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  • 1 # cnBeta

    私營航天企業 SpaceX,即將於今年晚些時候執行首次載人發射任務。不過在此之前,該公司先分享了他們在今年 1 月中旬進行的逃生系統測試影片。

    作為龍式乘員艙的一項重要測試,逃生系統旨在幫助人類宇航員在發射需要緊急中止的情況下順利避險。不過在本次試驗期間,SpaceX 並未在龍式乘員艙中安排真人宇航員。

    測試當天,SpaceX 的獵鷹 9 號火箭戴著龍式乘員艙在 NASA 位於佛羅里達州肯尼迪航天中心的 39A 發射場(LC-39A)順利騰空。

    不過在大約 90 秒後,發射就被緊急中止。此時龍式乘員艙的八臺 SuperDraco 引擎被觸發點火,帶著飛船以最快的速度(超過 400 英里 / 小時)脫離火箭。

    分離成功後,龍式乘員艙打開了 Mark III 降落傘並平穩地落入大西洋,等待 SpaceX 將它打撈回來,以期在將來重新投入使用。

    不過 SpaceX CEO 伊隆·馬斯克表示,未來有望讓龍式乘員艙精準降落在駁船上,而不是直接掉到水中。

    【Crew Dragon In-Flight Escape Demonstration Recap】

    對於 NASA 和 SpaceX 來說,這都是一項重大的進步,因為龍式乘員艙即將於今年晚些時候開啟首次載人宇航飛行。

    如果一切順利,NASA 宇航員 Robert Behnken 和 Douglas Hurley 將於 5 月 27 日參與本次任務,歷時 24 小時前往國際空間站。

    需要指出的是,龍式乘員艙的相關技術,還將成為 SpaceX 星艦(Starship)任務的重要基礎。

    作為 NASA 阿爾忒彌斯(Artemis)載人系統的最後三個候選專案之一,採用猛禽(Raptor)引擎的星艦有望在 2024 年帶人類重返月球。

    【Crew Dragon Animation】

    實際上,SpaceX 正計劃未不同的任務設計多個版本的星艦。除了將宇航員送入太空,還可以在近地軌道上充當“太空加油站”。

  • 2 # 魑魅涅磐

    看慣了載人火箭發射場景的朋友都知道,凡是搭載載人飛船的火箭頂端都會看到一個避雷針狀的物體,這個類似避雷針的東西就是火箭的發射逃逸系統,主要作用就是當火箭在發射過程中發生緊急情況時,逃逸發動機迅速點火,使搭載航天員的返回艙與火箭箭體分離迅速脫離危險區,然後分離發動機啟動將座艙與塔架分開,以便返回艙安全著陸,可以說逃逸塔就是保障航天員在發射過程中的重要生命通道。

    但是熟悉載人火箭發射流程的朋友都知道,火箭在發射過程中需要經過多個分離過程,其中就包括逃逸塔脫離和整流罩分離等幾個步驟,但是從火箭點火開始到飛船真的進入預定軌道這個過程中,充滿了太多的未知風險存在,所以載人火箭在整個發射過程中除了我們肉眼可見的逃逸塔系統外,還有其他多道發射逃逸系統來共同保障航天員在不同飛行高度下的生命安全問題。比如在發射前至火箭起飛後約120秒,由逃逸塔提供逃逸動力。之後,逃逸塔與火箭分離,逃逸動力由包裹飛船的整流罩上的四臺逃逸發動機提供。而在發射後約160秒,整流罩與火箭分離,這之後如果再出現險情,就只能依靠飛船自身的發動機了。

    不過美國當下包括波音和SpaceX、藍色起源在內的多家載人飛船都放棄了傳統的發射逃逸塔設計,改為將緊急逃逸火箭發動機整合在飛船推進艙內的設計,其實美國這幾家航天公司這樣設計都是有原因的。首先這三家航天公司全新設計的載人飛船都瞄準可重複使用和降低發射成本而出發,那麼對於不管是SpaceX公司的龍飛船還是波音的星際飛船在設計上都是以NASA制定的可重複使用和更低發射成本而設計研發的,如果還是堅持傳統的頂置發射逃逸塔設計的話,首先在發射過程中逃逸塔是要被分離扔掉的,那麼這顯然不符合低成本和重複使用考慮;其次多一道逃逸塔分離步驟就多一道發射風險存在,所以不管是基於發射成本考慮還是基於發射安全性考慮,SpaceX和波音公司都放棄了傳統的頂置發射逃逸塔設計,改為整合在推進艙內的逃逸發動機設計。

    同時對於SpaceX個波音公司而言,這兩家的載人飛船定位是為國際空間站執行人員/物資運輸任務,所以雖然將逃逸發動機整合在了推進艙內,但是也都採用了液體燃料設計,而沒有采用傳統逃逸塔慣用的固體燃料設計。

    據說有兩個原因,一個是我們都知道國家空間站執行在距離地面400公里的近地軌道上,隨著時間的推移空間站的執行軌道會不斷下降並逐漸與大氣層接觸,所以需要定期為其運輸物資的飛船提供在軌抬升服務,所以SpaceX公司的龍飛船和波音的星際飛船上的逃逸發動機也採用了液體燃料設計,這樣就可以在軌道抬升作業時,和推進艙內的推進發動機一同工作提供推力加速/定位抬升執行軌道;其次還有一個原因是國際空間站繞地球一圈只需要90分鐘,等於是一天24小時國際空間站會經歷十幾個晝夜,如果使用固體燃料的話很可能在太空中長時間暴曬而爆炸,繼而摧毀整個國際空間站,所以NSAS要求兩家都改為更穩定的液體燃料設計,要不然SpaceX也不會放棄早期的傳統逃逸塔設計。

    因為SpaceX公司之所以不想拋棄逃逸系統就是想重複使用,卻在返回方式上選擇了當年阿波羅飛船大型減速傘減速、海上濺落的回收方式,但是海上回收的飛船後期重複使用的話只能用於載貨而不能載人了;而波音公司的星際飛船雖然選擇的是減速傘減速、氣囊緩衝的陸地著陸方式,理論上陸地著陸可以重複使用多達10次,但是波音的星際飛船在返回地面前,返回艙需要和推進艙分離才能返回地面,那麼整合在推進艙內的逃逸系統也就得不到回收重複使用了,除非波音也給推進艙配置返回功能。

    當然根據SpaceX公司最初公佈的載人飛船返回動畫來看,其一開始的返回方式是類似獵鷹9火箭一級箭體自主返回方式,透過佈設在龍飛船周圍的8臺逃逸發動機返回地面時提供反推減速,最後透過調節8臺液體火箭發動機推力大小達到姿態控制,最終和獵鷹9火箭一樣自主降落在陸地返回場,只是這個方案NASA覺得太複雜而放棄了,不過這種回收方式從前景來說卻是可重複使用/低成本考慮下最合適的選擇,畢竟前面體積/質量更大的獵鷹9一級箭體都能安全著陸。

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