“載人龍”飛船順利完成載人飛行試驗任務

唐亮 何慧東（中國空間技術研究院 北京空間科技信息研究所）

美國東部時間2020年8月2日14:48，美國太空探索技術公司（SpaceX）名為奮進號（Endeavor）的“載人龍”（Crew Dragon）飛船搭載2名航天員安全返回地球，濺落在佛羅里達州以西的墨西哥灣上。這是“載人龍”飛船首次載人再入飛行，也是1975年“阿波羅-聯盟”（Apollo-Soyuz）飛行任務后，美國時隔45年再次在海上接回航天員，標志著飛船載人飛行試驗正式完成，SpaceX公司后續將為美國國家航空航天局（NASA）提供正式的商業乘員運輸服務。

1 載人飛行試驗概況

“載人龍”飛船載人飛行試驗任務代號為演示－2（Demo－2），是航天飛機退役后美國首次從本土利用本國航天器將航天員送至“國際空間站”。

奮進號“載人龍”飛船于2020年5月30日發射入軌，飛行19h后將2名航天員送至“國際空間站”。飛船總共在軌飛行近64天，順利返回并回收，完成最后一項重大試驗任務，標志著美國“商業乘員計劃”（CCP）取得重要突破，實現利用商業火箭發射商業載人飛船、搭載航天員飛抵“國際空間站”并安全返回的里程碑。

“載人龍”飛船此次飛行試驗任務獲得了獵鷹－9（Falcon－9）火箭發射，“載人龍”飛船的在軌飛行、對接、返回、著陸，以及地面系統運行等全流程數據，將為飛船最終認證提供參考。

在軌飛行期間，航天員道格·赫爾利（Doug Hurley）、鮑勃·本肯（Bob Behnken）對“載人龍”飛船進行了測試，同時參與了“國際空間站”上的工作，以減輕空間站運營工作負擔。2名航天員在站上累計完成了超過100h的科學實驗，貝肯還與空間站上的克里斯·卡西迪（Chris Cassidy）完成了4次太空行走，完成空間站電池更換、電源系統更新等任務。

“載人龍”飛船航天員參與的太空行走活動

2 再入返回過程

2020年8月1日19:35，NASA的2名航天員道格·赫爾利、鮑勃·本肯搭乘奮進號“載人龍”飛船與“國際空間站”分離。當對接機構解鎖后，飛船發動機實施2次離站點火。離站時，“載人龍”飛船質量約為12.5t。

隨后，“載人龍”飛船自主飛行，實施4次飛離點火，逐漸遠離“國際空間站”。數小時后，進行1次長達6min的調相點火，降低飛船軌道高度，并將星下點軌跡與著陸區對準。

在離軌減速點火之前，飛船拋掉非密封艙以減輕質量。乘員艙進行約12min的離軌點火，再入地球大氣層。拋掉非密封艙并完成離軌點火后，“載人龍”飛船質量約9.6t。

“載人龍”飛船海面濺落

飛船再入時速度約為7.8km/s，再入階段依靠大氣阻力減速，經歷最高溫度超過1900℃，黑障階段持續約6min。減至安全速度后，飛船在5500m高度（速度約156m/s）附近打開2具引導傘，在1800m高度（速度約53m/s）附近打開4具主傘進行進一步減速。2020年8月2日14:48，飛船以約7.6m/s的速度濺落在佛羅里達州以西的墨西哥灣上，著陸點位于彭薩科拉市（Pensacola）外海，著陸后飛船切斷主傘。

“載人龍”飛船濺落后，SpaceX公司提前部署在著陸場的回收船釋放2艘快艇開展先期工作。第一艘負責檢查飛船的完整性，并探測飛船附近是否存在自燃性燃料蒸汽。檢測完成后，快艇上的人員為飛船回收做準備工作。第二艘快艇負責回收落在水中的降落傘。回收船抵達后，將“載人龍”飛船抬升至甲板上固定，隨后打開艙門，醫務人員完成2名航天員的初步檢查后，航天員出艙。整個過程持續約1h。

航天員出艙后，在回收船醫療區進行初步評估。隨后，航天員搭乘直升機回到地面，并從機場換乘NASA的飛機回到休斯頓。與此同時，“載人龍”飛船隨回收船返回佛羅里達州的SpaceX公司廠區，進行進一步檢查和處理。

搜尋者號（左）和航行者號（右）回收船

3 著陸場準備情況

此次任務中，NASA為“載人龍”飛船的返回選定了7個著陸點，分布在佛羅里達州附近外海、墨西哥灣、大西洋海岸。具體位于彭薩科拉市（Pensacola）、坦帕市（Tampa）、塔拉哈西市（Tallahassee）、巴拿馬市（Panama City）、卡納維拉爾角（Cape Canaveral）、戴托納市（Daytona）、杰克森維爾市（Jacksonville）外海。根據計算結果，濺落地點通常距離海岸線40～324km。

SpaceX公司在7個著陸點均配備了搜救人員，并分別在大西洋和墨西哥灣配備了2艘回收船，分別為搜尋者號（Go Searcher）和航行者號（Go Navigator）。每艘回收船上搭載40多人，包括NASA和SpaceX公司的飛船工程師、水上救生員、醫務人員、船員、NASA貨物專家和其他輔助人員等。回收船長52m、寬11m，滿載吃水3.1m，載貨量420t。除了完成回收“載人龍”飛船任務外，這2艘船在其他任務中還負責回收貨運型“龍”飛船，以及用于獵鷹－9運載火箭整流罩的回收。

此次任務中，NASA和SpaceX公司曾對著陸場的天氣狀況表示擔憂。在計劃任務時段內，大西洋熱帶風暴“伊薩亞斯”（Isaias）正沿美國東海岸發展，可能對飛船返回造成不利影響，如果氣象條件超出準則，則會考慮推遲飛船返回的時間。為此，本次任務主著陸場選在彭薩科拉市外海，盡量遠離熱帶風暴影響區。

4 后續任務安排

“載人龍”飛船返回后，NASA和SpaceX公司團隊將檢查整個飛行試驗期間飛船的數據和性能，完成系統的認證工作，整個認證流程預計持續6周。順利完成認證后，NASA將正式進入商業乘員運輸階段，授予SpaceX公司6次乘員運輸任務，每次任務將最多搭乘4名航天員，同時向“國際空間站”運送100kg貨物。

根據計劃，第一次“商業乘員運輸服務”（Crew－1）瞄準2020年9月下旬實施，NASA的邁克爾·霍普金斯（Michael Hopkins）、維克多·格洛弗（Victor Glover）、香農·沃克（Shannon Walker）和日本籍野口聰一（Soichi Noguchi）等4名航天員將搭乘“載人龍”飛船飛抵“國際空間站”，執行為期6個月的任務。

目前，SpaceX公司正在準備“載人龍”飛船首次正式的“商業乘員運輸服務”，并已將運載火箭等系統運抵發射場。

“載人龍”飛船試驗及飛行任務安排

5 結束語

“載人龍”飛船攜帶2名航天員安全返回，并對發射、在軌運行、返回、再入、回收的任務全流程進行了最終驗證，載人飛行試驗任務取得圓滿成功。

“載人龍”飛船成功完成載人飛行試驗意義重大，此次任務是時隔9年美國再次自主將航天員送入軌道并安全返回，標志著美國重新具備了載人航天飛行能力，徹底擺脫了對外界的依賴，“開啟新的載人航天時代”。此外，“載人龍”飛船試驗任務驗證了美國“商業乘員計劃”發展模式，并在和波音公司（Boeing）“星際客船”（Starliner）的競賽中取得了領先，強化了SpaceX公司在美國商業航天中的地位。商業航天成為美國載人航天活動中的一個重要力量，美國后續將持續推進商業載人航天系統發展，提升近地軌道載人航天活動能力；同時還計劃在未來月球、火星探測任務中，支持商業航天企業開展活動，進一步推動美國載人深空探索能力發展。