载人航天里程碑时刻！SpaceX首次正式商业载人发射升空，一文详解事件全貌
腾讯太空 文/ 乔辉
北京时间11月16日8点27分左右，SpaceX首次正式载人商业飞行（Crew-1）在肯尼迪航天中心发射升空，搭载四名宇航员飞赴国际空间站。
本次太空任务预计持续180天，这意味着飞船将在2021年6月才返回地球，然后经过检修后，将继续用于未来的载人任务。
图注：SpaceX猎鹰9火箭和载人龙飞船矗立在发射台上。
原计划，北京时间11月15日实施本次发射，但由于天气原因，推迟到今日（16日）发射。
由于疫情影响仍在持续，肯尼迪航天中心只允许少数人现场观看。
图注：11月9日，正在运往发射台的猎鹰9火箭和载人龙飞船。
说到这次首次商业载人航天飞行，要提一下早在今年5月31日SpaceX进行的首次载人飞行，那是一次试验性质的测试。严格讲，本次才是私企商业载人航天飞行的起点。
图注：首次商业载人飞行徽章。
一、四名宇航员来自何方？
图注：从左到右分别是：香农·沃克、维克托 格洛弗、迈克尔 霍普金斯和野口聪一。
本次搭载了四名宇航员，比5月份的载人发射多了两人，他们分别是维克托·格洛弗（Victor Glover）；迈克尔 霍普金斯（Michael Hopkins）；香农·沃克（Shannon Walker）和野口聪一（Soichi Noguchi）。
维克托·格洛弗（Victor Glover）生于1976年4月30日，是SpaceX载人龙飞船的指令长。
1999年，格洛弗毕业于加州理工州立大学，并获普通工程学学士学位。格洛弗有飞行试验工程学、系统工程学和军事作战艺术与科学三个理学硕士学位。2018年8月，格洛弗成为商业载人计划的宇航员之一。
迈克尔 霍普金斯（Michael Hopkins）生于1968年12月28日，现任NASA宇航员。
1991年，霍普金斯进入伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校并获航空航天工程理学学士学位。1992年，他又在斯坦福大学获航空航天工程理学硕士学位。
霍普金斯拥有太空行走经验。2018年8月，霍普金斯和格洛弗被指派乘坐SpaceX载人龙飞船前往国际空间站执行首次载人商业发射任务。
香农·沃克（Shannon Walker）生于1965年6月4日，是一名美国物理学家，2004年入选为NASA宇航员。2010年6月，沃克搭乘联盟号飞船首次进入太空。
1987年，沃克在德克萨斯州莱斯大学毕业，并获物理学学士学位。1987年，沃克在约翰逊航天中心开启职业生涯，任航天飞机机器人飞行控制员。1990年到1993年，沃克向约翰逊航天中心请假去读研究生，其研究领域是太阳风与金星大气的相互作用。
野口聪一（Soichi Noguchi）生于1965年4月15日，是日本航空工程师和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）宇航员，还是第五位进入太空的日本宇航员。
野口聪一高中毕业后考入东京大学，分别于1989年和1991年获航空工程学士学位和硕士学位。毕业后，从事过商业发动机空气动力学设计工作。
1996年6月，野口聪一被JAXA选为宇航员候选人后前往NASA约翰逊航天中心进行宇航员培训。野口聪一拥有丰富的太空行走经验。
SpaceX Crew-1成功发射后，野口聪一将是首位同时乘坐过航天飞机、联盟号和龙飞船的非美籍宇航员。
二、SpaceX载人龙飞船的特点
2020年9月29日，指令长迈克尔·霍普金斯曾经在美国宇航局新闻发布会上透露，本次的载人龙飞船已被命名为“坚韧”号。
此前，在首次载人发射的时候，我们已经对载人龙飞船的特点进行了详细介绍，在这里再简单复述一下。
图注：地面上的“坚韧”号载人龙飞船。
载人龙飞船属于SpaceX研制的第二代龙飞船（Dragon 2），具备可重复使用的能力。第二代龙飞船可分为载人龙飞船和货运龙飞船两种，其前身是第一代货运龙飞船（Dragon 1）。新飞船可以自动与空间站完成对接，而不像第一代飞船那样，需要借助空间站上的机械臂的帮助。当然，载人龙飞船也保留了人工对接的选项。
本次使用的载人龙飞船，直径4米，高8.1米，最多可搭载7位宇航员，这与航天飞机搭载的宇航员数量相同，也与我国5月5日测试的“新一代载人飞船”设计上能够搭载的宇航员数量相同。
载人龙飞船的最顶端是一个能够打开的头锥盖子，在发射和返回的过程中，保护飞船和对接机构。当飞船与空间站对接的时候，头锥盖子会打开，露出对接机构，当飞船脱离空间站的时候，盖子关闭，准备返回地面。
飞船主体由两大部分组成，一个是加压的返回舱，另一个是在返回舱下面的服务舱（这里要说明的是，SpaceX使用Trunk一词，而不是Service module，但从作用上看类似于服务舱，目前尚无统一的翻译）。服务舱是非加压的，可以搭载对气压不敏感的货物。
另外，服务舱外侧粘贴有太阳能电池，就像穿了个太阳能板的裙子一样，这摆脱了传统的太阳能展开翼的造型。服务舱外侧还有翼状结构，能够为飞船在逃逸过程中提供气动稳定性。
三、载人龙飞船的绝招：全程逃逸能力
载人龙飞船集成有8个推力强大的“超级天龙座”火箭，火箭两为分组，安装在飞船的侧壁，作为逃生使用，每个发动机的推力可达71千牛，换算成大家有直观感觉的表示方式就是相当于7.1吨的推力。此外，还装有16个推力相对较小的“天龙座”发动机喷口，用于姿态控制和轨道机动。
图注：载人龙飞船“飞行中止测试”试验（艺术图）。
熟悉载人航天的朋友，可能会留意到，无论是阿波罗登月火箭，还是我国的长征2F载人运载火箭，在火箭顶部都有个逃逸塔。
图注：阿波罗飞船的逃逸塔。
逃逸塔的作用就是在火箭发射起始阶段，如果发生意外，可以启动逃逸塔火箭，把飞船带离到安全的高度，然后着陆。如果发射一切顺利，等火箭飞到一定的高度，逃逸塔会分离，然后丢弃。而载人版龙飞船相当于把逃逸塔集成在船身上，这样做有什么好处呢？
图注：2020年1月19日，SpaceX成功进行了“飞行中止测试”试验。
这种方式能够使飞船具备“全程逃逸”的能力！也就是说，在飞船飞行的任何阶段出问题，都具备逃生能力，而逃逸塔只能保证火箭发射初始阶段的逃生。这也是未来载人飞船逃逸的新方式。
四、成功率100%的猎鹰9（Block 5）火箭
我们知道，SpaceX以可回收火箭名扬天下，但这次使用的是全新的猎鹰9（Block 5）火箭。
猎鹰9（Block 5）是两级运载火箭，高度70米，以液氧和煤油为推进剂，芯一级火箭装配有9台梅林发动机，总推力7600千牛，相当于760吨。
在回收一级的情况下，近地轨道的运载能力为15.6吨，不回收一级的情况下，近地轨道运载能力为22.8吨，算是一款中型运载火箭。
通过上面的分析，我们可以看出，SpaceX和NASA之所以敢于载人发射，是因为拥有100%发射成功记录的猎鹰9（Block5）火箭，拥有具有全程逃逸能力的载人龙飞船以及四位优秀的宇航员等。
五、太空中的最大建筑物：国际空间站
载人航天飞行的目的地是国际空间站，国际空间站是目前人类在太空中建造的最大建筑物。
国际空间站总质量达420吨，长109米，宽73米，是目前太空中的最大建筑物。运行在距离地面大约400公里的近地轨道上，速度为每秒7.6公里。
国际空间站是一个拥有现代化科研设备、可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的空间实验室，为在微重力环境下开展科学实验研究提供了大量实验载荷和资源，支持人在地球轨道长期驻留。
国际空间站项目由16个国家共同建造、运行和使用，是有史以来规模最大、耗时最长且涉及国家最多的空间国际合作项目。自1998年正式建站以来，经过十多年的建设，于2010年完成建造任务转入全面使用阶段。
目前，国际空间站主要由美国宇航局、俄罗斯国家航天集团、欧洲航天局、日本宇宙航空研究开发机构和加拿大空间局共同运营。
六、为什么美国急切恢复载人航天能力？
众所周知，美国在1969年就完成了人类首次登月，代表人类踏上了另一颗星球。阿波罗期间，总共完成7次载人登月发射，其中6次成功把12名宇航员送到月球。唯一的阿波罗13号虽然没有成功，但3名宇航员也毫发无损地返回了地球。
1981年，美国又成功发射了第一架航天飞机“哥伦比亚”号，一次就能把7名宇航员送上近地轨道。美国总共建造了5架航天飞机，强大的运输能力为建设国际空间站立下了汗马功劳！
但遗憾的是，挑战者号航天飞机和哥伦比亚号航天飞机分别在发射和返回时发生了事故，导致总共14名宇航员罹难。5架航天飞机失去了2架，真是非常惨痛。其中的故事想必大家都已经了解，特别是1986年挑战者号航天飞机爆炸的事件早已经编入了教科书，这里就不多赘述了。
图注：阿特兰蒂斯号航天飞机的返回标志着航天飞机时代的谢幕。
2011年7月21日，随着阿特兰蒂斯号航天飞机在肯尼迪航天中心的降落，整个航天飞机全部停飞，从此，强大的美国失去了载人航天的能力。
今后飞国际空间站咋办呢？这时，昔日的宿敌俄罗斯伸出了橄榄枝，俄罗斯有成熟可靠的载人“联盟”飞船。当然，这可不是免费的午餐。
图注：俄罗斯的联盟号飞船发射。
据说，刚开始的费用是每位宇航员2000多万美元，最近NASA购买的2020年秋天发射的一个座位，价格已经暴涨到了9000多万美元。据统计，自从航天飞机停飞以来，NASA已向俄罗斯累计支付超过35亿美元。
因此，NASA非常希望包括SpaceX在内的国内私营企业能够挑起大梁，让美国再次获得在本土发射载人飞船的能力。
七、龙飞船首次商业载人飞行的意义是什么？
本次是NASA与SpaceX签订的“商业载人项目”（Commercial Crew Program）的组成部分。意义至少可以从三个层面来理解：
第一个层面，对于SpaceX公司来讲，重要性毋庸置疑，本次首次商业飞行意味着拿到了商业载人航天的入场券，未来前景无可限量；
第二个层面，对于美国和NASA来讲，意味着自从2011年航天飞机退役以来，再次恢复载人航天能力。
第三个层面，对于整个世界商业航天来讲，意味着揭开了商业载人航天的帷幕，商业航天走进新时代。
SpaceX公司和特斯拉公司创始人埃隆·马斯克（Elon Musk）。
探索和开发外太空是人类的共同愿望。今年，阿联酋的“希望”号火星探测器，我国的“天问一号”火星探测器和美国的“毅力号”火星车相继发射，目前正在飞往火星的漫漫旅途中。
对于SpaceX创始人马斯克来讲，载人登陆火星也是他的终极梦想，本次首次正式载人发射的成功也将促使他的梦想早日实现。