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专家揭秘:时隔九年再上天的美国载人飞船

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在履历了9年空窗期后,美国方案于北京时间5月28日4时33分,用太空摸索手艺公司研造的全新“猎鹰9号”火箭,把载有罗伯特·贝肯和道格拉斯·赫利2名航天员的全新“载人龙”(Crew Dragon)飞船送上天。

专家揭秘:时隔九年再上天的美国载人飞船

新华社材料图

此次发射号称是自美航天飞机2011年7月施行最初一次使命以来,美国航天员初次从美国本土升空飞翔,也是太空摸索手艺公司成立18年以来初次载人使命,将使其成为汗青上第一家利用私家造造火箭和飞船将人类送入轨道的公司。我们聘请全国空间探测手艺首席科学传布专家庞之浩和您聊聊有关美国“载人龙”飞船的一些事儿。

问:“载人龙”飞船有什么根本特点?

答:“载人龙”飞船又叫第2代“龙”飞船,它具有可反复利用、乘员运输才能强、内部空间大和操做友好等特点,可以施行低成本、营业化的低地球轨道载人航天飞翔使命。

它和“龙”货运飞船一样,也用猎鹰9号火箭发射,都接纳两舱式设想,只不外“载人龙”是由乘员舱和非密封舱两部门构成的,内部增加了生命保障系统、座椅和控造面板等;而“龙”货运飞船是由货运舱和非密封舱两部门构成的。不接纳“联盟”载人飞船那种三舱段设想的长处是内部加压空间都集中在一个舱段内,可明显增加航天员的温馨度,搭乘的航天员也多。别的。乘员舱前还有一个庇护交会对接安装的前锥体。

为了确保“龙”飞船能快速从货运舱转换成乘员舱,除了乘员逃逸系统、生命保障系统和允许乘员操纵飞翔计算机控造船载控造系统等与载人有关的特设系统外,“载人龙”飞船的乘员舱和“龙”货运飞船的货舱在构造上几乎是不异的。

乘员舱用于运送乘员和加压货物;非密封舱照顾非加压货物。“载人龙”接纳更高级的碳纤维材量和阿尔坎塔拉面料,净重9.525吨,发射量量15吨,高8.1米,曲径4米,加压容积10立方米,非加压容积37立方米,上行载荷才能6000千克,下行载荷才能3000千克,处置烧毁物800千克。该飞船可独立飞翔工做7天,对接形态下能工做210天。

与“龙”货运飞船比拟,“载人龙”飞船有很多打破。例如,“载人龙”利用了新的超等天龙座策动机系统、触摸控造屏和更耐用的热防护层等浩瀚下一代航天器手艺,可包容7名航天员(目前俄罗斯“联盟”飞船只能搭载3人)。

它是一艘完全主动驾驶的宇宙飞船,能够实现全程主动化飞控,全主动对接空间站,全主动应急处置各项预案等,当然也能够切换到人工操控,同时同步遭到总部飞翔控造中心监控。它的信息化程度大幅进步。其操控台由3块可挪动的大型液晶触摸控造屏构成,它们是驾驶控造的关键,操做过程与利用iPad接近。那款飞船的操控和飞翔信息显示在3个面向批示官和驾驶员的大尺寸触摸屏上。触摸屏兼容航天服的手套。

触摸控造屏下方有若干物理按键,位于中央控造台上的人工按键是专为告急情况下施行关键使命利用,即若是触控屏呈现毛病,所有功用都可通过硬件控造来实现,“灭火”按键需要航天员按压物理按钮来操做。那种高度电子集成和平板显示降低了飞船操做难度,对航天员非常友好。

问:据说“载人龙”飞船打消了可展开太阳电池翼的设想,那是怎么回事儿?

答:“龙”货运飞船接纳可展开的太阳电池翼,而“载人龙”飞船的一大亮点是打消了可展开太阳电池翼的设想,而是接纳非加压舱半包抄体拆式太阳能电池板,那是一大立异。如许能够制止呈现电池翼展不开的毛病,并且比展开式太阳能电池翼利用率高,效能更好,无论哪个角度,只要有太阳光照,飞船就会吸收光辐射。当然,接纳那一手艺对成本和集成工艺要求甚高,除了太阳能电池板必需酿成曲面集成外,还需要稳重考虑、频频测试热膨胀问题。

该飞船另一大亮点是设想理念具有将来太空感,改动了以往载人飞船“重功用,轻设想,无美感”的通病,让搭乘“载人龙”飞船酿成一种太空享受。例如,固然“载人龙”在外形上是一个传统的钝锥形弹道胶囊与一个鼻锥形帽设想,但它比“龙”货运飞船更苗条圆润。飞船设想有4扇舷窗,大幅扩展了航天员的视野。航天员收支飞船的进出臂也设想得很现代、很科幻。

其内部设想简洁,与特斯拉电动汽车内部设想很类似。整个乘员舱看起来就像是一辆奢华的轿车,一共有7个褐色实皮斗式座椅,上层4个,下层3个,它们接纳碳纤维和阿尔坎塔拉织物质料。为了多带工具,也能够酿成4座。其运货空间位于飞船尾部,最多能包容14立方米的货物。若是不搭载7名航天员,还能够加载等量的货物。

该飞船既可与“国际空间站”主动对接,也能在航天员的手动控造下完成对接,而无需“国际空间站”的机械臂协助。那意味着“载人龙”接纳了更新的测控设备,能到达更高的控造精度。

因为飞船底部主热防护系统接纳了第三代PICA-X改良型酚醛浸渍碳烧蚀质料,所以飞船再入大气层时可接受屡次高温烧蚀而不呈现严峻退化,使航天员在重返大气层时能得到更好的庇护,也有利于乘员舱屡次利用,进步了飞船的反复利用才能,因而有着很好的经济性。它在施行月球或火星飞翔使命也无需任何改动。

问:据说“载人龙”的发射逃逸系统有立异,详细是怎么回事儿?

答:“载人龙”更大的特点是接纳了初创的新型发射逃逸系统。若是在“猎鹰9号”发射“载人龙”的过程中火箭呈现了毛病,该载人飞船救生将不利用逃逸塔,而是操纵本身拆配的超等天龙座策动机系统停止发射逃逸(该策动机原方案也可用于软着陆,现打消),那种集成式发射逃逸计划的益处是逃逸系统全程都在飞船上,让其具备全程逃逸才能,让“载人龙”飞船本身就具备逃逸才能;别的,因为制止了逃逸塔别离过程,简化了整流罩,所以能进步乘员平安性;还有,该逃逸系统能反复利用。

详细说来就是在“载人龙”飞船4个侧面别离配备推进器吊舱,每个吊舱配有2台超等天龙座策动机。它仍接纳冗余设想的理念,2台一组,互为备份,每隔90°安拆一组。在那4组8台策动机中,任何1台呈现毛病时都不会对飞船产生显著影响。

每台超等天龙座策动机的推力可达1.6万磅(是“龙”货运飞船所用策动机的200倍),8台整合后的轴向推力达12万磅。

差别于以往的发射逃逸系统,飞船在发射后的前几秒才气弹射,如“载人龙”在发射期间碰到危险,那8台策动机便会立即启动,将飞船推离猎鹰9号火箭,并抵达平安地带下降,即在上升阶段的任何时刻都能逃逸。

乘员舱中部有一个标有“EJECT”的大手柄,在需要告急逃离的情况下,航天员扭转并拉脱手柄,就会启动飞船引擎逃离危险。

2020年1月19日,编号为C205.1的“载人龙”飞船,完成了“发射中逃逸试验”,为“载人龙”初次实人秀做好最初、最关键的铺垫。

问:据说马斯克也要乘坐“载人龙”,通俗人花几钱能坐上“载人龙”?

答:“载人龙”飞船曾筹算接纳被称为“21世纪太空飞船的着陆体例”,即用超等天龙座逃逸策动机供给缓冲推力,停止悬停控造,加上四条可伸缩的冲击减震着陆收腿。如许可使飞船像曲升机一样准确地在陆地着陆场停止定点软着陆,并且在告急情况下仍能利用下降伞在海洋中下降。那不只使飞船着陆更便利,还有助于反复利用,从而降低发射成本。不外,此计划已暂停研发,目前仍接纳传统的水上着陆体例,因为如许更稳妥。它安拆了2个引导伞和4个主减速伞,接纳下降伞减速-水面溅落的体例切确收受接管。

为了确保平安,“载人龙”先后停止了屡次高空伞降试验,只要一次因毛病而失败。

2019年3月,一艘无人驾驶的“载人龙”飞船主动与“国际空间站”对接,胜利停止了初次无人测试飞翔,圆满完成了验证-1使命。但其时“载人龙”内没有载人,也没有安拆显示和控造模块,所以内部显得不敷完好。

承担同样贸易载人航天运输使命的波音公司就露怯了。其“星际航船”在2019年12月停止初次无人测试飞翔时呈现了“纰漏”,没能与“国际空间站”对接。目前,波音公司正在方案停止公费第二次无人驾驶试飞,但尚未确定详细时间,他们希望在2021年之前向“国际空间站”发射载人的“星际航船”。

本次试飞使命代号为验证-2,此中航天员赫利负责发射、着陆和收受接管工做,贝肯负责交会、对接息争除对接以及飞船与空间站处于对接形态期间的各项工做。

此次使命时间到底有多长目前还不克不及确定,因为老在变。从最后7天短暂试飞使命晋级为正式使命(30-119天),一个月到3个月都有可能。美国航空航天局至今仍没有给出最初时限,进退维谷。因为一方面飞船要受“载人龙”半包抄体拆式太阳能电池板的利用寿命限造,那种曲面电池板的凸起缺点是会因受热不均有可能形成电池性能衰减,从而影响整个飞船停靠空间站的时间;另一方面,因为“国际空间站”目前只要一名美国航天员,但要完成的使命良多,所以美国航空航天局希望新上去的2名航天员(都是航天“老司机”)在“国际空间站”里多工做一段时间,帮忙完成一些复杂的出舱功课使命。

按方案,从本年5月起头发射的“载人龙”飞船的舱位费只要5500万美圆(也有称2200万美圆),波音公司的“星际航船”飞船的舱位费近7000万美圆,俄罗斯“联盟”飞船的舱位费已破纪录地高达9000万美圆(15年间几乎飙升了400%)。太空摸索手艺公司老板马斯克称,三四年内本身或许乘坐“载人龙”飞船去“国际空间站”。

美国贸易载人航天方案接纳官方发包、发射商承包的贸易形式,它将为美国航空航天局节省大约200亿-300亿美圆。所以此次使命若是胜利,不只意味着美国重启载人航天关键一发,也是开启贸易载人航天一个新时代。

来源:北京日报客户端|记者 王鸿良

编纂:徐慧瑶

流程编纂:吴越

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