我觉得这像是木桶补上最后一块板能正式装水了,而不是所谓的技术爆炸,重要的是象征意义 。今天的到来并不意外,是在SpaceX长期积累下必然的结果,震撼性远比不上当年发射猎鹰1号实现第一次民企轨道发射、龙1货运飞船第一次对接国际空间站并且成功软着陆返回、猎鹰9第一次成功回收、重型猎鹰第一次发射、以及上一次龙2第一次载人发射的演示任务,这些挑战里程碑才是真正值得铭记的。而这次只能说水到渠成,图就懒得插了毕竟都能轻易搜到有关报道和图片。
众所周知,美国在1969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名宇航员也毫发无损地返回了地球。
图注:站在月面上的宇航员奥尔德林,头盔中反射的影像是阿姆斯特朗。
1981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,真是非常惨痛。其中的故事想必大家都已经了解,特别是1986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。
2011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。
据说,刚开始的费用是每位宇航员2000多万美元,最近NASA购买的2020年秋天发射的一个座位,价格已经暴涨到了9000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。
本次是NASA与SpaceX签订的“商业载人项目”(Commercial Crew Program)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,本次首次商业飞行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2011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。
利益相关,本人为本市天文爱好者协会副会长(避免被杠精认为蹭流量)。
距离1961年加加林代表人类第一次进入太空,已经快过去60年了。
这几十年来,任何国家的载人航天,都是集全国之力,不是任何单位和个人能实现的。
Spacex的成功,虽然本质上还是集全国之力,毕竟这家公司的背景,和NASA过于密切,但形式变了许多。不过,它至少给了我们一个希望,载人航天可以更低成本,也给了中国众多从事航天的民营企业一个美好的前景。
对于普通人来说,距离卖套房就可以上天的日子,越来越近了。
不要小看“价格便宜”,不仅会极大改变航天行业,更的影响是带出新的行业,暂时我们还无法预料的行业。
对美国来说,这是开创私人太空运载火箭行业的好机会。NASA制定了“商业乘员组”太空计划,以刺激私人运载火箭的发展,该运载工具除了可以为该机构服务之外,还可以为商业客户提供服务,以支付整体的运载成本。 SpaceX和波音公司都在商业机组合同上中标,并随后开发了人工发射系统(不过倒霉催的波音在最后一波实验时出问题啦),于是SpaceX才是第一个真正实现私人太空运载火箭首次载人的公司。
对人类来说,不成为宇航员也能上太空的几率大大提高。如果一切顺利的话,SpaceX已经发出消息,计划在之后开始将宇航员送往国际空间站进行全面的飞行任务,并且还签署了协议,开始向顾客提供卧铺,以支付乘员乘船游览太空,最早于明年(暂时没几百万美金的资产我估计还是别想了)。
我也想去,可我好穷。
便宜永远是引爆市场需求的大杀器,当年的汽车行业是这样,希望今天的航天市场也是这样。
在马斯克拉低了航天事业的成本的时候,期待中国的相关技术快速成熟并且得到应用,这样也许在不远的将来会出现“三天两夜月球免费购物团”吧。
原文首发于B站,下面是文字稿。
美东时间11月15日晚上7点27分,SpaceX首次商业载人发射任务Crew-1发射成功,掀开了人类航天史的新篇章。本次发射的一大看点,是美国本土的火箭和航天器首次搭载国外宇航员,从美国本土发射升空。
作为龙飞船的运输载具,此次发射的猎鹰9号运载火箭,是人类第一款能够可靠进行一级回收,并重复使用的运载火箭。
在这款两级火箭中,上面的部分叫做芯二级,也叫上面级,他负责在箭体分离后把飞船送入预定轨道。
下面的部分叫做芯一级,也叫助推级,在上面级工作之前,助推级将为火箭提供升空的初始速度。
在猎鹰9的Block5版本中,中间的黑色部分看起来像裸露的碳纤维材质,但它其实是一种叫做Pyron的耐热材料,在火箭返回大气层时,它可以隔绝1200℃的高温环境。
Block5的芯一级火箭最大推力可达8130千牛,与他的上个版本即全推力版本相比又提升了7%。推力提升的同时,箭体结构和外形并没有发生明显的改动,其关键就在于发动机的迭代升级。
要想提升火箭的性能,我们需要一台怎样的发动机?
在技术探索早期,固体火箭发动机较为常见。它由外层套管、烧蚀材料、固体药柱、圆柱体形状的燃烧室层层嵌套。当它工作时,点火装置将推进剂点燃,生成的燃烧产物流经喷管时膨胀加速,最终形成火箭的推力。但这样的方案比冲较低,且难以实现二次点火。
要想实现更大载荷的发射,我们可以采用二氧化氮-肼类推进剂的方案。由于二氧化氮与肼类一接触就能燃烧,所以发动机设计难度低,且方便常温贮存,在美苏冷战时,它是快速响应洲际导弹的关键技术。
后来,液氧煤油与液氢液氧的方案逐渐成为主流方案。液氧煤油推进剂密度较高,可以使火箭结构做得较为紧凑,它通常用于助推级火箭;液氧/液氢推进剂组合,是无毒推进剂组合中比冲最高的,所以也是提升火箭推力的主要思路。比如我国长征五号运载火箭,其上面级就采用液氧液氢,其助推级转而使用液氧煤油。
目前,SpaceX正致力于猛禽系列火箭发动机的开发,该发动机采用液氧甲烷作为推进剂。
与二氧化氮-肼类的方案相比,液氧甲烷没有毒性、环境友好;与液氧煤油方案相比,液氧甲烷比冲更高、不易结焦;与液氧液氢相比,液氧甲案所需占用的火箭体积更小,且成本不及液氢的三十分之一。
可以说,在马斯克的火星殖民版图中,液氧甲烷扮演了极为重要的角色。
让我们试想一下,在飞船驶向火星甚至更为遥远的星系的过程中,推进剂可能需要保存数月之久,在太空旅行中,煤油容易被冻住,液氢则容易挥发。
对于液氧甲烷方案来说,液氧与甲烷的沸点比较接近,能更好实现共底贮箱,从而缩短火箭的总长度,减轻箭体重量,降低发射成本。
另外,在火星及土卫六的星球表面上,仍然存在提炼甲烷的可能。对于深空探测的先驱者来说,液氧甲烷方案是未来必须攻克的重点。
当然,无论是液氧煤油、液氧液氢还是液氧甲烷,想要推进剂发挥最大效用,还需经过燃烧室的处理,将其化学能转化为火箭的动能。
现在,让我们来还原一款基于开式循环的发动机原理。
首先,通过加压输送技术,猎鹰9将推进剂配送到箭体尾部的发动机系统中,一部分液氧和煤油会直接进入燃烧室进行燃烧。
为了泵入更多的推进剂,小部分的液氧和煤油会同步进入预燃室,他们在其中燃烧,并生成高温燃气,促使涡轮高速旋转,旋转的涡轮带动同轴的泵,使其转速达到每分钟36000转。
在此转速下,上万马力的涡轮泵将推进剂高效泵入燃烧室,他们将以每分钟8.4吨的消耗量进行燃烧,让一台默林1D实现845kN的海平面推力,使猎鹰9以最高1600M/s的速度直上云霄。
一级火箭如何完成回收?
火箭到达预定轨道后,箭体分离,上面级将携带荷载继续爬到预定高度;而一级火箭将启用部分发动机实现程序转弯,并在RCS系统的辅助下进入大气层。
RCS系统在质心对称的位置上设有喷嘴,不同的喷气力度组合能够使火箭在三维矢量轴上旋转、平移。
借助于此,一级火箭才得以精准控姿。与此同时,一级火箭顶部的栅格翼展开,进一步对箭体姿态进行稳定。栅格翼本质上是由一组气动面组成的装置,在20度的倾角之内,四只栅格翼可独立翻转、俯仰、偏摆,从而实现精准回收。
最后,当一级火箭接近地面时,箭体内部的传动装置将4条支撑腿打开,猎鹰9最终完成着陆回收。
其实,人类最早关于航天器回收的尝试要追溯到V2导弹。
V2导弹由德国在二战期间研制,它是世界上最早投入实战的弹道导弹,也是第一个穿越卡门线的人造物体。
二战刚结束,3000枚的V2导弹迅速被美苏英法所瓜分。
为高效利用俘获的V2导弹,当时的工程师考虑使用降落伞开伞的方式回收导弹。
但这样的努力注定以失败告终。
V2导弹在再入稠密的大气层之前,能以4倍的声速高速飞行,而当时人类对空气动力学的认识还停留在亚声速阶段——关于如何超声速开伞,如何再入回收轨道,是通通不清楚的。
后来,这样的尝试变成了美国的航天飞机。
航天飞机,像火箭一样发射,像滑翔机一样返回地球。它拥有可降落伞回收的固体火箭推进器,可抛弃分离的外部燃料箱,以及可重复使用的轨道器。在他总计135次的服役任务中,有三分之一献给了国际空间站的搭建。
自2011年亚特兰蒂斯号退役以来,美国一直在寻求其替代方案,Spacex的出现解决了NASA的心头之痛。
早在猎鹰火箭开发之初,SpaceX就已开始探索火箭回收。从2012年蚱蜢技术验证机点火成功,到2015年首次实现一级火箭验证回收,再到2018年首次复用一级火箭,猎鹰9号系列火箭至今共有75次回收尝试,其中成功65次,回收成功率高达86%。
事实上,正是由于有通用器件的研发理念才使SpaceX实现了快速的技术迭代和成本缩减。也因此SpaceX才有望实现规模扩产,从而在承担一定数量的商业发射任务后扭亏为盈。
在一次发射任务中,芯一级火箭的发射成本占到6至7成以上。在其实现大量复用后,马斯克声称一级火箭的发射成本将降至500万美元。
在人类探索宇宙的历史之中,支撑着我们完成梦想的,正是那些将制导曲线做到极致,为流场计算久日枯坐的人类工程师精神。
人们凝视送行 那些凝结着 人类勇气和好奇的航天器驶向太空更深处
心中激荡起更为渺远的回响:那或许是牵牛星的脉脉私语,抑或又是伊卡洛斯在振翅飞翔,唯有高空那座壮美的尾焰经久不绝,如同人类心中长久的想望,又如同千年前巨石上的铭刻:
循此苦旅,直抵天际
ΚΑΤΕΥΘΕΊΑΝ ΣΤΟΝ ΟΥΡΑΝΌ
唯一的意义就是美国再次重返载人航天 不用再被俄罗斯赚船票了
意味着有些国家可以弯道超车了
当年,纳粹德国首开火箭的先河,但是,用于军事轰炸。后来,冤家太多,德国的火箭技术分别流向了美苏等国。这才有和平时代的航天事业发展。说这个历史,是想说,美国,别搞得冤家太多,否则,也会各种资源分别流向……看看美国的金融危机和社会危机,基建都搞得怨声载道,航空航天这个时候也难免被波及影响,最后希望拜登听从基辛格的建议,早日理顺一下中美关系,省得,眼睛一睁,一闭,航天技术有进展了,航天发展的钱没了。这多闹心啊~
这是历史性的一刻
大机器转起来啦
商业飞行任务为NASA提供了一个重要的机会,可以增加其在ISS上可以进行的科学研究的数量,并为将来的私人宇航员飞行奠定基础。该次飞行正式开启了太空商业飞行时代。该飞行器不仅限于专业宇航员:在未来几年中,私人宇航员也可能飞往太空。
我替中国深圳坪山的卢驭龙表示不服气,在另外一个答案里看到中国最有可能超越马斯克的人排第一的就是卢驭龙,因为他掌握了电焰灶的核心科技。
卢驭龙不需要发射火箭带来的虚无缥缈的光环,只为全人类做出贡献,开发出一款能够炒菜的电焰灶,将火箭的技术移植到灶内,这是全球绝无仅有的。
标签:SpaceX,航天事业,发射成功