载人航天里程碑时刻！首次正式商业载人航天任务成功发射，马斯克让美国重回太空
图片来源：Pixabay（本图非现场新闻图片）
文 | 吴非、樊亦非
北京时间11月16日8:27，在美国佛罗里达肯尼迪航天中心，SpaceX的载人龙飞船搭乘猎鹰9号运载火箭，将运送3位NASA宇航员和一名日本宇航员发射升空。龙飞船计划与国际空间站对接，4位宇航员将开展约半年的太空站任务。这也是首次经批准的正式商业载人航天任务，标志着商业载人航天的重要里程碑。
点火2分36秒后，龙飞船与一级火箭分离。
点火约10分钟后，一级火箭成功降落并被回收。
点火12分15秒后，飞船与二级火箭分离。此后，龙飞船独自踏上前往国际空间站的旅程。
“这是首次有4名宇航员，并且通过商业航天器前往国际空间站，这也是美国联邦航空管理局（FAA）首次批准前往轨道的商业载人航天器，”NASA局长吉姆·布里登斯廷（Jim Bridenstine）表示，“此次飞行有着众多‘第一’，4位宇航员也将在未来半年内取得更多惊奇的发现。”
打破航天器“发射荒”
自从首架航天飞机“哥伦比亚”于1981年升空以来，航天飞机一直是NASA进行载人航天项目、搭建国际空间站的有力工具。但随着“挑战者”号和“哥伦比亚”号航天飞机相继发生事故，加之其余的3架航天飞机逐渐老化，2010年，NASA决定将航天飞机全部退役。2011年7月，“亚特兰蒂斯”号航天飞机成功执行最后一次任务后，航天飞机正式宣告退出历史舞台。
在此之后，美国的载人航天陷入了近10年的空窗期。由于缺乏载人航天器，美国宇航员只能搭乘俄罗斯的“联盟”号飞船进入国际空间站。费用昂贵不说，“寄人篱下”使得国际空间站中NASA宇航员的数量也受到了限制。
不过，NASA显然不会任由这种情况持续太久，但这次研发的主角由他们自己转变为商业公司。在决定退役航天飞机的同一年，NASA就宣布了下一代商业载人航天计划。此后，两家企业——马斯克的SpaceX与波音公司展开了激烈的竞争，而NASA则为两家公司提供资金支持。
其中，波音公司制造的CST-100星际航线（Starliner）飞船于去年年底进行了无人试飞，计划与国际空间站对接。但由于任务计时器出错，飞船燃烧的推进剂超过预期，因而偏离了原定航线，错过了与空间站对接的机会。就在上周，NASA宣布星际航线的下一次无人测试将于2021年一季度进行，而首次载人飞行预计至少要到明年夏天才能进行。
SpaceX龙飞船的研发过程同样历经波折。去年4月，龙飞船在进行发动机自动点火测试时，一个阀门故障导致火箭发射的推进剂泄漏，从而引发连锁反应，导致爆炸。就在当月，龙飞船在返回舱着陆测试中也遭遇了挫折。返回舱配备的4个降落伞中，除去一个为测试系统控制能力而“主动未打开”的，其余3个未能正常打开，导致返回舱高速撞毁。
不过，在查明并解决了一系列问题之后，龙飞船还是抢先一步实现了商业载人航天的目标。今年5月30日，龙飞船已经载着两名宇航员道格拉斯·赫尔利（Douglas Hurley）和罗伯特·贝恩肯（Robert Behnken）前往国际空间站，完成了Demo-2演示任务的最后一环。经过64天的太空之旅，龙飞船在大西洋成功溅落，两名宇航员安全返回。此次任务的成功标志着商业航天时代的开启，并获得了关于运载火箭、龙飞船、地面系统、在轨飞行、对接、返回、着陆等全流程的数据，为飞船最终认证提供了参考。
此后，SpaceX除了等待FAA的最终批准，还进一步改进了之前存在的问题。SpaceX 副总裁汉斯 · 科尼斯曼（Hans Koenigsmann）表示，工程师们发现，再入大气层时的高温对飞船隔热罩造成了过度侵蚀，该公司已经加固了易受影响的部分。其次，在第一次载人飞行时降落伞打开的高度有点低，如今降落伞的高度测量系统也得到了改进。最近，SpaceX 还更换了执行发射任务的猎鹰 9 号火箭的两个发动机，这使发射延误了两周。
经过近半年的等待，NASA于11月10日宣布，FAA对载人龙飞船和猎鹰9号火箭的认证工作已经完成，认为SpaceX有能力运送宇航员往返于轨道，并授予SpaceX 6次乘员运输任务，每次任务将最多搭乘4名航天员，同时向国际空间站运送100千克货物。这是NASA历史上首次给予商用载人航天系统认证。
4位宇航员
此次被命名为Crew-1的任务共有4名成员参与，他们分别是NASA宇航员香农·沃克（Shannon Walker）、维克多·格洛弗（Victor Glover）和迈克尔·霍普金斯（Michael Hopkins），以及日本宇航员野口聪一（Soichi Noguchi）。
其中，霍普金斯是首位在太空舱内指挥4人机组团队的指挥官，他也是首位隶属于美国太空军的NASA宇航员。此次的驾驶员格洛弗是本次机组人员中，唯一一位首次进入太空的。他也将成为国际空间站建立20年以来，首位承担全职工作的黑人成员。沃克曾于2010年6月乘坐联盟号TMA-19进行了首次太空飞行任务。
除了以上3位NASA宇航员，日本宇航员野口聪一也加入了本次任务。他此前曾乘坐过美国的航天飞机及俄罗斯的“联盟”号飞船两度前往太空。野口聪一成为首位搭乘美国商业航天器的非美国籍宇航员，也是史上第三位搭乘3种不同类型航天器进入太空的宇航员。
设计亮点
载人龙飞船使用了类似阿波罗飞船的太空舱设计，可以容纳7名宇航员。霍普金斯将其命名为“适应力”（Resilience）。霍普金斯说，2020年充满了挑战，我们需要从太空计划中获得正能量。之所以选择这个名字，是因为它不仅与4名宇航员有关，还要为每个人的生活带来一些积极的东西。
太空舱下方连接的是服务舱，这里包含了太阳能电池、散热器、储物空间等。整个龙飞船直径4米，高8.1米，使用了16个天龙座推进器用于在轨道上对飞船的运动状态进行微调，每个推进器在真空环境中可以提供相当于40千克重的力。
载人龙飞船还配备了逃逸系统：8个超级天龙座推进器，每个都能提供相当于7.2吨的推力，从而使载人舱能够在任务的任何阶段迅速脱离，帮助宇航员逃生。
龙飞船的内部也充满了科技感。SpaceX工程师约翰·费德施皮尔（John Federspiel）就介绍称，公司的设计理念就算将飞船打造为“21世纪的飞船”，其内部最显著的特征之一是3块触摸显示屏，飞船的指挥官和驾驶员可以通过屏幕进行操控，彻底改变了用按钮操控飞船的方式。
Crew-1的宇航员计划在太空中停留197天，远超1974年美国太空实验室最后一批机组所创造的84天的美国自身记录。届时他们的接替者将登上另一艘载人龙飞船到来。同时，货运版本的龙飞船还将继续定期运送食物和补给。
SpaceX载人航天计划负责人本吉·里德（Benji Reed）表示，该公司预计将在未来14个月内发射7艘龙飞船，包括3艘载人飞船和4艘货运飞船。他说：“这些飞船的发射意味着，太空中随时都会保留两艘飞船。”
参考来源：
https://www.space.com/spacex-crew-1-astronauts-nasa-firsts
https://edition.cnn.com/2020/11/08/world/astronauts-excited-iss-resilience-launch-trnd/
https://www.cbsnews.com/news/spacex-nasa-crew-dragon-launch-international-space-station/
https://www.space.com/spacex-nasa-crew-1-astronauts-launch-site-arrival
https://www.bbc.com/news/science-environment-52840482
本文转载自公众号“环球科学”（ID:huanqiukexue）