SpaceX载人上太空:从发射到返回,有这9个关键阶段
文丨AutoR智駕 諾一
SpaceX將于2020年5月27日創(chuàng)造歷史。
當(dāng)天,埃隆·馬斯克的公司計劃執(zhí)行首次載人飛行任務(wù),該任務(wù)稱為Demo-2,它將把NASA宇航員鮑勃·貝肯和道格·赫利送上太空,根據(jù)計劃,于5月28日到達(dá)太空站,并可能在太空中停留1-4個月。
這項任務(wù)非常受關(guān)注。
自從2011年航天飛機(jī)退役以來,美國一直無法將自己的宇航員送上太空,在過去的九年中,讓機(jī)組人員進(jìn)入國際空間站是一項任務(wù),完全由俄羅斯及其聯(lián)盟號火箭和膠囊系統(tǒng)負(fù)責(zé)。
目前,美國國家航空航天局的宇航員赫利和貝肯已完成了周三飛往國際空間站的飛行彩排。
由于其歷史意義,此次發(fā)射通常會吸引大量人到肯尼迪,目睹見證Behnken和Hurley的火箭升空。
但是,由于對新型冠狀病毒的擔(dān)憂,美國國家航空航天局局長吉姆·布萊登斯汀敦促人們留在家中進(jìn)行發(fā)射并進(jìn)行虛擬觀看(該發(fā)射將可在NASA TV上在線觀看直播)。
他在最近的一次視頻會議上說:“我們要求人們加入這次發(fā)射,但要在家中進(jìn)行。我們要求人們不要去肯尼迪航天中心?!?/p>
據(jù)悉,肯尼迪將在計劃發(fā)射的第二天(5月28日)對公眾開放。
盡管SpaceX和NASA批準(zhǔn)了Crew Dragon的發(fā)射,但仍有一些工作要做,在周一(5月25日),Demo-2任務(wù)小組將開會討論Falcon 9火箭和Crew Dragon太空艙,以進(jìn)行最終發(fā)射準(zhǔn)備情況審查,以確保發(fā)射前一切順利。
然后是天氣。
根據(jù)美國空軍第45氣象中隊的數(shù)據(jù),目前的預(yù)測表明5月27日有40%的良好發(fā)射條件,如果NASA和SpaceX本周不能發(fā)射,他們將不得不等到5月30日才能進(jìn)行下一次嘗試。
最新的消息是,發(fā)射將從肯尼迪航天中心的39A綜合大樓開始,這是著名的佛羅里達(dá),阿波羅11號月球漫步者和最早的航天飛機(jī)哥倫比亞從那里開始了他們的任務(wù)。
發(fā)射時間定在美國東部時間周三的16:33。
道格·赫利和鮑勃·貝肯是誰?
羅伯特·“鮑勃”·貝肯和道格拉斯·“道格”·赫利宇航員兩名宇航員都具有豐富的飛行經(jīng)驗,并且已經(jīng)執(zhí)行了多次飛行任務(wù)。
貝肯在密蘇里州長大,分別于1988年和1992年在圣路易斯的華盛頓大學(xué)獲得了物理和機(jī)械工程學(xué)士學(xué)位,并于1993年在加州理工學(xué)院獲得了機(jī)械工程碩士學(xué)位和1997年獲得了機(jī)械工程博士學(xué)位。
研究生畢業(yè)后,貝肯在美國空軍后備役軍官訓(xùn)練團(tuán)就讀于加利福尼亞州愛德華茲空軍基地的空軍試驗飛行員學(xué)校,并擔(dān)任飛行測試工程師。
他記錄了1,500多個飛行小時,飛行了25多種不同類型的飛機(jī),這使他特別適合新的飛行。
2000年7月,他被選入NASA的宇航員部隊,完成航天員培訓(xùn)后,他擔(dān)任NASA肯尼迪航天中心空間站運(yùn)營處處長,他在2012年至2015年期間繼續(xù)擔(dān)任NASA的首席宇航員。
2008年,作為對國際空間站的STS-123任務(wù)的一部分,本肯首次乘坐Endeavour航天飛機(jī)飛行。
在這次飛行中,他擔(dān)任登機(jī)和登機(jī)的飛行甲板任務(wù)專家,進(jìn)行了3次太空行走,甚至操縱了該站的Canadarm2機(jī)械臂。
他在2010年再次搭乘奮進(jìn)號進(jìn)行STS-130任務(wù)。在這次飛行中,他擔(dān)任任務(wù)專家,并再次操作了空間站的機(jī)械臂。他還再次進(jìn)行了3次太空行走,并擔(dān)任了該任務(wù)的太空行走主管。
總體而言,貝肯在他的六個太空行走中已記錄了超過708小時的太空記錄,并在該空間站外度過了37多個小時。
赫爾利他于1988年獲得TK的土木工程科學(xué)學(xué)士學(xué)位,同年,他獲得了美國海軍陸戰(zhàn)隊第二中尉的職位。然后,他繼續(xù)在弗吉尼亞州Quantico的基礎(chǔ)學(xué)校就讀,并于1989年進(jìn)入飛行訓(xùn)練。
1991年,他成為海軍飛行員,經(jīng)過培訓(xùn),他曾在西太平洋進(jìn)行過3次部署,他還曾在加利福尼亞州TK的海軍研究生院就讀,并在那里完成了美國海軍航空兵武器與戰(zhàn)術(shù)講師課程,海軍陸戰(zhàn)師戰(zhàn)術(shù)課程和航空安全官課程。
1997年,他被選入馬里蘭州TK的美國海軍試驗飛行員學(xué)校,畢業(yè)后,他被任命為海軍打擊飛機(jī)試驗中隊的試驗飛行員和項目官員。
赫爾利參加了許多飛行測試,甚至是首位駕駛F / A-18E / F超級大黃蜂戰(zhàn)斗機(jī)的海軍陸戰(zhàn)隊飛行員。他已經(jīng)在25多種不同類型的飛機(jī)上記錄了5500多個飛行小時。
與伯肯一樣,赫爾利于2000年7月被選入NASA的宇航員部隊。他被選為飛行員,經(jīng)過兩年的培訓(xùn),他被分配到TK的宇航員辦公室擔(dān)任技術(shù)職務(wù),并擔(dān)任航天飛機(jī)的首席宇航員支持人員任務(wù)STS-107和STS-121。赫爾利還曾擔(dān)任過俄羅斯國家航空航天局運(yùn)營總監(jiān),并擔(dān)任過位于俄羅斯星城的加加林宇航員培訓(xùn)中心。
2009年,赫爾利作為STS-127的飛行員,首次乘坐Endeavor航天飛機(jī)飛行。執(zhí)行此任務(wù)后,他擔(dān)任宇航員辦公室安全主管。
2011年,他乘坐亞特蘭蒂斯號航天飛機(jī)執(zhí)行了最后的航天飛機(jī)任務(wù)STS-135。
后來,在2014年,赫爾利成為了飛行運(yùn)營局的商業(yè)機(jī)組人員計劃的助理主任。在STS-127上,他在太空上呆了15天以上,在STS-135上,他在太空上待了12天以上。
美國國家航空航天局的SpaceX任務(wù)將如何展開?
第一階段:發(fā)射時機(jī)很重要
獵鷹必須在美國東部時間16:33(格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時間20:33 / 21:33 BST)離開地面,否則宇航員將無法趕上以27,000公里/小時(17,000英里/小時)的高空飛行的國際空間站。
因為獵鷹9號是兩級火箭,它的下段將在關(guān)閉并分離之前的2.5分鐘進(jìn)行發(fā)射,這將使第二階段再燃燒六分鐘,以使Dragon進(jìn)入軌道,接下來,太空艙將使用其自己的推進(jìn)器完成到國際空間站的其余旅程。
火箭的第二階段將被命令在大氣層中燃燒。助推器的下段旨在降落在大西洋上的一架無人機(jī)上。
這是SpaceX的特色。
這看起來很了不起,但美國宇航局宇航員已經(jīng)39年沒有使用全新的太空船設(shè)計。
值得注意的是,“載人龍”所有控制按鍵都是觸摸屏上完成的,而且它是一艘自動船,因此它自己就規(guī)劃出了一條通向國際空間站的路徑,為了保障安全,在發(fā)射之前,赫爾利和貝肯必須練習(xí)手動飛行,以防出現(xiàn)某種異常情況。
Dragon Capsule被認(rèn)為可以處理所有想象中的情況,包括火箭飛行中的故障。
如果發(fā)生這種情況,該船將使用強(qiáng)大的內(nèi)置推進(jìn)系統(tǒng)將自己推到安全距離,SpaceX在地面和空中都預(yù)演了這種可能性。
飛行約19個小時后,該任務(wù)應(yīng)使Dragon到達(dá)ISS,太空艙將與空間站的船首對齊,并以每秒幾厘米的相對速度接近。
工程師說,“載人龍”號上的太陽能電池會在軌道上退化,因此美國國家航空航天局一定會在硬件性能受損之前將宇航員帶回家。
第二階段:宇航員登機(jī)時間把控
NASA宇航員赫利和貝肯穿上他們的SpaceX太空服后,將使用全新的乘員通道臂登上火箭。
全新的通道是由SpaceX2018年8月在發(fā)射板固定服務(wù)結(jié)構(gòu)的80米高度處安裝了一個長為25米的手臂,在航天飛機(jī)時代,NASA曾用它來發(fā)射帶翼的軌道飛行器。
這是一種類似走廊的橋梁,地勤人員將確保在1小時50分鐘關(guān)閉艙口之前,將宇航員安全地系在航天器內(nèi)。
馬斯克表示,“如果Demo-1飛行一切順利,SpaceX將對飛船進(jìn)行飛行中止測試,然后在夏季某個時候進(jìn)行首次載人發(fā)射。去年八月,美國國家航空航天局揭開了Behnken和Hurley的神秘面紗,這是第一批計劃乘坐“乘員龍”號飛行的宇航員?!?/p>
第三階段:升空
起飛前四個小時30分鐘,空軍第45氣象中隊將確定發(fā)射天氣良好的可能性,并宣布更新的發(fā)射預(yù)報。
如果天氣不配合(或者由于其他任何原因取消了啟動程序),則備份啟動日期為5月30日。
SpaceX Falcon 9助推器首先其余火箭進(jìn)行分開,然后與SpaceX的Demo-2進(jìn)行分離。
升空大約2.5分鐘后,獵鷹9的第一級助推器將與上級分離,并開始著陸準(zhǔn)備返回地球。
SpaceX計劃將火箭降落在的無人機(jī)上,該無人機(jī)將駐扎在佛羅里達(dá)海岸附近的大西洋上。
第四階段:載人龍分離
在演示2任務(wù)中,SpaceX的“載人龍”航天器與獵鷹9火箭的第二階段分離。
在第一階段分離后僅幾秒鐘,火箭的第二階段將為其引擎點火,約六分鐘之后,“載人龍”號飛船將脫離火箭。
“載人龍”將首次在太空中。
與此同時,部署在航天器的主體中太陽能電池板開始給航天器進(jìn)行供電。
第五階段:接近國際空間站
“載人龍”需要慢慢地接近國際空間站。
一旦“載人龍”號脫離火箭的上層,航天器將執(zhí)行一系列動作,以逐步接近國際空間站并自動與國際空間站對接。
分階段進(jìn)行的燃燒將使載人龍的高度上升到國際空間站的高度,國際空間站繞地球運(yùn)行的平均高度約為250英里(400公里)。
當(dāng)載人龍接近國際空間站時,在它周圍形成一個近200米的氣泡,稱為“禁球”,它將與Harmony上的加壓配合適配器PMA-2的對接端口對齊。
然后,航天器將非常緩慢地朝航天站方向移動,并使用完全自主的對接系統(tǒng)對接,如果需要,機(jī)上的宇航員還可以接管對航天器的手動控制。
Crew Dragon預(yù)計將于美國東部時間5月28日(星期四)上午11:29(格林尼治標(biāo)準(zhǔn)時間1529)與國際航天站進(jìn)行???。
第六階段:太空站停留1-4個月
NASA和SpaceX尚未確定飛行任務(wù)將具體持續(xù)多長時間,他們給出的大致時間是在國際空間站停留30到119天,
任務(wù)的持續(xù)時間將取決于Crew Dragon太空艙在軌道上的狀態(tài)以及下一代Crew Dragon運(yùn)載工具的進(jìn)度,該運(yùn)載工具將在今年晚些時候發(fā)射第一個任務(wù)Crew-1。。
盡管NASA尚不確定宇航員是否會在國際空間站進(jìn)行太空行走,但宇航員接受了一些太空行走培訓(xùn),以防萬一。
NASA官員在5月1日的任務(wù)簡報中說。機(jī)組人員也受過訓(xùn)練,可以參加國際空間站正在進(jìn)行的數(shù)百項科學(xué)實驗。
第七階段:返回進(jìn)入地球大氣
“載人龍”號航天器將以約17,000 mph(27,000 km / h)的速度進(jìn)入地球大氣層,大氣中顆粒的摩擦?xí)a(chǎn)生阻力,從而極大地減慢阻力,同時將膠囊的外部加熱到幾乎和太陽一樣高的溫度。
隔熱罩可保護(hù)宇航員免受這些極端溫度的侵害,但航天器返回后看上去不會像發(fā)射前的狀態(tài)。
比如,2019年3月,SpaceX的Demo-1 Crew Dragon宇宙飛船試飛中返回時,整體呈現(xiàn)了燒焦的狀態(tài)。
第八階段:降落傘的部署
SpaceX將會為航天飛船部署四個降落傘。
在去年12月22日,SpaceX宣布公司已連續(xù)第十次成功完成降落傘系統(tǒng)的測試,這表明SpaceX最新的設(shè)計降落傘系統(tǒng)已經(jīng)準(zhǔn)備好供搭載其飛船的宇航員使用。
降落傘系統(tǒng)可以用來減緩宇宙飛船返回地球時的下降速度,SpaceX目前的設(shè)計是“Crew Dragon”降落傘系統(tǒng)第三個主要版本,采用了升級后的材料和改進(jìn)的縫線縫合工藝,以盡可能提高降落傘飛行期間的可靠性和耐久性。
當(dāng)時,美國宇航局局長吉姆·布里登斯汀(Jim Bridenstine)也表示,他相信SpaceX能在年底前完成全部10次測試的目標(biāo),現(xiàn)在,SpaceX確實已經(jīng)達(dá)到了這個目標(biāo)。
在發(fā)射過程中如果出現(xiàn)任何可能使宇航員處于危險之中的問題,應(yīng)急保障系統(tǒng)將被啟動,“Crew Dragon”宇宙飛船將攜帶船員遠(yuǎn)離運(yùn)載火箭,它將展示載人“Crew Dragon”飛船在緊急情況下逃離危險的能力。
第九階段:落地
最后一個階段是工作人員將在SpaceX的GO Navigator船上附近等待,以幫助Demo-2機(jī)組人員脫離“載人龍”。
NASA和SpaceX擁有一系列標(biāo)準(zhǔn),這些標(biāo)準(zhǔn)將確定Demo-2任務(wù)是否被視為成功。
乘員龍必須證明其能夠在發(fā)射后成功分離并部署到目標(biāo)軌道,在國際空間站交會并進(jìn)塢,并安全地將宇航員帶回地球。
最后馬斯克在SpaceX上太空之際,為自己的Roadster進(jìn)行了一番營銷。
5月25日,據(jù)Electrek報道,馬斯克近日在一個電視節(jié)目中透露,新版本的Roadster電動跑車將會使用SpaceX的“航天技術(shù)”。
馬斯克表示,“在新一代的Roadster電動跑車中將會有一個選配,用戶可以選擇添加SpaceX公司的火箭推進(jìn)器?!?/p>
具體來說,特斯拉將會在Roadster跑車中使用一種冷氣推進(jìn)器,即超高壓壓縮空氣。火箭推進(jìn)器將安裝在車輛背后,用來實施加速、剎車和轉(zhuǎn)彎,甚至還有可能讓Roadster“飛”起來。
據(jù)介紹,Roadster百公里加速僅需1.9秒,扭矩可達(dá)到10000?!っ?,續(xù)航里程達(dá)997公里,最高時速超過約合402公里。
特斯拉Roadster在國內(nèi)已經(jīng)開始預(yù)訂,預(yù)訂普通版Roadster需要繳納訂金33.2萬元,創(chuàng)始人系列則需交訂金165.9萬元,或在2022年才能開售。
總結(jié)
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