在經(jīng)歷了9年空窗期后，美國計(jì)劃于北京時間5月28日4時33分，用太空探索技術(shù)公司研制的全新“獵鷹9號”火箭，把載有羅伯特·貝肯和道格拉斯·赫利2名航天員的全新“載人龍”(Crew Dragon)飛船送上天。
這次發(fā)射號稱是自美航天飛機(jī)2011年7月執(zhí)行最后一次任務(wù)以來，美國航天員首次從美國本土升空飛行，也是太空探索技術(shù)公司成立18年以來首次載人任務(wù)，將使其成為歷史上第一家使用私人制造火箭和飛船將人類送入軌道的公司。
這是一條什么“龍”
“載人龍”飛船又叫第2代“龍”飛船，它具有可重復(fù)使用、乘員運(yùn)輸能力強(qiáng)、內(nèi)部空間大和操作友好等特點(diǎn)，能夠執(zhí)行低成本、業(yè)務(wù)化的低地球軌道載人航天飛行任務(wù)。
它和“龍”貨運(yùn)飛船一樣，也用“獵鷹9號”火箭發(fā)射，都采用兩艙式設(shè)計(jì)，只不過“載人龍”是由乘員艙和非密封艙兩部分組成的，內(nèi)部增加了生命保障系統(tǒng)、座椅和控制面板等;而“龍”貨運(yùn)飛船是由貨運(yùn)艙和非密封艙兩部分組成的。不采用“聯(lián)盟”載人飛船那種三艙段設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部加壓空間都集中在一個艙段內(nèi)，可明顯增加航天員的舒適度，搭乘的航天員也多。另外，乘員艙前還有一個保護(hù)交會對接裝置的前錐體。
為了確保“龍”飛船能快速從貨運(yùn)艙轉(zhuǎn)換成乘員艙，除了乘員逃逸系統(tǒng)、生命保障系統(tǒng)和允許乘員利用飛行計(jì)算機(jī)控制船載控制系統(tǒng)等與載人有關(guān)的特設(shè)系統(tǒng)外，“載人龍”飛船的乘員艙和“龍”貨運(yùn)飛船的貨艙在結(jié)構(gòu)上幾乎是相同的。
乘員艙用于運(yùn)送乘員和加壓貨物;非密封艙攜帶非加壓貨物。“載人龍”采用最高級的碳纖維材質(zhì)和阿爾坎塔拉面料，凈重9.525噸，發(fā)射質(zhì)量15噸，高8.1米，直徑4米，加壓容積10立方米，非加壓容積37立方米，上行載荷能力6000千克，下行載荷能力3000千克，處理廢棄物800千克。該飛船可獨(dú)立飛行工作7天，對接狀態(tài)下能工作210天。
與“龍”貨運(yùn)飛船相比，“載人龍”飛船有不少突破。例如，“載人龍”使用了新的超級天龍座發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、觸摸控制屏和更耐用的熱防護(hù)層等眾多下一代航天器技術(shù)，可容納7名航天員(目前俄羅斯“聯(lián)盟”飛船只能搭載3人)。
它是一艘完全自動駕駛的宇宙飛船，可以實(shí)現(xiàn)全程自動化飛控，全自動對接空間站，全自動應(yīng)急處理各項(xiàng)預(yù)案等，當(dāng)然也可以切換到人工操控，同時同步受到總部飛行控制中心監(jiān)控。它的信息化水平大幅提高。其操控臺由3塊可移動的大型液晶觸摸控制屏組成，它們是駕駛控制的關(guān)鍵，操作過程與使用iPad接近。這款飛船的操控和飛行信息顯示在3個面向指揮官和駕駛員的大尺寸觸摸屏上。觸摸屏兼容航天服的手套。
觸摸控制屏下方有若干物理按鍵，位于中央控制臺上的人工按鍵是專為緊急情況下執(zhí)行關(guān)鍵任務(wù)使用，即如果觸控屏出現(xiàn)故障，所有功能都可通過硬件控制來實(shí)現(xiàn)，“滅火”按鍵需要航天員按壓物理按鈕來操作。這種高度電子集成和平板顯示降低了飛船操作難度，對航天員十分友好。
身旁不裝太陽翼
“龍”貨運(yùn)飛船采用可展開的太陽電池翼，而“載人龍”飛船的一大亮點(diǎn)是取消了可展開太陽電池翼的設(shè)計(jì)，而是采用非加壓艙半包圍體裝式太陽能電池板，這是一大創(chuàng)新。這樣可以避免出現(xiàn)電池翼展不開的故障，而且比展開式太陽能電池翼使用率高，效能更好，無論哪個角度，只要有太陽光照，飛船就會吸收光輻射。當(dāng)然，采用這一技術(shù)對成本和集成工藝要求甚高，除了太陽能電池板必須變成曲面集成外，還需要慎重考慮、反復(fù)測試熱膨脹問題。
該飛船另一大亮點(diǎn)是設(shè)計(jì)理念具有未來太空感，改變了以往載人飛船“重功能，輕設(shè)計(jì)，無美感”的通病，讓搭乘“載人龍”飛船變成一種太空享受。例如，雖然“載人龍”在外形上是一個傳統(tǒng)的鈍錐形彈道膠囊與一個鼻錐形帽設(shè)計(jì)，但它比“龍”貨運(yùn)飛船更苗條圓潤。飛船設(shè)計(jì)有4扇舷窗，大幅擴(kuò)展了航天員的視野。航天員出入飛船的進(jìn)出臂也設(shè)計(jì)得很現(xiàn)代、很科幻。
其內(nèi)部設(shè)計(jì)簡潔，與特斯拉電動汽車內(nèi)部設(shè)計(jì)很相似。整個乘員艙看起來就像是一輛豪華的轎車，一共有7個褐色真皮斗式座椅，上層4個，下層3個，它們采用碳纖維和阿爾坎塔拉織物材料。為了多帶東西，也可以變成4座。其運(yùn)貨空間位于飛船尾部，最多能容納14立方米的貨物。如果不搭載7名航天員，還可以加載等量的貨物。
該飛船既可與“國際空間站”自動對接，也能在航天員的手動控制下完成對接，而無需“國際空間站”的機(jī)械臂協(xié)助。這意味著“載人龍”采用了更新的測控設(shè)備，能達(dá)到更高的控制精度。
由于飛船底部主熱防護(hù)系統(tǒng)采用了第三代PICA-X改進(jìn)型酚醛浸漬碳燒蝕材料，所以飛船再入大氣層時可承受多次高溫?zé)g而不呈現(xiàn)嚴(yán)重退化，使航天員在重返大氣層時能得到更好的保護(hù)，也有利于乘員艙多次使用，提高了飛船的重復(fù)使用能力，因此有著很好的經(jīng)濟(jì)性。它在執(zhí)行月球或火星飛行任務(wù)時也無需任何改動。
逃生不靠逃逸塔
“載人龍”最大的特點(diǎn)是采用了首創(chuàng)的新型發(fā)射逃逸系統(tǒng)。如果在“獵鷹9號”發(fā)射“載人龍”的過程中火箭出現(xiàn)了故障，該載人飛船救生將不使用逃逸塔，而是利用自身裝配的超級天龍座發(fā)動機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)射逃逸(該發(fā)動機(jī)原計(jì)劃也可用于軟著陸，現(xiàn)取消)，這種集成式發(fā)射逃逸方案的好處是逃逸系統(tǒng)全程都在飛船上，讓其具備全程逃逸能力，讓“載人龍”飛船自己就具備逃逸能力;另外，由于避免了逃逸塔分離過程，簡化了整流罩，所以能提高乘員安全性;還有，該逃逸系統(tǒng)能重復(fù)使用。
具體來說就是在“載人龍”飛船4個側(cè)面分別裝備推進(jìn)器吊艙，每個吊艙配有2臺超級天龍座發(fā)動機(jī)。它仍采用冗余設(shè)計(jì)的理念，2臺一組，互為備份，每隔90°安裝一組。在這4組8臺發(fā)動機(jī)中，任何1臺出現(xiàn)故障都不會對飛船產(chǎn)生顯著影響。
每臺超級天龍座發(fā)動機(jī)的推力可達(dá)1.6萬磅(是“龍”貨運(yùn)飛船所用發(fā)動機(jī)的200倍)，8臺整合后的軸向推力達(dá)12萬磅。
不同于以往的發(fā)射逃逸系統(tǒng)，飛船在發(fā)射后的前幾秒才能彈射，如果“載人龍”在發(fā)射期間遇到危險，這8臺發(fā)動機(jī)便會立即啟動，將飛船推離“獵鷹9號”火箭，并送達(dá)安全地帶降落，即在上升階段的任何時刻都能逃逸。
乘員艙中部有一個標(biāo)有“EJECT”的大手柄，在需要緊急逃離的情況下，航天員旋轉(zhuǎn)并拉動手柄，就會啟動飛船引擎逃離危險。
2020年1月19日，編號為C205.1的“載人龍”飛船，完成了“發(fā)射中逃逸試驗(yàn)”，為“載人龍”首次真人秀做好最后、最關(guān)鍵的鋪墊。
馬斯克或許也要乘坐“載人龍”
“載人龍”飛船曾打算采用被稱為“21世紀(jì)太空飛船的著陸方式”，即用超級天龍座逃逸發(fā)動機(jī)提供緩沖推力，進(jìn)行懸?？刂?，加上四條可伸縮的沖擊減震著陸支腿。這樣可使飛船像直升機(jī)一樣準(zhǔn)確地在陸地著陸場進(jìn)行定點(diǎn)軟著陸，而且在緊急情況下仍能使用降落傘在海洋中降落。這不僅使飛船著陸更方便，還有助于重復(fù)使用，從而降低發(fā)射成本。不過，此方案已暫停研發(fā)，目前仍采用傳統(tǒng)的水上著陸方式，因?yàn)檫@樣更穩(wěn)妥。它安裝了2個引導(dǎo)傘和4個主減速傘，采用降落傘減速-水面濺落的方式精確回收。
為了確保安全，“載人龍”先后進(jìn)行了多次高空傘降試驗(yàn)，只有一次因故障而失敗。
2019年3月，一艘無人駕駛的“載人龍”飛船自動與“國際空間站”對接，成功進(jìn)行了首次無人測試飛行，圓滿完成了驗(yàn)證-1任務(wù)。但當(dāng)時“載人龍”內(nèi)沒有載人，也沒有安裝顯示和控制模塊，所以內(nèi)部顯得不夠完整。
而承擔(dān)同樣商業(yè)載人航天運(yùn)輸任務(wù)的波音公司就露怯了。其“星際航船”在2019年12月進(jìn)行首次無人測試飛行時出現(xiàn)了“紕漏”，沒能與“國際空間站”對接。目前，波音公司正在計(jì)劃進(jìn)行自費(fèi)第二次無人駕駛試飛，但尚未確定具體時間，他們希望在2021年之前向“國際空間站”發(fā)射載人的“星際航船”。
本次試飛任務(wù)代號為驗(yàn)證-2，其中航天員赫利負(fù)責(zé)發(fā)射、著陸和回收工作，貝肯負(fù)責(zé)交會、對接和解除對接以及飛船與空間站處于對接狀態(tài)期間的各項(xiàng)工作。
這次任務(wù)時間到底有多長目前還不能確定，因?yàn)槔显谧?。從最?天短暫試飛任務(wù)升級為正式任務(wù)(30-119天)，一個月到四個月都有可能。美國航空航天局至今仍沒有給出最后時限，左右為難。因?yàn)橐环矫骘w船要受“載人龍”半包圍體裝式太陽能電池板的使用壽命限制，這種曲面電池板的突出缺點(diǎn)是會因受熱不均有可能造成電池性能衰減，從而影響整個飛船停靠空間站的時間;另一方面，由于“國際空間站”目前只有一名美國航天員，但要完成的任務(wù)很多，所以美國航空航天局希望新上去的2名航天員(都是航天“老司機(jī)”)在“國際空間站”里多工作一段時間，幫助完成一些復(fù)雜的出艙作業(yè)任務(wù)。
按計(jì)劃，從今年5月開始發(fā)射的“載人龍”飛船的艙位費(fèi)只有5500萬美元(也有稱2200萬美元)，波音公司的“星際航船”飛船的艙位費(fèi)近7000萬美元，俄羅斯“聯(lián)盟”飛船的艙位費(fèi)已破紀(jì)錄地高達(dá)9000萬美元(15年間幾乎飆升了400%)。太空探索技術(shù)公司老板馬斯克稱，三四年內(nèi)自己或許乘坐“載人龍”飛船去“國際空間站”。
美國商業(yè)載人航天計(jì)劃采用官方發(fā)包、發(fā)射商承包的商業(yè)模式，它將為美國航空航天局節(jié)省大約200億-300億美元。所以這次任務(wù)如果成功，不僅意味著美國重啟載人航天關(guān)鍵一發(fā)，也是開啟商業(yè)載人航天一個新時代。
