首次載人試飛任務(wù)的SpaceX龍飛船成功濺落在大西洋面上，標(biāo)志著世界商業(yè)載人航天新時代的開始。
視頻：SpaceX龍飛船從國際空間站返回順利入海 實拍著陸精彩瞬間，時長約3分12秒
騰訊太空 文/喬輝
北京時間2020年8月3日凌晨2點53分左右，執(zhí)行首次載人試飛任務(wù)的SpaceX龍飛船成功濺落在大西洋面上，標(biāo)志著世界商業(yè)載人航天新時代的開始。
圖注：在四個減速傘的作用下，龍飛船緩緩降落在洋面上。
本次試飛主要是為了對載人龍飛船進(jìn)行各項驗證，通過評估之后，龍飛船將正式執(zhí)行NASA與SpaceX簽訂的“商業(yè)載人項目”（Commercial Crew Program ），預(yù)計首次正式載人飛行將在今年9月份進(jìn)行，屆時將有四名宇航員飛赴國際空間站。
一、龍飛船返回地球的步驟有哪些？
1、宇航員進(jìn)入龍飛船，飛 船艙門關(guān)閉。
6、龍飛船頂部的天龍座發(fā)動機(jī)點燃，進(jìn)行脫軌制動。
8、龍飛船開始進(jìn)入大氣層，利用氣動減速。溫度可接近2000度。
9、在大約5.4公里的高度，兩個引導(dǎo)傘打開，把速度降低到560公里每小時。
10、在大約2公里的高度，四個主減速傘打開，把速度降低到190公里每小時。
二、龍飛船返回地球的最大難點是什么？
我們知道，龍飛船在距離地面400公里的高度上繞地球高速運動，速度大約7.66公里每秒，接近第一宇宙速度7.9公里每秒。
你想想看，龍飛船在400公里高度上以如此之快的速度運動，要想讓它穩(wěn)穩(wěn)降落在地球上將是一件多么困難的事情，這也是所有從太空返回地球的航天器要經(jīng)受的嚴(yán)峻考驗，尤其是載人返回，還是具有極高風(fēng)險的。
當(dāng)龍飛船脫離國際空間站后，首先摒棄服務(wù)艙，然后擇機(jī)進(jìn)行返回制動點火，在地球引力的作用下返回地球。
這里要簡單說一句，所謂的服務(wù)艙，SpaceX使用的是Trunk一詞，而不是Service module，但從作用上看有點類似于服務(wù)艙，目前尚無統(tǒng)一的翻譯。龍飛船的服務(wù)艙是非加壓的，可以搭載對氣壓不敏感的貨物。
在飛船返回地球的時候，首先要靠飛船自身的氣動阻力減速，這就要求其切入地球大氣的角度非常重要。如果飛船進(jìn)入地球大氣層時的角度過小，有可能像打水漂一樣重新彈回太空；如果進(jìn)入地球大氣層的角度過大，有被燒毀的可能，這種情況非常可怕。
圖注：龍飛船進(jìn)入地球大氣層，峰值溫度可接近2000度（ 藝術(shù)圖）
在飛船進(jìn)入地球大氣層后，由于強(qiáng)烈壓縮其前面的空氣，造成溫度急劇升高，溫度接近2000度，也就是說，飛船被一層高溫的等離子體包圍著。等離子體有一個特性， 能夠屏蔽電磁波，這就造成了飛船與地面控制人員無法進(jìn)行通訊，這種情況可持續(xù)6到7分鐘，通常比喻為黑色恐怖的7分鐘。
圖注：明年，我國“天問一號”火星探測器進(jìn)入火星大氣層時的情景（藝術(shù)圖）。
當(dāng)我國“天問一號”著巡器明年初在火星上降落時，也會同樣經(jīng)歷恐怖的黑障時間。目前，人類對黑障時間仍無解，只能祈求多福了。
三、兩位宇航員是誰？去國際空間站干了啥？
圖注：羅伯特L貝恩肯（Robert L. Behnken）和道格拉斯G赫爾利（Douglas G. Hurley）（左）在龍飛船內(nèi)部。
參加本次試飛的兩位宇航員是：道格拉斯G赫爾利（Douglas G. Hurley）和羅伯特L貝恩肯（Robert L. Behnken），分別出生于1966年和1970年。
他們都是曾經(jīng)三次進(jìn)入 過太空，而且還都是執(zhí)行過航天飛機(jī)任務(wù)的老手。其中，赫爾利在太空中有超過683個小時的經(jīng)驗，還執(zhí)行過2011年7月最后一次航天飛機(jī)任務(wù)（代號：STS-135）。
貝恩肯作為航天飛機(jī)任務(wù)專家，曾先后執(zhí)行2008年的（STS-123）和2010年的（STS-130）任務(wù)，累計在太空飛行時間超過708小時，其中包括37小時的太空行走時間。
這次在國際空間站期間 ，貝恩肯也沒閑著，他和另一位在國際空間站上的美國宇航員Chris Cassidy一起進(jìn)行了四次太空行走，為國際空間站更換了6塊鋰離子電池，替換了老化的鎳氫電池，這些鋰離子電池是此前由日本貨運飛船運送來的。
其實，作為一次試飛，并沒有安排太多任務(wù)，只要能平安返回地球， 就是最大的成功。
四、太空中的最大建筑物：國際空間站
國際空間站總質(zhì)量達(dá)420噸，長109米，寬73米，是目前太空中的最大建筑物。運行在距離地面大約400公里的近地軌道上，速度為每秒7.6公里。
國際空間站是一個擁有現(xiàn)代化科研設(shè)備、可開展大規(guī)模、多學(xué)科基礎(chǔ)和應(yīng)用科學(xué)研究的空間實驗室，為在微重力環(huán)境下開展科學(xué)實驗研究提供了大量實驗載荷和資源，支持人在地球軌道長期駐留。
國際空間站項目由16個國家共同建造、運行和使用，是有史以來規(guī)模最大、耗時最長且涉及國家最多的空間國際合作項目。自1998年正式建站以來，經(jīng)過十多年的建設(shè)，于2010年完成建造任務(wù)轉(zhuǎn)入全面使用階段。
目前，國際空間站主要由美國宇航局、俄羅斯國家航天集團(tuán)、歐洲航天局、日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)和加拿大空間局共同運營。
五、龍飛船具備自動對接能力和全程逃逸能力
此前 ，我們已經(jīng)了解，載人龍飛船屬于SpaceX研制的第二代龍飛船（Dragon 2），具備可重復(fù)使用的能力。第二 代龍飛船可分為載人龍飛船和貨運龍飛船兩種，其前身是第一代貨運龍飛船（Dragon 1）。新飛船可以自動 與空間站完成對接，而不像第一代飛船那樣，需要借助空間站上的機(jī)械臂的幫助。當(dāng)然，載人龍飛船也保留 了人工對接的選項。
本次使用的載人龍飛船，直徑4米，高8.1米，最多可搭載7位宇航員，這與航天飛機(jī)搭載的宇航員數(shù)量相同，也與我國今年5月5日測試的“新一代載人飛船”設(shè)計上能夠搭載的宇航員數(shù)量相同。
載人龍飛船集成有8個推力強(qiáng)大的“超級天龍座”火箭，火箭兩兩分組，安裝在飛船的側(cè)壁，作為逃生使用，每個發(fā)動機(jī)的推力可達(dá)71千牛，換算成大家有直觀感覺的表示方式就是相當(dāng) 于7.1噸的推力。此外，還裝有16個推力相對較小的“天龍座”發(fā)動機(jī)噴口，用于姿態(tài)控制和軌道機(jī)動。
圖注：2020年1月19日， SpaceX成功進(jìn)行了“飛行中止測試”試驗。
熟悉載人航天的朋友，可能會留意到，無論是阿波羅登月火箭，還是我國的長征2F載人運載火箭，在火箭頂部都有個逃逸塔。逃逸塔的作用就是在火箭發(fā)射起始階段，如果發(fā)生意外，可以啟動逃逸塔火箭，把飛船帶離到安全的高度，然后著陸。如果發(fā)射一切順利，等火箭飛到一定的高度，逃逸塔會分離，然后丟棄。而載人版龍飛船相當(dāng)于把逃逸塔集成在船身上，這樣做有什么好處呢？
這種方式能夠使飛船具備“全程逃逸”的能力！也就是說，在飛船飛行的任何階段出問題， 都具備逃生能力，而逃逸塔只能保證火箭發(fā)射初始階段的逃生。這也是未來載人飛船逃逸的新方式。
六、龍飛船未來的載人飛行計劃
按目前的計劃，龍飛船的第一次正式飛行（SpaceX Crew-1）將安排在2020年9月份，屆時將有四名宇航員搭乘龍飛船飛赴國際空間站，他們在那里將停留6個月。
圖注：龍飛船的第一次正式飛行（SpaceX Crew-1）將安 排在2020年9月份，屆時將有四名宇航員搭乘龍飛船飛赴國際空間站。
如果一切按計劃進(jìn)行，2021年上半年還將安排第二次正式飛行（SpaceX Crew-2），那次飛行將使用本次載人測試飛行的這艘龍飛船。
七、為什么美國急切恢復(fù) 載人航天能力？
眾所周知，美國在1969年就完成了人類首次登月，代表人類踏上了另一顆星球。阿波羅期間，總共完成7次載人登月發(fā)射，其中6次成功把12名宇航員送到月球。唯一的阿波羅13號雖然沒有成功，但3名宇航員毫發(fā)無損返回地球。
圖注：1986年挑戰(zhàn)者號航天飛機(jī)升空后爆 炸。
圖注：2003年哥倫比亞號 航天飛機(jī)空中解體（藝術(shù)圖）。
1981年，美國又成功發(fā)射了第一架航天飛機(jī)“哥倫比亞”號，一次就能把7名宇航員送上近地軌道。美國總共建造了5架航天飛機(jī)，強(qiáng)大的運輸能力為建設(shè)國際空間站立下了汗馬功勞！
但遺憾的是，挑戰(zhàn)者號航天飛 機(jī)和哥倫比亞號航天飛機(jī)分別在發(fā)射和返回時發(fā)生了事故，導(dǎo)致總共14名宇航員罹難。5架航天飛機(jī)失去了2 架，真是非常慘。其中的故事想必大家都已非常了解，特別是1986年挑戰(zhàn)者號航天飛機(jī)爆炸的事件早已經(jīng)編 入了教科書，這里就不多贅述了。
圖注：阿特蘭蒂斯號航天飛機(jī)的返回標(biāo)志著航天飛機(jī)時代 的謝幕。
2011年7月21日，隨著阿特蘭蒂斯號航天飛機(jī)在肯尼迪航天中心的降落，整個航天飛機(jī)全部停飛，從此，強(qiáng)大的美國失去了載人航天的能力。
今后飛國際空間站咋辦呢？這時，昔日的宿敵俄羅斯伸出了橄欖枝，俄羅斯有成熟可靠的載人“聯(lián)盟”飛船。當(dāng)然，這可不是免費的午餐。
圖注：俄羅斯的聯(lián)盟號飛船發(fā)射。
據(jù)說，剛開始的費用是每位宇航員2000多萬美元，最近NASA購買的2020年秋天發(fā)射的一個座位，價格已經(jīng)暴漲到了9000多萬美元。據(jù)統(tǒng)計，自從航天飛機(jī)停飛以來，NASA已向俄羅斯累計支付超過35億美元。
因此，NASA非常希望包括SpaceX在內(nèi)的國內(nèi)私營企業(yè)能夠挑起大梁，讓美國再次獲得在本土發(fā)射載人飛船的能力。
八、NASA商業(yè)載人項目還有哪個公司參加？
圖注：SpaceX的龍飛船和波音的星際航班飛船與國際空間 站（藝術(shù)圖）
2014年9月，NASA選定SpaceX和波音公司參加商業(yè)載人項目，分別獲得26億美元和42億美元的資助。波音公司制造了“星際航班”（Starliner）飛船運送宇航員， 但總體上進(jìn)度稍落后于SpaceX。下面我們來簡單比較一下星際航班飛船與龍飛船有何異同：
1、容量相同：這兩個飛船具有相似的設(shè)計功能——每個飛船最多可以容納七 個人。
2、發(fā)射火箭不同：星際航班是用聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司（波音和洛克希德馬丁公司的合資企業(yè)）的宇宙神五火箭發(fā)射升空。SpaceX公司正在使用自己的火箭獵鷹9號發(fā)射載人版龍飛船。
3、返回場地不同：星際航班選擇通過氣囊輔助傘陸地降落； 龍飛船是在海上降落。
4、價格不同：SpaceX的發(fā)射更便宜。NASA監(jiān)察長11月發(fā)布的一份報告指出，SpaceX公司載人飛船的每個座位發(fā)射成本約為5500萬美元，波音公司為9000 萬美元。從價格上看，購買波音公司座位的費用和購買俄羅斯聯(lián)盟飛船差不多，但畢竟波音是美國自己的公司，這點比較重要。
圖注：2019年12月，波音的星際航班飛船在沙漠降落場降 落。
2019年12月20日，波音進(jìn)行了一次星際航班飛船無人發(fā)射，目標(biāo)是與國際空間站對接。在飛行中，船箭分離正常。但令人遺憾的是，由于飛船在入軌機(jī)動過程中燃料消耗比預(yù)期要多，與國際空間站交匯失之交臂，兩天后成功返回地球。
根據(jù)計劃，2020年10月份，波音將再補一次星際航班飛船的無人測試發(fā)射，目標(biāo)仍然是國際空間站。如果通過將 來這次測試，2021年將進(jìn)行首次載人發(fā)射。
九、首次載人龍 飛船時間線
北京時間5月31日3點22分：從佛羅里達(dá)卡納維拉爾角航天中心發(fā)射升空。
升空后1分鐘：火箭達(dá)到最大氣動壓力。
升空后2分40秒：一級火箭分離，同時二級火箭點火。
升空后8分50秒：二級火箭熄火。
升空 后9分31秒：一級火箭降落在大洋漂浮平臺上。
升空后12分08秒：龍飛船與二級火箭分離，開始追逐國際空間站。
升空后19小時05分：龍飛船與國際空間站對接成功。
升空后21小時39分：對接艙蓋打開。
圖注：國際空間站上的三位宇航員與龍飛船上的兩位宇航員（黑色上衣）相聚時的情景。
升空后21小時59分：赫爾利和貝恩肯進(jìn)入國際空間站。
升空后27天：第一次太空行走。
升空 后32天：第二次太空行走。
升空后47天：第三次太空行走。
升空后52天：第四次太空行走。
升空 后63天：龍飛船脫離國際空間站。
升空后64天：龍飛船返回地球，濺落在大西洋洋面。
十、龍飛船首次載人試驗飛行的意義是什么？
本次是NASA與SpaceX簽訂的“商業(yè)載人項 目”（Commercial Crew Program）的組成部分。意義至少可以從三個層面來理解：
第一個層面，對于SpaceX公司來講，重要性毋庸置疑，本次試驗飛行是該公司的首次載人發(fā)射，成功就意味著拿到了商業(yè)載人航天的入場券，未來前景無可限量；
第二個層面，對于美國和NASA來講，意味著自從2011年航天飛機(jī)退役以來，再次恢復(fù)載人航天能力；
第三個層面，對于整個世界商業(yè)航天來講，意味著揭開了商業(yè)載人航天的帷幕，商業(yè)航天走進(jìn)新時代。
圖注：未來SpaceX星艦飛船在火星上起降（藝術(shù)圖）
探索和開發(fā)外太空是人類的共同愿望。今年，阿聯(lián)酋的“希望”號火星探測器，我國的“天問一號”火星探測器和美國的“毅力號”火星車相繼發(fā)射，目前正在飛往火星的漫漫旅途中。
對于SpaceX創(chuàng)始人馬斯克來講，載人登陸火星也是他的終極夢想，本次載人發(fā)射和成功返回也將促進(jìn)夢想的早日實現(xiàn)。
