直擊載人龍飛船

載人龍飛船立在獵鷹9號火箭旁邊

美國航天飛機(jī)在2011年進(jìn)行最后一次飛行之后，載人龍飛船首次從美國本土將宇航員送入太空。但是，與美國宇航局（NASA）業(yè)已退役的航天飛機(jī)相比，龍飛船是截然不同的太空載具。

埃隆·馬斯克（Elon Musk）說，載人太空飛行一直是他建立SpaceX公司的最主要目標(biāo)。這位企業(yè)家在2020年5月30日實(shí)現(xiàn)了其雄心抱負(fù)，載人龍飛船載著NASA宇航員羅伯特·本肯（Robert Behnken）和道格拉斯·赫爾利（Douglas Hurley）進(jìn)入軌道，與國際空間站會合。

但是，正如人在疾步奔跑前必須先學(xué)會行走一樣，載人龍飛船也脫胎自一項(xiàng)早期設(shè)計(jì)方案：龍飛船1號（Dragon 1）。在2012年5月至2020年3月間，它總共發(fā)射了20次，擔(dān)負(fù)向國際空間站運(yùn)輸物資的任務(wù)。

2014年5月，在加州霍桑市的SpaceX公司總部，馬斯克揭曉了7人座載人龍飛船的概念。

像龍飛船1號，載人龍飛船也呈現(xiàn)膠囊狀外形，更類似于阿波羅登月時(shí)的指揮艙，而不是擁有機(jī)翼的航天飛機(jī)概念，后者在構(gòu)想時(shí)，就是為了同時(shí)運(yùn)載人員和大量有效載荷。

從發(fā)射直到重返大氣層之前，太空密封艙上附著了一個(gè)名叫“行李艙”的部分。行李艙擁有太陽能面板、散熱輻射器和安定翼，后者在緊急中止時(shí)能提供穩(wěn)定性。膠囊狀飛船和行李艙加在一起，大約有8.1米高；直徑為4米。

載人龍飛船配備了16臺德拉科推進(jìn)器，用于飛船在軌道中的機(jī)動控制。每臺德拉科推進(jìn)器能夠在太空的真空中產(chǎn)生90磅力。

SpaceX公司的工程師約翰·費(fèi)德施皮爾（John Federspiel）解釋說：“我們想采納龍飛船方案，讓它擁有載人能力，我認(rèn)為我們采取了設(shè)計(jì)宇宙飛船的新方法，不同于以前的做法，因?yàn)槲覀兿胱屗杏X像是一艘21世紀(jì)的宇宙飛船。龍飛船最顯著的特征大概就是內(nèi)部的觸摸屏。我們設(shè)計(jì)這些觸摸屏，不僅是為了良好的功能性，也考慮到用戶體驗(yàn)。”

飛船里的3個(gè)大型顯示屏讓宇航員赫爾利和本肯能夠監(jiān)視系統(tǒng)、控制飛船。而在1981年到2011年間使用的航天飛機(jī)駕駛艙內(nèi)，采用模擬信號的按鈕、撥號盤和控制桿與之不可相比。

兩位來自NASA的宇航員一直與SpaceX公司通力合作，讓這個(gè)太空飛船為它的首次載人飛行做好準(zhǔn)備。赫爾利承認(rèn)，“玻璃駕駛艙”（glass cockpit）要費(fèi)點(diǎn)工夫才適應(yīng)。“就實(shí)際的物理反饋而言，你當(dāng)然無法從觸摸屏獲得物理反饋。”赫爾利說。

“然而，你如今能獲得的反饋是顯示屏上指示出你剛才碰觸了哪里，而手動駕駛太空載具的部分步驟是……我觸碰那個(gè)按鈕，它讓飛船上升，我再得到反饋的閃光，說明飛船識別出我的輸入。”

飛船通常都是自動駕駛的，而在幾類情況下，宇航員可能需要取得手動控制權(quán)，譬如說結(jié)束與空間站的對接步驟時(shí)，那時(shí)用觸摸屏來控制是“綽綽有余的”，赫爾利補(bǔ)充說。

“假如你穿著太空服，試圖要駕駛飛船進(jìn)入大氣層或降落——譬如像我們操縱航天飛機(jī)那樣——它可能就不是你想要使用的裝置。”本肯說。

但是，依照用戶體驗(yàn)而調(diào)整飛船所牽涉的不僅僅是控制裝置的設(shè)計(jì)。約翰·費(fèi)德施皮爾說：“當(dāng)我想到宇航員的舒適性，我想到的是宇航員如何與飛船互動的各個(gè)方面。”

“我們有3種不同的座椅尺寸，我們甚至在宇航員身體周圍鋪設(shè)塑模泡沫墊，因此座椅上沒有任何受壓點(diǎn)，一般言之，宇航員會有一段愉悅的進(jìn)入太空之旅。”

當(dāng)宇航員準(zhǔn)備系上安全帶時(shí)，他們將一條從座椅引出的“供應(yīng)”線插進(jìn)太空服右大腿處的一個(gè)端口。這條“供應(yīng)”線給太空服提供生命支持系統(tǒng)，包括氧氣和電力連接。

“太空服其實(shí)是龍飛船系統(tǒng)的一部分，是太空飛船的一部分。我們將其視為由太空服和座椅共同組成的系統(tǒng)。”SpaceX公司負(fù)責(zé)太空服與乘員設(shè)備的經(jīng)理克里斯·特里格（Chris Trigg）說道。

但是，萬一在發(fā)射臺或者在爬升到軌道的過程中出現(xiàn)任何故障，SpaceX也為太空艙設(shè)計(jì)了創(chuàng)新的異常中止系統(tǒng)。這個(gè)發(fā)射逃生系統(tǒng)（LES）包括一組SpaceX公司設(shè)計(jì)的超級德拉科發(fā)動機(jī)，它們在緊急情況下會點(diǎn)火，推動太空艙及乘員安全脫離火箭。

道格拉斯·赫爾利點(diǎn)評發(fā)射逃生系統(tǒng)時(shí)說：“與航天飛機(jī)相比，我認(rèn)為這番設(shè)想很偉大。而航天飛機(jī)有我們稱為的 ‘黑色區(qū)’，代表你遇到了故障組合的一些情況下，逃生系統(tǒng)已無關(guān)緊要，因?yàn)槟愫芸赡懿粫掖妗！?/p>

赫爾利補(bǔ)充說，在大多數(shù)狀況下，太空艙的設(shè)計(jì)方案比有翼飛行器更安全。

約翰·費(fèi)德施皮爾解釋說，龍飛船在設(shè)計(jì)時(shí)追求“雙容錯(cuò)”，意味著它能容忍任意兩個(gè)設(shè)備都失效的情況，所以當(dāng)一臺飛行計(jì)算機(jī)和一臺推進(jìn)器失效后，仍然能將乘員安全帶回來。

按照設(shè)計(jì)，龍飛船能與空間站自主對接，也就是說，不必由人類來指引。SpaceX公司太空飛船任務(wù)硬件與操作部門的主管杰西卡·詹森（Jessica Jensen）說：“龍飛船靠近太空站時(shí)，龍飛船上有GPS傳感器領(lǐng)路，而且在鼻錐上有攝像頭和激光雷達(dá)之類的成像傳感器。所有這些傳感器都向飛行計(jì)算機(jī)反饋數(shù)據(jù)，仿佛在告訴我們，‘嘿，我離空間站還有多遠(yuǎn)？我與空間站的相對速度是多少？’”

接著，基于這些信息，飛行計(jì)算機(jī)使用算法來決定如何啟動推進(jìn)器，從而最有效觸及對接目標(biāo)。

當(dāng)龍飛船回到地球時(shí)，乘員艙不能像航天飛機(jī)一樣著陸在跑道上。“我認(rèn)為，在某些方面，龍飛船返回時(shí)比升空時(shí)更危險(xiǎn)。”埃隆·馬斯克說。

在重返大氣層時(shí)，隨著乘員艙以多達(dá)25倍音速的速度穿過大氣層，遮熱板必須抵擋比太陽表面更熱的溫度。

受制于緊急逃生系統(tǒng)布局，龍飛船擁有不對稱的外形，這有可能導(dǎo)致飛船過多翻滾。馬斯克說，在過去，這個(gè)被稱為“不穩(wěn)定性翻滾”的問題已經(jīng)被徹底研究，但這件事仍然讓他憂心忡忡。

接著，在火光熊熊的重返大氣層階段后，龍飛船需要張開4個(gè)降落傘，減慢下落的勢頭。

最終，載人龍飛船掉進(jìn)大西洋，激起水花。墜落地點(diǎn)距離佛羅里達(dá)州海岸450公里，回收船會在那兒將宇航員帶到安全地帶，并取回太空艙。

赫爾利說，盡管他本人、本肯以及NASA的其他人都提供了建議，但“這艘載人龍飛船從頭到尾都是SpaceX的設(shè)計(jì)，這點(diǎn)不能搞錯(cuò)”。

他補(bǔ)充說：“看到這艘飛船從初步設(shè)計(jì)圖到如今的樣子——切實(shí)可操作、干凈利落的線條、乘員體驗(yàn)舒適……我們激動地想讓它步入正軌。”

資料來源 BBC