“载人龙”首次上天,执行不载人试飞任务

“猎鹰”9火箭携带“载人龙”飞船升空

据航小宇处报道:太空探索公司载人用的“载人龙”飞船3月2日由“猎鹰”9火箭从卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心发射升空,执行首次不载人验证飞行任务,任务代号“验证”1。火箭于美国东部时间2时49分03秒(北京时间15时49分03秒)点火起飞,11分钟后船箭成功分离。按照计划,飞船将在约27小时后飞抵国际空间站并实施自动对接,拟在3月8日离站返航,并借助降落伞在海上溅落,由新改装的一艘回收船进行回收。

这是美国航天飞机退役后卡纳维拉尔角首次发射按载人标准来设计的航天器。此次上天的飞船上装有204公斤补给物资和设备。同“重型猎鹰”去年2月首飞时所载的那辆红色电动跑车上坐着一位“星侠”一样,这艘飞船上也坐着一位身着太空探索公司时尚的黑白色航天服的形体假人。但同一路上无所事事的“星侠”不同,这个高科技假人身上布满了传感器,将测量人体反应和船内环境。“她”名叫里普利(1979年影片《异形》中的女主角),但专业叫法是“拟人化测试设备”(ATD),或者叫碰撞试验假人。太空探索公司官员更喜欢称其为“智能人”(smarty),而不是“假人”(dummy)。

船内坐着一位假人

执行本次发射任务的“猎鹰”9火箭为一枚新造的5型箭,第一级编号为B1051。与以往发射“龙”货运飞船时在陆上回收不同,第一级随后在海上着陆平台上进行了着陆回收。这是因为所载飞船很重(实际上,“载人龙”是太空探索公司迄今发射过的最重的有效载荷),而发射弹道又是按在出事故时能让船上乘组更安全地逃生来设计的,从而使一级火箭留不下足够其一路飞回卡角陆上着陆区的推进剂储备。太空探索公司自2015年12月以来已成功进行了35次一级助推器着陆回收,其中23次是落在海上平台上,12次为陆上回收。

火箭转场

5型箭针对载人要求进行了一些改进,包括采用重新设计的复合材料高压氦瓶,亦即复合材料缠绕压力容器(COPV)。调查认定,原有的氦瓶设计是导致“猎鹰”9火箭2016年在发射台上加注时发生爆炸的一个因素(缠绕在一起的复合材料纤维在加压时会有断裂,由此可能会产生热量,而若在氧环境下产生足够的热量,它们就会成为点火源)。2015年“猎鹰”9的一次“龙”货运飞船发射失败也同氦增压系统有关(当时氧箱内用于固定氦瓶的一根支杆失效)。NASA要求太空探索公司在用“猎鹰”9执行载人任务之前先采用2.0版COPV发射7次。新氦瓶去年11月首次用到第二级上,12月份又开始用在第一级上。

火箭和飞船矗立在发射台上

这次试飞最早定于2016年12月进行,后被屡度推迟。此次试飞的目的是对飞船各系统进行考核,包括生保、推进、电力、导航和安全技术,以为接下来代号为“验证”2的载人试飞做准备。如一切顺利,载人试飞最快在7月份就会进行,届时将把两名NASA宇航员送往国际空间站。但有知情者称那次试飞很可能会推迟。NASA将在上述试飞完成后就用“载人龙”正式执行空间站人员轮换任务进行认证。正式飞行有可能会在年内启动。

另外,太空探索公司还打算在“验证”1和“验证”2任务之间进行一次飞行中中止试验,拟用的正是将在完成此次不载人试飞后在海上回收的这艘飞船。试验中,经过翻修和重新加注的飞船将在起飞后利用其中止系统同“猎鹰”9火箭脱离,以验证船上逃逸用推力器能够在火箭升空后出问题时带飞船离开。

太空探索公司创始人和首执马斯克1月初提醒说,由于有很多新设备,初期试飞“格外危险”。

太空探索公司2014年同NASA签署了26亿美元的一项合同,以利用“载人龙”飞船和“猎鹰”9火箭开展国际空间站人员往返运输任务。合同涵盖2次试飞和6次正式的机组轮换飞行。波音也签有这样一项合同,合同额为42亿美元,将采用的是联合发射联盟公司的宇宙神5火箭和称为CST-100“星际客机”的飞船。波音的不载人试飞暂定在4月份进行,载人试飞则安排在8月份。NASA过去10年在商业载人运输项目上投给太空探索公司和波音的经费总额分别高达31.4亿美元和48.2亿美元。

这两家公司肩负着恢复用美国火箭从美国本土送美国人上天能力的重任。自航天飞机2011年7月退役以来,美国宇航员往返国际空间站的飞行就一直在依赖俄罗斯的联盟号火箭和同名载人飞船。美方已订座的最后一次联盟号飞行定于7月份发射。为防范商业载人飞船项目出现进一步推迟,NASA正在研究再购买2个联盟号座位的选项,其中一个拟在今年秋天使用,另一个将在明年春发射。

不过,即使在太空探索公司和波音的飞船启用后,美国也不会因此就不再乘用联盟号飞船。美俄双方有意届时互派宇航员乘用对方的飞船,也就是组成混编机组。这样做一来可互为备份,防止因事故等原因导致人员运输中断,另一方面也有助于保证由俄方和美方两部分组成的国际空间站的持续运行。按照运行要求,由于双方的舱段存在很大差异,站上最好随时都有美方和俄方宇航员同时驻守。

“载人龙”又称“龙”2,是太空探索公司用来承担NASA空间站货运补给任务的现役“龙”货运飞船的升级型号。现役货运型号已飞过18次,包括一次发射失败和两次试飞。虽然设计上有所继承,但“载人龙”基本上是一种新飞船。飞船高8.1米(含躯干段),底部直径3.7米,与空间站对接时重量约12吨,最多可乘7人(执行NASA任务时乘4人,外加货物)。若与国际空间站对接,飞船至少可留轨210天。

“载人龙”飞船

 “载人龙”与现役货运型号的一大不同是增设了8台“超级天龙座”推力器,每台推力71千牛,用于为发射中止系统提供动力,以在发射出问题时把飞船带到安全距离以外。飞船还配备了生保系统和其它与乘客相关的重要装备,并开设了舷窗。飞船内部设计时尚,配备类似于平板电脑、可向下翻转到真皮座椅前方的大型触屏式电脑显示屏。除人员运输外,太空探索公司从NASA拿到的第二份“商业补给服务”(CRS)合同下的至少6次货运补给任务也将采用“龙”2型飞船。届时现役货运型号将宣告退役。

同很多飞船一样,现役货运用“龙”飞船依靠上天后展开的太阳能帆板来供电。与此不同,“载人龙”的太阳能电池片敷设在飞船的筒形躯干段上,据称好处是可免去帆板展开这一危险环节,且发电效能也更高,而不像传统帆板那样必须调整好光照角度。躯干段还设有散热器,以使温度保持在限定值以内。另外,与现役货运型号要利用站上机械臂停靠到空间站上不同,“载人龙”将能自主实现对接,需要时也可由驾驶员手控操纵实现停靠。

NASA主管载人探测与运行的副局长格斯顿梅尔2月22日在射前飞行准备评审会上称,“载人龙”近期需解决的一个问题是俄方对将控制飞船最终接近空间站的计算机制导和安全系统的担忧。他说,欧洲、日本和俄罗斯与空间站交会的飞船通常都装有能在计算机出现可能导致船站相撞的重大故障时中断接近过程,而“载人龙”靠的是在主计算机系统中做冗余配置。他说,他已安排对故障探测与响应做更严格的分析研究,以确保计算机能万无一失,保证不出现飞船陷入死机状态并径直继续靠近和撞向空间站的局面。格斯顿梅尔说,对于载人航天器研制项目来说,在这个阶段仍存在这样的技术性问题并不鲜见。

NASA国际空间站计划副经理蒙塔尔巴纳说,美方同意了俄方提出的方案,包括在飞船接近时关闭站内各道舱门,并让站上三名宇航员做好躲到联盟号飞船内的准备,以防飞船因软件失效撞到空间站。关闭舱门有助于宇航员在相撞时迅速隔绝空气泄漏。不过,蒙塔尔巴纳说,出现这种局面的可能性“极小”。太空探索公司主管制造与飞行可靠性的副总裁凯尼格斯曼解释说,与货运型“龙”飞船从下方靠近空间站并最终由站上机械臂捕获不同,“载人龙”将从空间站前方沿速度矢量方向驶近并最终实现对接。他说,“载人龙”在接近过程中得要主动加速和减速,而货运型号如果不干预的话会慢慢地与空间站渐行渐远。

“载人龙”新对外披露的另一个问题是其“天龙座”推力器在热真空试验中暴露出在使用环境下温度会变得过低。为避免出现低温,“验证”1任务做了调整,包括射后一天就驶向空间站。NASA商业载人运输项目经理利德斯说,推力器的推进剂管路最终将增设加热器,使之在“验证”2任务时不再成为问题。

太空探索公司曾打算让“载人龙”飞船在投入使用后择机从海上溅落方式过渡到在陆地平台上实施“推进式”着陆的方式。推进式着陆拟利用主要用于发射中止的“超级天龙座”推力器。但该公司后来放弃了这一打算,称对这种方式的安全性进行鉴定工作量太大,尤其是对于人员运输来说。放弃推进式着陆技术也让太空探索公司原打算开展的“红龙”任务失去了可能。“红龙”任务原拟让“龙”2型飞船在火星表面上着陆。

本次发射所用的肯尼迪航天中心第39A号发射台曾用于发射阿波罗登月飞船和航天飞机。太空探索公司对其进行了改造,以用于发射“猎鹰”9和“重鹰”,尤其是承担“猎鹰”9的载人发射任务。改造工作包括加装了供宇航员登船用的“乘员进入臂”。