• SpaceX龙飞船进化之路

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      自航天飞机于2011年正式退役以来,美国便失去他们用了三十年的“太空客货两用车”。虽然俄罗斯的进步号货运飞船和联盟号载人飞船也能当个太空轿车”应急,但7600万美元一个座位还是过于昂贵。SpaceX的龙飞船便应运而生,并一路进化,最终货运载人两开花。

     

      第一代龙飞船

      连火箭都敢回收再利用的马斯克设计的龙飞船自然更加是可重复使用的,其名字翻译自中国人熟悉的“Dragon”,来自于美国的民谣歌曲《神龙帕夫》。

      第一代龙飞船是货运飞船,虽然不同于以往航天史上先人后货的发展规律(货运飞船一般用于应对空间站大规模运货的需求),但从技术发展的角度来看,显然无人货运飞船的研制技术难度更低。

      第一代龙飞船于2004年开始研发,研发之初便考虑了之后需要扩展的载人功能。2008SpaceX获得了NASA的第一个价值16亿的商业补给计划(CRS-1)合同,为国际空间站运送货物。当年和SpaceX一起拿到合同的还有轨道科学公司的天鹅座货运飞船。

      从2010128日第一艘龙飞船(C101)首次轨道试飞,到第一代绝版龙飞船(C112.3)谢幕,十年间共发射22次,20次成功入轨、1次试飞,1次失败。2015628日,猎鹰9号火箭发射失败,幸运的是编号C109的龙飞船在爆炸中幸存下来,安全海上溅落并回收。

      第一代龙飞船由两舱组成,位于前方的锥形加压舱用来运输一般物资,位于尾部的非加压舱用来运输安装在空间站外部的货物。第一代龙飞船能上行运送大约3吨的物资并带回2吨物资,货重比0.32。其直径为3.7米,而在它之前最经典的联盟号飞船、进步号飞船、神舟飞船由于要考虑铁路运输火箭的因素,直径都不超过2.5米。

      龙飞船从诞生之初就没有使用传统的宇航级元器件,而是使用了工业级的IntelX86双核处理器,虽然抗辐射和抗极端环境能力不强,但其运算能力更强、价格更便宜、集成度更高。Space X将芯片的风险通过系统的多重冗余设计来规避,在保证可靠性的同时,大幅降低了系统的成本。

     

      第二代货运龙飞船

      在第一代龙飞船发射成功之后,SpaceX公司很快就开始推进第二代载人龙飞船的研制,其中完整版是载人龙,货运龙则是其简化版。

      第二代货运龙飞船在载人龙飞船的基础上,去掉了座椅、手动驾驶控制系统、生命维持系统、发射中止系统、超级天龙座发动机,可以重复使用五次,上行3.3吨,下行2.5吨,货重比0.4

      从外观上来说,第二代货运龙比第一代更大,直径达到4米,货运装载体积多出20%,同时太阳能电池系统由展开式太阳翼改为体装。而从配置上来讲,第二代龙飞船皆可全自动直接对接空间站(第一代需要加拿大机械臂先捕获,再对接舱口),同时降落伞系统也得到了升级,返航时间也大大缩短,从一两天锐减到几个小时返回地面。

      目前第二代货运龙飞船已经成功执行了4次任务,第5次国际空间站补给任务CRS-25由于阀门故障,计划推迟至20227月发射。

     

      载人龙飞船

      载人龙飞船是第二代龙飞船的完整版本,2014SpaceX获得了NASA价值26亿美元的商业乘员计划合同,同时获得该合同的还有波音公司,其研发的是 CST-100 星际客机载人飞船,但是如今只有载人龙飞船能够使用。

      载人龙飞船可容纳 7 名宇航员,单论乘员数与航天飞机相当,远超目前国际空间站的主要交通工具俄罗斯联盟号(3人)。SpaceXNASA的报价为每个座位2300万美元,约为俄罗斯的三分之一。

      如今各国的新一代载人飞船均采用返回舱加服务舱的模式,而载人龙飞船则有所不同,它将这两个舱段融为一体,并在后方挂了一个装货的非加压舱段。如果说其它飞船是一辆SUV,那载人龙飞船就是一台带有后斗的皮卡。龙飞船发射时不需要火箭再配备逃逸塔,载人舱的八台超级天龙座发动机既能减速,也能用作逃逸。

      载人龙飞船舱内的全触控智能大屏和平板代替了传统的物理机械控制面板,目的为面向商业航天市场,整合并简化操作,大大降低了普通人进入太空的门槛。

      2020530日,载人龙飞船进行了首次载人飞行测试,将2名宇航员送往国际空间站。20201116日,载人龙飞船成功将4名宇航员送往国际空间站,成为了首个执行空间站乘组轮换任务的商业航天器。2021423日,二手的载人龙飞船成功将4名宇航员送往国际空间站,这艘二手飞船就是首次载人测试时的那艘飞船。

      目前载人龙飞船已经成功进行了7次载人飞行,其中4次国际空间站任务、1次太空公益旅游、1次载人飞行测试、1次私人乘组飞行,共计将26人次宇航员送入太空。之后计划于20221025日执行国际空间站Crew-5任务,日本传奇宇航员若田光一将搭乘载人龙第5次进入太空。

      相信随着商业航天市场的不断发展,龙飞船还会不断进化,创造出新的历史。

     

    参考文献: 

    [1]宋国梁. 2021年国外载人航天发展综述[J]. 国际太空, 2022(2):5. 

    [2]黄志澄. "载人龙"飞船:创新与风险并存[J].  2020. 

    [3]李臻. 改设计后的"载人龙"终点线在望[J]. 中国航天, 2020(1):3. 

    [4]刘进军. 太空快递——漫谈世界各国的货运飞船[J]. 航空世界, 2017. 

     

    科学审核:杨宇光,中国航天科普大使,国际宇航联空间运输委员会副主席  
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    责任编辑:王鹏鹏

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