唐亮 何慧東（中國空間技術(shù)研究院 北京空間科技信息研究所）

美國東部時(shí)間2020年8月2日14:48，美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）名為奮進(jìn)號（Endeavor）的“載人龍”（Crew Dragon）飛船搭載2名航天員安全返回地球，濺落在佛羅里達(dá)州以西的墨西哥灣上。這是“載人龍”飛船首次載人再入飛行，也是1975年“阿波羅-聯(lián)盟”（Apollo-Soyuz）飛行任務(wù)后，美國時(shí)隔45年再次在海上接回航天員，標(biāo)志著飛船載人飛行試驗(yàn)正式完成，SpaceX公司后續(xù)將為美國國家航空航天局（NASA）提供正式的商業(yè)乘員運(yùn)輸服務(wù)。

1 載人飛行試驗(yàn)概況

“載人龍”飛船載人飛行試驗(yàn)任務(wù)代號為演示－2（Demo－2），是航天飛機(jī)退役后美國首次從本土利用本國航天器將航天員送至“國際空間站”。

奮進(jìn)號“載人龍”飛船于2020年5月30日發(fā)射入軌，飛行19h后將2名航天員送至“國際空間站”。飛船總共在軌飛行近64天，順利返回并回收，完成最后一項(xiàng)重大試驗(yàn)任務(wù)，標(biāo)志著美國“商業(yè)乘員計(jì)劃”（CCP）取得重要突破，實(shí)現(xiàn)利用商業(yè)火箭發(fā)射商業(yè)載人飛船、搭載航天員飛抵“國際空間站”并安全返回的里程碑。

“載人龍”飛船此次飛行試驗(yàn)任務(wù)獲得了獵鷹－9（Falcon－9）火箭發(fā)射，“載人龍”飛船的在軌飛行、對接、返回、著陸，以及地面系統(tǒng)運(yùn)行等全流程數(shù)據(jù)，將為飛船最終認(rèn)證提供參考。

在軌飛行期間，航天員道格·赫爾利（Doug Hurley）、鮑勃·本肯（Bob Behnken）對“載人龍”飛船進(jìn)行了測試，同時(shí)參與了“國際空間站”上的工作，以減輕空間站運(yùn)營工作負(fù)擔(dān)。2名航天員在站上累計(jì)完成了超過100h的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，貝肯還與空間站上的克里斯·卡西迪（Chris Cassidy）完成了4次太空行走，完成空間站電池更換、電源系統(tǒng)更新等任務(wù)。

“載人龍”飛船航天員參與的太空行走活動(dòng)

2 再入返回過程

2020年8月1日19:35，NASA的2名航天員道格·赫爾利、鮑勃·本肯搭乘奮進(jìn)號“載人龍”飛船與“國際空間站”分離。當(dāng)對接機(jī)構(gòu)解鎖后，飛船發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施2次離站點(diǎn)火。離站時(shí)，“載人龍”飛船質(zhì)量約為12.5t。

隨后，“載人龍”飛船自主飛行，實(shí)施4次飛離點(diǎn)火，逐漸遠(yuǎn)離“國際空間站”。數(shù)小時(shí)后，進(jìn)行1次長達(dá)6min的調(diào)相點(diǎn)火，降低飛船軌道高度，并將星下點(diǎn)軌跡與著陸區(qū)對準(zhǔn)。

在離軌減速點(diǎn)火之前，飛船拋掉非密封艙以減輕質(zhì)量。乘員艙進(jìn)行約12min的離軌點(diǎn)火，再入地球大氣層。拋掉非密封艙并完成離軌點(diǎn)火后，“載人龍”飛船質(zhì)量約9.6t。

“載人龍”飛船海面濺落

飛船再入時(shí)速度約為7.8km/s，再入階段依靠大氣阻力減速，經(jīng)歷最高溫度超過1900℃，黑障階段持續(xù)約6min。減至安全速度后，飛船在5500m高度（速度約156m/s）附近打開2具引導(dǎo)傘，在1800m高度（速度約53m/s）附近打開4具主傘進(jìn)行進(jìn)一步減速。2020年8月2日14:48，飛船以約7.6m/s的速度濺落在佛羅里達(dá)州以西的墨西哥灣上，著陸點(diǎn)位于彭薩科拉市（Pensacola）外海，著陸后飛船切斷主傘。

“載人龍”飛船濺落后，SpaceX公司提前部署在著陸場的回收船釋放2艘快艇開展先期工作。第一艘負(fù)責(zé)檢查飛船的完整性，并探測飛船附近是否存在自燃性燃料蒸汽。檢測完成后，快艇上的人員為飛船回收做準(zhǔn)備工作。第二艘快艇負(fù)責(zé)回收落在水中的降落傘。回收船抵達(dá)后，將“載人龍”飛船抬升至甲板上固定，隨后打開艙門，醫(yī)務(wù)人員完成2名航天員的初步檢查后，航天員出艙。整個(gè)過程持續(xù)約1h。

航天員出艙后，在回收船醫(yī)療區(qū)進(jìn)行初步評估。隨后，航天員搭乘直升機(jī)回到地面，并從機(jī)場換乘NASA的飛機(jī)回到休斯頓。與此同時(shí)，“載人龍”飛船隨回收船返回佛羅里達(dá)州的SpaceX公司廠區(qū)，進(jìn)行進(jìn)一步檢查和處理。

搜尋者號（左）和航行者號（右）回收船

3 著陸場準(zhǔn)備情況

此次任務(wù)中，NASA為“載人龍”飛船的返回選定了7個(gè)著陸點(diǎn)，分布在佛羅里達(dá)州附近外海、墨西哥灣、大西洋海岸。具體位于彭薩科拉市（Pensacola）、坦帕市（Tampa）、塔拉哈西市（Tallahassee）、巴拿馬市（Panama City）、卡納維拉爾角（Cape Canaveral）、戴托納市（Daytona）、杰克森維爾市（Jacksonville）外海。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，濺落地點(diǎn)通常距離海岸線40～324km。

SpaceX公司在7個(gè)著陸點(diǎn)均配備了搜救人員，并分別在大西洋和墨西哥灣配備了2艘回收船，分別為搜尋者號（Go Searcher）和航行者號（Go Navigator）。每艘回收船上搭載40多人，包括NASA和SpaceX公司的飛船工程師、水上救生員、醫(yī)務(wù)人員、船員、NASA貨物專家和其他輔助人員等。回收船長52m、寬11m，滿載吃水3.1m，載貨量420t。除了完成回收“載人龍”飛船任務(wù)外，這2艘船在其他任務(wù)中還負(fù)責(zé)回收貨運(yùn)型“龍”飛船，以及用于獵鷹－9運(yùn)載火箭整流罩的回收。

此次任務(wù)中，NASA和SpaceX公司曾對著陸場的天氣狀況表示擔(dān)憂。在計(jì)劃任務(wù)時(shí)段內(nèi)，大西洋熱帶風(fēng)暴“伊薩亞斯”（Isaias）正沿美國東海岸發(fā)展，可能對飛船返回造成不利影響，如果氣象條件超出準(zhǔn)則，則會(huì)考慮推遲飛船返回的時(shí)間。為此，本次任務(wù)主著陸場選在彭薩科拉市外海，盡量遠(yuǎn)離熱帶風(fēng)暴影響區(qū)。

4 后續(xù)任務(wù)安排

“載人龍”飛船返回后，NASA和SpaceX公司團(tuán)隊(duì)將檢查整個(gè)飛行試驗(yàn)期間飛船的數(shù)據(jù)和性能，完成系統(tǒng)的認(rèn)證工作，整個(gè)認(rèn)證流程預(yù)計(jì)持續(xù)6周。順利完成認(rèn)證后，NASA將正式進(jìn)入商業(yè)乘員運(yùn)輸階段，授予SpaceX公司6次乘員運(yùn)輸任務(wù)，每次任務(wù)將最多搭乘4名航天員，同時(shí)向“國際空間站”運(yùn)送100kg貨物。

根據(jù)計(jì)劃，第一次“商業(yè)乘員運(yùn)輸服務(wù)”（Crew－1）瞄準(zhǔn)2020年9月下旬實(shí)施，NASA的邁克爾·霍普金斯（Michael Hopkins）、維克多·格洛弗（Victor Glover）、香農(nóng)·沃克（Shannon Walker）和日本籍野口聰一（Soichi Noguchi）等4名航天員將搭乘“載人龍”飛船飛抵“國際空間站”，執(zhí)行為期6個(gè)月的任務(wù)。

目前，SpaceX公司正在準(zhǔn)備“載人龍”飛船首次正式的“商業(yè)乘員運(yùn)輸服務(wù)”，并已將運(yùn)載火箭等系統(tǒng)運(yùn)抵發(fā)射場。

“載人龍”飛船試驗(yàn)及飛行任務(wù)安排

5 結(jié)束語

“載人龍”飛船攜帶2名航天員安全返回，并對發(fā)射、在軌運(yùn)行、返回、再入、回收的任務(wù)全流程進(jìn)行了最終驗(yàn)證，載人飛行試驗(yàn)任務(wù)取得圓滿成功。

“載人龍”飛船成功完成載人飛行試驗(yàn)意義重大，此次任務(wù)是時(shí)隔9年美國再次自主將航天員送入軌道并安全返回，標(biāo)志著美國重新具備了載人航天飛行能力，徹底擺脫了對外界的依賴，“開啟新的載人航天時(shí)代”。此外，“載人龍”飛船試驗(yàn)任務(wù)驗(yàn)證了美國“商業(yè)乘員計(jì)劃”發(fā)展模式，并在和波音公司（Boeing）“星際客船”（Starliner）的競賽中取得了領(lǐng)先，強(qiáng)化了SpaceX公司在美國商業(yè)航天中的地位。商業(yè)航天成為美國載人航天活動(dòng)中的一個(gè)重要力量，美國后續(xù)將持續(xù)推進(jìn)商業(yè)載人航天系統(tǒng)發(fā)展，提升近地軌道載人航天活動(dòng)能力；同時(shí)還計(jì)劃在未來月球、火星探測任務(wù)中，支持商業(yè)航天企業(yè)開展活動(dòng)，進(jìn)一步推動(dòng)美國載人深空探索能力發(fā)展。