经过两个多月的太空旅行,载人龙飞船终于返回了地球。
北京时间8月2日7时35分,两名宇航员道格赫尔利(DougHurley)和鲍勃贝肯(BobBehnken)乘坐载人龙飞船,从国际空间站分离并返回地球。经过约19小时多的飞行,北京时间今天(8月3日)凌晨2点48分,SpaceX载人龙飞船成功溅落在大西洋面上,这是龙飞船首次执行载人飞行任务,这也标志着世界商业载人航天新时代的开始。
通过评估之后,龙飞船将正式执行NASA与SpaceX签订的“商业载人项目”(CommercialCrewProgram),预计首次正式载人飞行将在今年9月份进行,届时将有四名宇航员飞赴国际空间站。
从5月31日载人龙飞船成功发射至今,已经过去了64天。正如此次Demo-2任务的成功发射一样,载人龙飞船的返航本身,就在创造历史——这是第一次由美国私营商业公司建造的载人飞船成功往返国际空间站。将人类送出并返回地球,在商业载人航天史上,SpaceX是第一家成功的公司;而马斯克,是第一个改写了这项历史的人。从曾经不被看好的“陪跑员”到“领跑员”,马斯克和SpaceX用了18年。
本次试飞主要是为了对载人龙飞船进行各项验证,通过评估之后,龙飞船将正式执行NASA与SpaceX签订的“商业载人项目”(CommercialCrewProgram),预计首次正式载人飞行将在今年9月份进行,届时将有四名宇航员飞赴国际空间站,他们在那里将停留6个月。
如果一切按计划进行,年上半年还将安排第二次正式飞行(SpaceXCrew-2),那次飞行将使用本次载人测试飞行的这艘龙飞船。
龙飞船如何返回地球?
北京时间8月2日7时35分,道格赫尔利和鲍勃贝肯在国际空间站工作的另三名宇航员的帮助下进入了离地超公里的国际空间站。在太空航行了两个月后,载人龙飞船终于返回地球了。
为了保障返航,NASA和SpaceX为载人龙飞船在佛罗里达海岸附近提供了7个备选降落点,分别是:彭萨科拉、坦帕、塔拉哈西、巴拿马城、卡纳维拉尔角、代托纳和杰克逊维尔。
龙飞船与国际空间站分离前的6小时,SpaceX和NASA根据具体情况共同决定了本次首选溅落区为彭萨克拉(Pensacola)。
当两位宇航员登上龙飞船,一切准备就绪。北京时间8月2日7:35,龙飞船与国际空间站正式分离。在分离时,龙飞船和它的躯干大约重磅。返航过程大致可以分为以下几个阶段:
具体步骤
1、宇航员进入龙飞船,飞船舱门关闭。
2、国际空间站上的舱门关闭。
3、龙飞船自动脱离国际空间站。
4、龙飞船调整飞行轨道。
5、龙飞船丢弃服务舱。
6、龙飞船顶部的天龙座发动机点燃,进行脱轨制动。
7、龙飞船的鼻锥盖关闭。
8、龙飞船开始进入大气层,利用气动减速。温度可接近度。
9、在大约5.4公里的高度,两个引导伞打开,把速度降低到公里每小时。
10、在大约2公里的高度,四个主减速伞打开,把速度降低到公里每小时。
11、飞船溅落到海洋上,等待救援队到来。
惊险一刻
北京时间今天凌晨1点57分开始,宇航员们飞行进入回程过程中最惊险刺激的一段,“龙飞船”从太空降入地球大气层,进入约12分钟的“离轨燃烧”过程(de-orbitburn)。
NASA解说员不断向观看现场直播的观众汇报,“一切正常”。
“7分钟过去了,还剩余4分多钟!”
“离轨道燃烧还剩2分半,一切正常!”
“还剩一分钟!”
凌晨2:08,离轨燃烧成功完成!
脱离大气层之后,奋进号开始分步释放4个降落伞,减速降落。
凌晨2:30左右,“龙飞船”以每小时1万7千英里的速度,冲入地球大气层,经历高达华氏度(0摄氏度)的极端温度,考验飞船外部隔热板的安全性能,并将阻断飞船与地面控制中心的通信长达6分钟,称为“黑障”。期间白色的龙飞船烤成了黑色。
凌晨2:43左右,飞船重新显现在大气层中,在14英里的高度,减速降落伞开始打开;飞船以每小时英里的速度降落,四个主要的降落伞开始打开,不到1英里的高度时,飞船以每小时16英里的速度,接近墨西哥湾上空;不到米高度时,降落伞全部展开。
凌晨2:48,飞船成功溅落在美国东南部佛罗里达州海岸附近。
图注:在四个减速伞的作用下,龙飞船缓缓降落在洋面上。
图注:在四个减速伞的作用下,龙飞船缓缓降落在洋面上。
图注:载人龙飞船被打捞到救援船甲板上。
龙飞船返回地球到底难在哪?
龙飞船在距离地面公里的高度上绕地球高速运动,速度大约7.66公里每秒,接近第一宇宙速度7.9公里每秒。
当龙飞船脱离国际空间站后,首先摒弃服务舱,然后择机进行返回制动点火,在地球引力的作用下返回地球。
在飞船返回地球的时候,首先要靠飞船自身的气动阻力减速,这就要求其切入地球大气的角度非常重要。如果飞船进入地球大气层时的角度过小,有可能像打水漂一样重新弹回太空;如果进入地球大气层的角度过大,有被烧毁的可能,这种情况非常可怕。
在飞船进入地球大气层后,由于强烈压缩其前面的空气,造成温度急剧升高,温度接近度,也就是说,飞船被一层高温的等离子体包围着。等离子体有一个特性,能够屏蔽电磁波,这就造成了飞船与地面控制人员无法进行通讯,这种情况可持续6到7分钟,通常比喻为黑色恐怖的7分钟。
当我国“天问一号”着巡器(着陆器和巡视器)明年初在火星上降落时,也会同样经历恐怖的黑障时间。
两个多月的太空之旅宇航员们做了什么?
得益于日新月异的通讯技术发展,宇航员在太空的一举一动都可以及时传达到地球。
参加本次试飞的两位宇航员是:道格拉斯G赫尔利(DouglasG.Hurley)和罗伯特L贝恩肯(RobertL.Behnken),分别出生于年和年。
他们都是曾经三次进入过太空,而且还都是执行过航天飞机任务的老手。其中,赫尔利在太空中有超过个小时的经验,还执行过年7月最后一次航天飞机任务(代号:STS-)。
贝恩肯作为航天飞机任务专家,曾先后执行年的(STS-)和年的(STS-)任务,累计在太空飞行时间超过小时,其中包括37小时的太空行走时间。
这次在国际空间站期间,贝恩肯也没闲着,他和另一位在国际空间站上的美国宇航员ChrisCassidy一起进行了四次太空行走,为国际空间站更换了6块锂离子电池,替换了老化的镍氢电池,这些锂离子电池是此前由日本货运飞船运送来的。
那么,长达两个多月的太空之旅中,宇航员们完成了哪些任务?
▋太空行走
龙飞船与国际空间站对接后,共有四次出舱任务,最后一次太空行走时间为7月21日。
本次龙飞船宇航员贝肯与ISS上的宇航员卡西迪在进行工作
美国东部时间7月21日下午12点41分,本次随龙飞船发射的宇航员贝肯,和之前已在国际空间站的宇航员卡西迪(ChrisCassidy),成功进行了长达5小时29分钟的太空行走。
两人共同完成一系列旨在升级国际空间站系统的任务——包括安装保护存储单元、移走空间站太阳能电池组底部起重装置、为今年晚些时候SpaceX货运任务的商业气阀做准备等等。
对于两位宇航员来说,这都是他们个人航天生涯的第10次太空行走。贝肯目前已经完成了61小时10分钟的太空行走,这使他成为美国太空行走时间第三长的宇航员。而卡西迪目前已经进行了54小时51分钟的太空行走,在全球太空行走时间排行榜上排名第九。
在国际空间站上,宇航员们通过太空行走,帮助升级了空间站的能源供应系统,协助完成了一些琐事,以支持轨道实验室的装配和维护。据NASA统计,宇航员们这次在国际空间站完成了约个小时的研究。
▋总观太空
除了空间站的维护任务,宇航员们还“兼职”担任了优秀的宇宙摄影师。从山脉、冰川,到湖泊、海洋、沙漠等等,极尽展现了地球及宇宙无法用语言形容之美。
以下图片摘自宇航员贝肯和赫尔利的推特:
阿曼及阿拉伯海上的美丽荒岛Masirah
年大西洋飓风季的首个飓风Hanna
地中海与利比亚的分界线
国际空间站视角的日出时刻
在目前的条件下,我们大多数人只能在地球仰望星空,而宇航员们则通过影像,从“上帝视角”为我们带来不一样的视野。
自年加加林作为首位进入太空的宇航员向人们描绘宇宙的浩瀚与感动后,前往太空的数位宇航员都展示出一种奇妙的认知转变。参与阿波罗14号登月任务的埃德加米切尔(EdgarMitchell)就曾说:
“你会立刻产生一种全球意识、一种以人为导向的情怀、一种对当前全球状态的强烈不满以及一种做些什么来改变这一切的冲动。从月球上看去,国际政治显得如此小家子气。”
这种心理后被称为“总观效应”(overvieweffect),指的是人在航行太空时,从多数人无法体验的角度回望地球时,产生的认知改变。
执行本次龙飞船任务的两名宇航员在接受采访时,贝肯也谈到了这种感受:“从宇宙往下看地球,它没有国界,它很脆弱。我认为目前在新冠疫情中,我们也正在经历这样的事。它把世界所有人联系起来,让我们重新考虑我们的联系,让我们明白共同努力向前,对我们有多重要。”
7月5日的暗夜,一名NASA宇航员漂浮到国际空间站的窗口,凝视着地球的边缘,等候奇观的出现。当空间站在中东上空倾斜时,今年新发现的新智慧星(NEOWISE)及其发光的彗尾出现在黎明前的地平线上。然后它几乎和喷着灰尘和气体的太空岩石出现的速度一样快,消失在眩目的阳光中。
对我们大多数人来说,得益于科技的迅猛进步、宇航员们的拍摄,我们不必冒着生命危险飞到太空去看这样的场景,就可以欣赏到这样的宇宙奇观,未尝不是一种幸运。
贝肯和他的宇航员同事们记录了数百张照片。英国的图形艺术家肖恩多兰(SeanDoran)从NASA的图像档案中下载了这些照片,然后编辑成了一部惊艳4K超清延时视频,并分享到了推特、Youtube等网站。
通过视频,观众仿佛真的置身于距地球三百多公里的空间站上,以英里/小时的飞行速度在观测这颗“新晋网红”彗星升起。今年下半年,NEOWISE慧星即将离我们越来越远,也随之变暗,下次回归将会是多年以后。
▋“最后”的小任务
年美国最后一家航天飞机退役时,曾在国际空间站留下了一面国旗。NASA当初为了增加这场商业航天竞赛的意义,宣布说要将这面旗帜奖励给第一个将宇航员送上空间站的公司。
九年后,SpaceX超越了所有的竞争对手,拿回了这面极具纪念价值的旗帜。
按照目前的计划,这面国旗只会被SpaceX保存一段时间,美国已经在为接下来的登月任务作准备,届时,这面国旗还将在阿耳忒弥斯登月计划中继续前往月球。
其实,作为一次试飞,并没有安排太多任务,只要能平安返回地球,就是最大的成功。
美国为什么着急了?
众所周知,美国在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名宇航员毫发无损返回地球。
图注:年挑战者号航天飞机升空后爆炸
图注:年哥伦比亚号航天飞机空中解体。
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。其中的故事想必大家都已非常了解,特别是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。
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多万美元,最近NASA购买的年秋天发射的一个座位,价格已经暴涨到了多万美元。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。
NASA商业载人项目还有哪个公司参加?
年9月,NASA选定SpaceX和波音公司参加商业载人项目,分别获得26亿美元和42亿美元的资助。波音公司制造了“星际航班”(Starliner)飞船运送宇航员,但总体上进度稍落后于SpaceX。下面我们来简单比较一下星际航班飞船与龙飞船有何异同:
1、容量相同:这两个飞船具有相似的设计功能——每个飞船最多可以容纳七个人。
2、发射火箭不同:星际航班是用联合发射联盟公司(波音和洛克希德马丁公司的合资企业)的宇宙神五火箭发射升空。SpaceX公司正在使用自己的火箭猎鹰9号发射载人版龙飞船。
3、返回场地不同:星际航班选择通过气囊辅助伞陆地降落;龙飞船是在海上降落。
4、价格不同:SpaceX的发射更便宜。NASA监察长11月发布的一份报告指出,SpaceX公司载人飞船的每个座位发射成本约为万美元,波音公司为万美元。从价格上看,购买波音公司座位的费用和购买俄罗斯联盟飞船差不多,但毕竟波音是美国自己的公司,这点比较重要。
年12月20日,波音进行了一次星际航班飞船无人发射,目标是与国际空间站对接。在飞行中,船箭分离正常。但令人遗憾的是,由于飞船在入轨机动过程中燃料消耗比预期要多,与国际空间站交汇失之交臂,两天后成功返回地球。
根据计划,年10月份,波音将再补一次星际航班飞船的无人测试发射,目标仍然是国际空间站。如果通过将来这次测试,年将进行首次载人发射。
首次载人龙飞船时间线
北京时间5月31日3点22分:从佛罗里达卡纳维拉尔角航天中心发射升空。
升空后1分钟:火箭达到最大气动压力。
升空后2分40秒:一级火箭分离,同时二级火箭点火。
升空后8分50秒:二级火箭熄火。
升空后9分31秒:一级火箭降落在大洋漂浮平台上。
升空后12分08秒:龙飞船与二级火箭分离,开始追逐国际空间站。
图注:龙飞船与国际空间站正准备对接时的情景。
升空后19小时05分:龙飞船与国际空间站对接成功。
升空后21小时39分:对接舱盖打开。
图注:国际空间站上的三位宇航员与龙飞船上的两位宇航员(黑色上衣)相聚时的情景。
升空后21小时59分:赫尔利和贝恩肯进入国际空间站。
升空后27天:第一次太空行走。
升空后32天:第二次太空行走。
升空后47天:第三次太空行走。
升空后52天:第四次太空行走。
升空后63天:龙飞船脱离国际空间站。
升空后64天,北京时间年8月3日凌晨2点48分左右:龙飞船返回地球,溅落在大西洋洋面。
龙飞船首次载人试验飞行的意义是什么?
本次是NASA与SpaceX签订的“商业载人项目”(CommercialCrewProgram)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,本次试验飞行是该公司的首次载人发射,成功就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。
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。
图注:未来SpaceX星舰飞船在火星上起降(艺术图)
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,本次载人发射和成功返回也将促进他梦想的早日实现。
原标题:《见证
历史时刻!返回地球!》