成這項艱巨的工作。

2015年5月6日，“載人龍”飛船成功進行了一次發(fā)射終止測試，8個“超級天龍”發(fā)動機同時點火并達到最大推力，將飛船帶離發(fā)射臺，幾秒鐘內就達到552km/h的速度，隨后“超級天龍”停車，主干部分脫落，降落傘激活，飛船平穩(wěn)濺落在大西洋上。

這次則是在飛行中進行了一次完整、全流程的測試。在時間節(jié)點方面，選擇了火箭發(fā)射過程中的“最大動壓點”（maxQ），也就是受力狀態(tài)最復雜的時刻，火箭發(fā)射后的初始階段，周圍大氣依然比較稠密，火箭會受到強烈的大氣阻力，這就是動壓，它與火箭的速度和大氣的密度成正比。隨著火箭飛行速度越來越大，空氣密度會逐漸降低，當達到某個時間點時，動壓會達到極大值，也到達了火箭發(fā)射后最危險的時刻?？梢哉f，這個時間點上的成功最具有說服力。

這次測試成功，不僅關乎SpaceX公司與NASA的合作順利進行，也是載人航天歷程中一個里程碑事件。測試成功之后，NASA將會批準SpaceX公司進行往返“國際空間站”的常規(guī)載人飛行。

“總體而言，到目前為止這是一項完美的任務。”馬斯克在試驗后的新聞發(fā)布會上說：“我心潮澎湃，這太棒了?！敝螅拜d人龍”飛船將在地面進行爆炸測試，再次對逃生系統(tǒng)的另一項安全指標進行檢查。

本次測試的發(fā)射地點位于佛羅里達州卡納維拉爾角肯尼迪航天中心，其發(fā)射工位是著名的LC-39A。該發(fā)射工位曾經見證了“阿波羅”（Apollo）登月飛船和航天飛機的歷次重大發(fā)射事件，之后被SpaceX公司租下來，用于發(fā)射火箭。

可以說，選擇這個帶有紀念意義的工位，既是對“阿波羅”時代輝煌歷史的致敬，也意在開啟美國航天新的時代。

“載人龍”飛船內部結構

5 身份獲認，劍指火星

“載人龍”飛船接下來要做的驗證-2載人試飛將把NASA航天員道格·赫爾利（Doug Hurley）和鮑勃·本肯（Bob Behnken）送往“國際空間站”。這2位航天員已多次執(zhí)行航天飛機飛行任務，他們也參加了這次主動“炸火箭”的高空逃逸試驗發(fā)射合練，演練了他們在發(fā)射日所要執(zhí)行的程序，包括服裝穿戴和前往發(fā)射臺，但并未實際登船。即將執(zhí)行正式任務的火箭和飛船都已經完成了制造，正等待在卡納維拉爾角進行組裝，將于2020年5月末進行首飛。即使新冠病毒爆發(fā)已經在美國造成了廣泛影響，連NASA一所研究中心的工作人員也出現了感染，但似乎并沒有給SpaceX公司的進度表造成巨大延誤。

自2011年7月8日完成最后一次航天飛機飛行任務以來，美國一直依靠購買俄羅斯“聯(lián)盟”飛船的座位把航天員送往“國際空間站”。NASA已經證實，SpaceX公司即將成為史上第一家將航天員送入“國際空間站”的私人企業(yè)。不過SpaceX公司沒有止步于此，其目標很明確，那就是送更多的人登上火星甚至最終殖民火星。

為了向這一遠大目標挺進，除了積極推動獵鷹-9等火箭進一步完善、承接NASA訂單外，SpaceX公司正在進一步籌集資金，為殖民火星計劃的前期投入買單，還制造出號稱世界上最強火箭的“星艦”（Starship），讓殖民火星計劃變得更加具體可實現。

火箭方面，“星艦”可以說是SpaceX公司火箭制造能力的最強體現。

SpaceX公司表示，“星艦”將能夠運載多達100人，從地球出發(fā)，抵達低地球軌道、月球甚至火星。乘員配置豐富，包括大型公共區(qū)域、私人艙室、集中式倉庫、日光庇護所和觀景廊等。雖然“星艦”經歷過爆炸事件的挫折，但并未停止探索的腳步，第二代的原型機已經在佛羅里達的工廠里建造，接下來要繼續(xù)第三代的設計。

就在這次當眾炸火箭之前，馬斯克還特意發(fā)文推銷自己的火星計劃，再次強調自己的目標：到2030年，要把1000人送上火星，到了2050年，這個數字將變成100萬人?！靶桥灐本褪菫檫@個目標設計的，平均每天3次航班，每年1000次航班，單次航班載荷超過100t，10艘飛船每年就能將百萬噸載荷送上軌道。只要每年建造100艘“星艦”，10年就能建造1000艘，到2050年就能將100萬人送上火星了。

籌集資金方面，這里不能不提SpaceX公司的“星鏈”（Starlink）計劃。

“星艦”與助推器分離

“星鏈”計劃于2015年提出時，很多人都說是天方夜譚。當時，馬斯克宣布SpaceX公司計劃將發(fā)射約1.2萬顆通信衛(wèi)星，后來還有消息稱SpaceX公司把計劃數量增加到4.2萬顆。這一項目被命名為“星鏈”。消息傳來，業(yè)界一片嘩然，有人認為這個數字未免太天方夜譚，有人質疑“星鏈”會干擾天文觀測。

然而，就像火箭居然變得可回收一樣，如今，SpaceX公司的“星鏈”也初具雛形。

2018年3月，SpaceX公司在一次常規(guī)發(fā)射任務中搭載了2顆小衛(wèi)星——微衛(wèi)星-2a和2b（Microsat-2a和2b）作為“星鏈”計劃的試驗星。2019年5月，首批60顆“星鏈”衛(wèi)星被送入軌道，之后又進行了6批發(fā)射，目前SpaceX公司已經將422顆“星鏈”衛(wèi)星送入太空。

SpaceX公司計劃在第一階段通過12次任務將720顆“星鏈”衛(wèi)星送入軌道，每次發(fā)射任務送60顆衛(wèi)星入軌，每顆衛(wèi)星質量約為260kg。在完成這一階段任務后，該公司希望在2020年晚些時候開始為美國北部和加拿大的客戶提供“星鏈”服務。SpaceX公司期待每隔2～3周就發(fā)射60顆衛(wèi)星，以迅速搭建起全球衛(wèi)星互聯(lián)網。

目前，在全球范圍內，約有45%的人能夠接入互聯(lián)網，而他們的聯(lián)網方式基本都是通過陸地和海底的光纖電纜完成。SpaceX公司的野心就是搭建全球衛(wèi)星互聯(lián)網絡，使網絡覆蓋到地球的每一個角落。

馬斯克本人曾表示，如果說現在SpaceX公司每年運營火箭發(fā)射任務可以獲得30億美元的收入，那么在“星鏈”布置到一定程度后，提供的潛在寬帶網絡收入將達到每年300億美元，這個項目的賺錢能力可見一斑。

此次高空逃逸試驗的圓滿成功，不僅驗證了SpaceX公司日趨完善的獵鷹-9火箭和 “載人龍”飛船的全面能力，也讓SpaceX公司的名聲更加響亮、民眾信心更強。承接下為美國接送航天員的重要任務，全面展開“星艦”計劃，又即將通過“星鏈”攢下雄厚資金基礎，可以說，馬斯克離他的“移民火星”計劃又近了一步。