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马斯克改写航天史,SpaceX首次载人火箭发射成功

2020-06-01 09:10:07 未知 上游新闻 1.3万阅读

当地时间5月30日下午15:24,搭载两名美国宇航员的美国太空探索技术公司SpaceX龙飞船发射成功,乘“猎鹰9号”火箭飞往国际空间站。本次发射原定于当地时间27日进行,但当日由于天气原因,担心接触雷电,发射在最后时刻取消改期至本次发射时间。美国航天局29日早些时候说,这一时间发射的可能性是50%。据美国媒体报道,当天发射前天气状况“良好”。这是自2011年以来美国首次使用国产火箭和飞船从本土将宇航员送往空间站。

马斯克改写航天史

北美东部时间5月30日,在肯尼迪航天中心39A发射平台,SpaceX载人火箭DM-2(Demo-2)任务蓄势待发,在经历了5月27日发射取消后,第二次发射让大家显得更加紧张。

尤其是天气条件仍然不乐观,很多人已经做好了明天“再来一次”的准备,不过所有准备工作仍然按部就班进行着,丝毫没有取消的迹象。直到发射前1分钟,听到“确认发射”的命令,所有人都明白即将见证这一历史性时刻。

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3点22分,SpaceX猎鹰9号(Falcon 9)带着载人龙飞船(Crew Dragon),DM-2任务准时发射。

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T+00:01:00,猎鹰9号度过MAX-Q(火箭超音速飞行达到最大动压),并随后恢复最大动力。

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T+00:02:38,猎鹰9号一级火箭成功分离,二级火箭点火成功。

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T+00:07:20,一级火箭ENTRY BURN(进入大气层启动3个梅林发动机减速)成功,持续时间约30秒左右。

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T+00:08:58,一级火箭LANDING BURN(软着陆前点火1个梅林发动机减速)成功,不过落到海上平台“We Still Love You”时信号日常丢失,后续画面传来,回收成功,两位宇航员听到消息兴奋地碰拳。

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T+00:12:06,二级火箭分离成功,龙飞船部署(DEPLOY)成功。到这一阶段,意味着整个DM-2任务基本成功了一半。

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接下来龙飞船将经历几次点火过程,逐步接近ISS(国际空间站),并在北京时间5月31日22点27分开始对接ISS,开舱门会在6月1日零点45分发生,ISS欢迎仪式则会在6月1日凌晨1点15分开始。

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在ISS完成任务后,两位宇航员将会重返龙飞船,并乘坐龙飞船返回地球,最后落在指定海面。

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DM-2载人航天任务DM-2为DM-1的后续任务,是NASA与SpaceX签订的CCP(Commercial Crew Program,国际空间站人员运输项目)合同的两个前置发射任务。DM-1为同样硬件配置,执行同样流程,只不过龙飞船中只有一个假人。

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DM-2则乘坐者着NASA两名资深宇航员道格·赫尔利(Doug Hurley)和鲍勃·本肯(Bob Behnken)。

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道格·赫尔利出生于1966年10月21日,之前曾两次进入太空,停留时长共683小时,曾执行亚特兰提斯号航天飞机/STS-135任务, 是NASA 航天飞机计划最后一次执飞的驾驶员(2011年7月8日,STS135 奋进号,肯尼迪39A平台发射),此次也是龙飞船的指挥官。

鲍勃·本肯出生于1970年7月28日,拥有机械工程博士学位,之前曾两次进入太空,停留时间共计708小时,其中包括太空行走37小时。

在5月27日第一次发射时候,采访提到了SpaceX宇航员衣服,马斯克说:“这套衣服花了3-4年设计,目标是保证使用方便、安全情况下,一定要美观。衣服好不好看真的很重要,我想要达到的目标是小孩子会想要穿这套衣服,让美国重燃航天梦想,每天醒来都兴奋的那种。

此次使用的肯尼迪航天中心39A平台非常有名,历史上阿波罗登月计划就是在这发射的,还有美国航天飞机时期,大部分任务也是在这里执行的。

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毕竟特斯拉是自己的公司,所以接送宇航员到发射台的车辆为特斯拉Model X,并印上了著名的NASA蠕虫标志,车牌为ISSBND(ISS Bound)。

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此次采用的推进火箭为猎鹰9号,Block5版本,编号B1058.1。

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载人飞船为Dragon 2(载人龙飞船),上半部分为加压乘员舱,能够乘坐最多7人,下半部分深色为太阳能电池板,为未加压的货物舱。

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龙飞船搭载有紧急逃生装置,可以在发射期间通过8个Draco液体发动机将飞船“弹射出去”。

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(2020年1月19日SpaceX测试逃生装置,并把一台Falcon9当大烟花炸了)

此次DM-2任务如果完全圆满成功,则意味着SpaceX将会达成以下所有成就:

●龙飞船首次载人航天发射

●2011年航天飞机退役后美国本土首次载人航天发射

●全球商业载人航天新时代第一飞

●全球私营太空公司载人航天第一飞

●全世界第9款载人飞船发射(苏联东方号飞船、美国水星号飞船、苏联上升号飞船、美国双子座飞船、苏联联盟号飞船、美国阿波罗飞船、美国航天飞机、中国神舟飞船之后)

●美国第5款载人飞船发射(水星号飞船、双子座飞船、阿波罗飞船、航天飞机之后)

●SpaceX第94次航天发射成功

●猎鹰9号火箭第85次航天发射成功

●第52次成功回收火箭

●第33次成功海上回收火箭

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自2011年美国航天飞机退役后,美国失去了发射载人火箭的能力。SpaceX此次DM-2任务成功意味着美国载人航天可以不再受俄罗斯联盟号限制、商业载人航天将迈入新纪元、载人航天发射成本将会大幅降低……而这些都与这家“小公司”SpaceX有关。

SpaceX速度

2002年10月,eBay花费近15亿美元收购了PayPal公司,最大股东马斯克因此获得了1.8亿美金,并在同年5月创立了SpaceX公司。

马斯克梦想的起点来源于小时候看过的《The Hitchhiker's Guide to the Galax》(银河系漫游指南),并在2001年逐步将“火星绿洲”(Mars Oasis)设想具象化,想要未来在火星建立生存家园,但他发现美国现役的火箭都太贵了。

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所以在2001年马斯克就曾前往俄罗斯,希望购买退役洲际导弹改装的火箭来作为起步,然而多次商谈后他认为俄罗斯报价过高,最终放弃。

回去后马斯克认真琢磨了一下这件事,发现造火箭好像并不是很难,原材料价格约占当时火箭售价的3%,所以如果自己制造就能极大降低生产成本。于是在拿到PayPal的收购款后,立即拿出了1亿美金并吸收了外部约1亿美金建立了SpaceX公司。

“I think we can built a rocket ourselves."

——Elon Musk

2006年,Merlin(梅林) 1A发动机研制成功,Falcon 1(猎鹰1号)火箭研制成功。

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然而不幸的是,2006年3月24日、2007年3月20日、2008年8月2日,Falcon 1三次试发射全部失败,SpaceX经费见底,且同时特斯拉也遇到Roadster交付问题的危机,马斯克几乎是“梦悬一线”。(同时在遭受2008年的金融危机)

好在2008年9月28日SpaceX终于成功发射了Falcon 1,成为世界上第一个实现火箭发射入轨的私营商业航天公司。(距离第三次发射失败仅有一个多月)

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随后NASA在2008年年底与SpaceX签署了CRS(Commercial Resupply Services,商业补给服务)合同,金额为16亿美元,才挽救SpaceX于水火之中。

2009年7月14日,SpaceX完成了全球首枚私营火箭成功将商业卫星送入轨道(Falcon 1)。2010年6月4日,Falcon 9(猎鹰9号)试飞成功;

2010年12月8日,搭载着龙飞船的猎鹰9号发射成功,标志着全球首个私营研制宇宙飞船成功发射入轨和回收。并决定2012年正式开始为NASA向ISS(国际空间站)提供货运服务,NASA见此势立即追加了4.4亿美元投资。

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2011年,SpaceX开始研制火箭回收(软着陆)技术。2012年,SpaceX开始与美国军方接触,签署了诸多例如GPS卫星的发射任务;

2012年5月25日,龙飞船首次对接ISS(机械臂对接,非全自动),SpaceX成为全球首家向ISS发送飞船的私人公司。

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2013年,SpaceX火箭回收项目Grasshopper 测试飞行成功,并实现了744米飞行,包括悬停和安全着陆。也是在该年,SpaceX成为全球首家私营公司成功发射地球同步轨道卫星。

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2014年,NASA与SpaceX签署了CCP(Commercial Crew Program,国际空间站人员运输项目)合同,共计26亿美元,与此同时SpaceX开始研发Dragon 2(即Crew Dragon,载人龙飞船,之前Dragon龙飞船只负责货物)。注:同时NASA也与波音公司签订了CCP合同。2015年,SpaceX首次实现了Falcon 9火箭安全在陆地软着陆;与此同时,Google看到了这家公司的潜力,尤其是在此时SpaceX宣布的“星链计划”,所以投资了近10亿美金。

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2016年,SpaceX首次实现了Falcon 9火箭安全在海上平台软着陆。并且在此期间由于Falcon 9的低发射成本以及数次发射的高成功率,吸引了不少商业发射任务,终于在这一年实现了盈利。

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2017年,SpaceX发射18次,100%成功发射、100%成功回收一级火箭(排除4次发射时考虑搭载货物载荷过重主动放弃),实现全球首次重复使用、垂直回收轨道级火箭,全球首个太空飞船重复使用(货物龙飞船)。

2018年2月6日,SpaceX成功发射了Falcon Heavy重型猎鹰,就是搭载着SpaceX宇航服假人(Starman)坐在特斯拉Roadster飞往火星那次,同时完成了2个助推火箭陆地回收,可惜的是芯级火箭二次反冲点火失败,最终落在了海上平台“We Still Love You”旁边的海里。实现全球首家私营公司将航天器(特斯拉Roadster轿车)送入日心轨道。

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2018年11月,SpaceX的“星链计划”在美国联邦通信委员会投票通过,并计划从2019年开始发射,总规划7518颗卫星。

2019年3月3日,SpaceX为CCP任务的试发射任务DM-1(这次为DM-2),载有SpaceX宇航服的假人乘坐Crew Dragon载人龙飞船抵达ISS,并安全返回。成为全球首家私营公司发射载人飞船,且是美国第一个与国际空间站自动对接的飞船。

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也是在同年,SpaceX实现全球首次空中网捕整流罩,全球首次复用整流罩。

2019年4月,SpaceX下一代产品BFR(Big Falcon Rocket,大猎鹰火箭),后改名为“Starship”(星际飞船),成功点燃了Raptor(猛禽)发动机。搭载Raptor引擎的“Starship”功能测试原型机Starhopper成功起飞150m并降落在指定位置。

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2020年1月7日,SpaceX成为全球最大卫星运营商。

2020年5月30日,SpaceX成为了全球首家承运宇航员往返国际空间站的私营公司。

SpaceX的研发进化速度是难以置信的。

从2005年到2019年的14年中,SpaceX共研发制造了v1.0、v1.1、v1.2 Block 3、v1.2 Block 4和v1.2 Block 5这5种版本的Falcon 9,同步转移轨道运载能力从4.5吨一路提升到8.3吨,并且即便在回收一级助推器的情况下依然有5.3吨的同步转移轨道运力。这其中即便是同一个型号,也存在各种细节的改善和优化。

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(图/Everyday Astronaut)

与此同时,Falcon 9全部火箭的发射成功率是97.1%(且失败仅出现在早期阶段),回收的成功率有83%,回收后的火箭复用成功率为100%。

2002年至2020年,不到18年时间里,SpaceX实现了第一个民营航天公司以液体为燃料成功发射火箭入轨、世界第一个实现火箭回收并可重复利用火箭、第一个民营航天公司的飞船访问国际空间站……包括今天的全球私营太空公司载人航天第一飞、美国乃至全球商业载人航天新时代第一飞、2011年航天飞机退役后美国本土载人航天发射第一飞……

目前SpaceX估值约360亿美元。

NASA经验和硅谷思维的碰撞

载人航天可以说是航天领域的“圣杯”。此前从来没有一个商业航天公司具备载人飞行能力,直到马斯克的出现。但要NASA放心地将宇航员交给私营公司,绝非易事。

在大约15年前,NASA开始尝试让商业航天公司开发能够往返国际空间站、执行运输任务的飞船。

时任NASA局长迈克·格里芬提出用5亿美元作为种子资金,资助企业开发私人制造的航天器。那时还是航天飞机时代,平均每次发射的成本都超过5亿美元。所以拿出这笔钱资助包括SpaceX在内的私营企业,这是NASA下的一个小赌注,也是一个起点。

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当时,NASA这种国字号机构很难真正相信商业航天公司。尤其SpaceX从2006年起,连续3年火箭发射全部以失败告终。而马斯克的形象,也不过是一个自大且易怒的企业家,这让不少人心存疑虑。

NASA是一个庞大的官僚机构,习惯于按照自己的方式行事,他们凭借资金和航天经验,可以告诉承包商应该如何做事。相比之下,SpaceX拥有更接近于硅谷的思维模式,较少受到历史包袱和过时经验的束缚。

这其中有一个很鲜明的例子。多年前,NASA的传奇飞控指挥官吉恩克·兰兹(GeneKranz)把他的回忆录定名为《失败不是一个选项》(“FailureIsNotanOption”),以纪念从水星计划到阿波罗计划期间他在任务控制中心的日子。更重要的是,在“FailureIsNotanOption”这种思维方式指引下,他和团队还成功地把阿波罗13号带回了家。这种思维在航天界近乎信仰。

然而,作为混迹硅谷多年的连续创业者,马斯克却对这种思维方式嗤之以鼻,早在2005年与NASA签订第一份合同之前,他就明确表达了自己对这种精神的蔑视:“这是一种愚蠢的想法,认为NASA不会选择失败。在我看来,失败就是一种选择,如果没有失败,就说明你的创新不够。”

随着SpaceX和特斯拉近年来发展迅猛,马斯克的这句话也广为流传。

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好在SpaceX的成绩单也足够优秀,马斯克才没有成为笑柄。最关键的莫过于猎鹰9火箭的横空出世,直接改变了航天游戏的玩法。除了到目前依旧是全球唯一实现了重复使用的火箭,猎鹰9也是全球范围内可靠性最好的火箭之一。加上今天的载人发射,猎鹰9这款火箭已经执行了85次飞行任务,只有两次失败,其中一次是在地面上发生爆炸。在最近3年多时间里,猎鹰9已经60次发射全部成功。

不过,面对性命攸关的载人航天来说,“FailureIsNotanOption”的精神依然值得重新回味,毕竟NASA的主要目标是让它的宇航员安全地进出国际空间站。

实际上,随着NASA和SpaceX在商业载人方面的合作,双方的文化碰撞并融合在一起。

在双方磨合的过程中,NASA能够为SpaceX做的事情之一,就是把它的一些操作经验,以及对安全的重视带到开发商业载人飞船的过程中。而SpaceX对此也颇为接受。

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图猎鹰9火箭印上经典NASA标志

“他们的督促让我们可以脚踏实地,”SpaceX制造和飞行可靠性副总裁汉斯·科尼格斯曼(HansKoenigsmann)说到,“我们有时会发生有关设计制造方面的冲突,然而,最终的结果还是将安全作为了首要考虑的事情。”

执行此次飞行任务的两名宇航员道格·赫尔利和鲍勃·贝肯,此前甚至会每周都代表NASA前往SpaceX的总部探讨进度。在赫尔利看来,双方当然有文化的差异和成长的烦恼,但令人惊讶的是,从某种意义上来说,这两个组织可能并没有做出改变,而是相互适应,各个子系统的总体都做的非常成功。

在这一来一往之间,我们也似乎从SpaceX的身上看到了曾经NASA的影子。“在某些方面,SpaceX可能会更类似于NASA在20世纪60年代的做法,当时我们正准备登月,”赫尔利说,“当时的NASA要年轻得多,员工大多在20多岁。而现在SpaceX的员工平均年龄是29岁,他们就像20世纪60年代的NASA一样,面对太空正摩拳擦掌、跃跃欲试。”

终于,年轻的SpaceX再一次翻开了人类航天历史的新篇章。

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