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創造歷史!載人飛船返地球 一文讀懂十大細節

首次載人試飛任務的SpaceX龍飛船成功濺落在大西洋面上,標誌著世界商業載人航天新時代的開始。。

視頻:SpaceX龍飛船從國際太空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,SpaceX載人龍飛船成功濺落在大西洋面上,這是龍飛船首次執行載人飛行任務,這也標誌著世界商業載人航天新時代的開始。(註:在海洋上的降落稱為「濺落」,對應英文splashdown)。

圖註: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行各項驗證,通過評估之後,龍飛船將正式執行NASA與SpaceX簽訂的「商業載人項目」(Commercial Crew Program),預計首次正式載人飛行將在今年9月份進行,屆時將有四名太空飛行員飛赴國際太空站。

圖註:龍飛船被打撈到救援船甲板上。一、龍飛船返回地球的步驟有哪些?

1、太空飛行員進入龍飛船,飛船艙門關閉。

2、國際太空站上的艙門關閉。

3、龍飛船自動脫離國際太空站。

4、龍飛船調整飛行軌道。

5、龍飛船丟棄服務艙。

6、龍飛船頂部的天龍座發動機點燃,進行脫軌制動。

7、龍飛船的鼻錐蓋關閉。

8、龍飛船開始進入大氣層,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。

11、飛船濺落到海洋上,等待救援隊到來。二、龍飛船返回地球的最大難點是什麼?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,要想讓它穩穩降落在地球上將是一件多麼困難的事情,這也是所有從太空返回地球的太空飛行器要經受的嚴峻考驗,尤其是載人返回,還是具有極高風險的。當龍飛船脫離國際太空站後,首先摒棄服務艙,然後擇機進行返回制動點火,在地球引力的作用下返回地球。這裡要簡單說一句,所謂的服務艙,SpaceX使用的是Trunk一詞,而不是Service module,但從作用上看有點類似於服務艙,目前尚無統一的翻譯。龍飛船的服務艙是非加壓的,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。

圖註:龍飛船進入地球大氣層,峰值溫度可接近2000度(藝術圖)在飛船進入地球大氣層後,由於強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行通訊,這種情況可持續6到7分鐘,通常比喻為黑色恐怖的7分鐘。

目前,人類對黑障時間仍無解,只能祈求多福了。三、兩位太空飛行員是誰?去國際太空站幹了啥?

圖註:羅伯特L貝恩肯(Robert L. Behnken)和道格拉斯G赫爾利(Douglas G. Hurley)(左)在龍飛船內部。參加本次試飛的兩位太空飛行員是:道格拉斯G赫爾利(Douglas G. Hurley)和羅伯特L貝恩肯(Robert L. Behnken),分別出生於1966年和1970年。他們都是曾經三次進入過太空,而且還都是執行過太空梭任務的老手。其中,赫爾利在太空中有超過683個小時的經驗,還執行過2011年7月最後一次太空梭任務(代號:STS-135)。貝恩肯作為太空梭任務專家,曾先後執行2008年的(STS-123)和2010年的(STS-130)任務,累計在太空飛行時間超過708小時,其中包括37小時的太空漫步時間。這次在國際太空站期間,貝恩肯也沒閒著,他和另一位在國際太空站上的美國太空飛行員Chris Cassidy一起進行了四次太空漫步,為國際太空站更換了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,並沒有安排太多任務,只要能平安返回地球,就是最大的成功。四、太空中的最大建築物:國際太空站

國際太空站總質量達420噸,長109米,寬73米,是目前太空中的最大建築物。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。國際太空站是一個擁有現代化科研設備、可開展大規模、多學科基礎和應用科學研究的空間實驗室,為在微重力環境下開展科學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。國際太空站項目由16個國家共同建造、運行和使用,是有史以來規模最大、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,經過十多年的建設,於2010年完成建造任務轉入全面使用階段。目前,國際太空站主要由美國宇航局、俄羅斯國家航天集團、歐洲航天局、日本宇宙航空研究開發機構和加拿大空間局共同營運。五、龍飛船具備自動對接能力和全程逃逸能力此前,我們已經了解,載人龍飛船屬於SpaceX研製的第二代龍飛船(Dragon2),具備可重複使用的能力。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(Dragon1)。新飛船可以自動與太空站完成對接,而不像第一代飛船那樣,需要藉助太空站上的機械臂的幫助。當然,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位太空飛行員,這與太空梭搭載的太空飛行員數量相同,也與我國今年5月5日測試的「新一代載人飛船」設計上能夠搭載的太空飛行員數量相同。載人龍飛船集成有8個推力強大的「超級天龍座」火箭,火箭兩兩分組,安裝在飛船的側壁,作為逃生使用,每個發動機的推力可達71千牛,換算成大家有直觀感覺的表示方式就是相當於7.1噸的推力。此外,還裝有16個推力相對較小的「天龍座」發動機噴口,用於姿態控制和軌道機動。

圖註:2020年1月19日, SpaceX成功進行了「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射起始階段,如果發生意外,可以啟動逃逸塔火箭,把飛船帶離到安全的高度,然後著陸。如果發射一切順利,等火箭飛到一定的高度,逃逸塔會分離,然後丟棄。而載人版龍飛船相當於把逃逸塔集成在船身上,這樣做有什麼好處呢?

責任編輯: 寧成月  來源:騰訊科技 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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