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首次自动对接!美国离本土载人航天又进一步 SpaceX成功抵达国际空间站

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-03-04  来源:机器人  浏览次数:244

在飞行近24小时后,SpaceX的载人龙飞船完成了与国际空间站的首次自动对接任务。

3日19时,载人龙飞船飞抵国际空间站附近,在全程不依靠后者机械臂且空间站保持运行的情况下,通过自身空间交会系统完成了首次自动对接任务(两个航天器在空间轨道上合并且在结构上连成一个整体的过程被称为“空间交会对接”)。

据NASA介绍,为测试载人龙飞船逃逸系统,在离国际空间站120米时进行了一次后退,大约退至180米再次向空间站靠近;到二者距离20米时此次空间交会对接正式开始,在先通过对接结构进行软对接后,指挥中心下达了最后确认指令,飞船最终与国际空间站成功硬对接,稳定固定在国际空间站上。

首次自动对接!美国离本土载人航天又进一步 SpaceX成功抵达国际空间站

被动对接和主动对接

作为载人航天三大基础技术之一,空间交会对接技术分为被动对接和自动对接两种方式,而掌握该技术是建设国际空间站的前提条件。除此之外,该技术还是解决空间站补给、维修以及应急情况下航天员救援等关键。但实现该技术并不容易。

如果要用几个词来定义空间交会对接的话,那就是“撞得上、弹不开、撞不坏”。

但对于航天器来说,极快的飞行速度以及复杂的宇宙环境,任何细小的偏差都很有可能导致对接失败。因此,空间交会对接是一项对精度、可靠性要求极高的航天技术,且风险极高。而SpaceX则是第一家实现飞船与国际空间站空间交会对接的商业公司。

早在2012年10月,SpaceX货运龙飞船就与国际空间站进行过首次对接,只是当时采取的是被动对接方式。简单来说,就是当龙飞船飞抵国际空间站附近时,后者会“伸出”机械臂将飞船拉入空间站,再进行货物卸载任务。依靠这种方式,SpaceX在此后先后为NASA执行了多次空间站补给任务,但这种方式并非万无一失。

2017年2月,龙飞船在快要飞抵国际空间站仅1600米时,因计GPS定位失误突然自动终止了对接,以致该货运补给任务推迟。所幸当时俄罗斯也发射了一艘货运飞船,才没有给空间站工作人员造成供给困扰。但显然,无论对于SpaceX还是NASA来说,这次的任务失败都是不能轻易抹去的。此次实现自动交会对接,是具有里程碑式意义的。

而实际上,中国早在8年前就已实现了两大航天器的自动交会对接。

2011年1月,“神州八号”顺利升空,并在两天后与此前发射的“天宫一号”进行自动交会对接,形成了一个小型空间站。此后,我国又完成了“神舟十一号”与“天宫二号”自动交会对接任务,为中国载人航天和建立国际空间站打下了坚实基础。

首次自动对接!美国离本土载人航天又进一步 SpaceX成功抵达国际空间站

图 | 神州八号与天宫一号自动对接

毋庸置疑,对于载人航天来说完成自动交会对接已是成功的一半。而SpaceX很有可能成为帮助美国重返载人航天阵列的最大功臣。

一波三折,SpaceX载人航天任重道远

在载人航天领域,美国也曾是领军之一,也是较早开展航天活动的国家之一。数据统计显示,仅从1960年到1984年底,美国便先后完成了5项载人航天计划,共计46次载人航天任务。其中便有著名的阿波罗载人登月计划。

但1986年,美国发射的“挑战者”号航天飞机在升空约1分12秒后突然爆炸,机上七名宇航员全部罹难,造成了美国56次载人宇宙飞行活动最大的灾难。

2003年,因机身隔热瓦故障,“哥伦比亚”号在返航时遭遇解体,机上7名宇航员全部罹难,再次给美国载人航天活动带来重创。

首次自动对接!美国离本土载人航天又进一步 SpaceX成功抵达国际空间站

无奈之下,美国决定在2011年7月“亚特兰蒂斯号”安全着陆后,结束自己曾经辉煌的载人航天时代,暂离载人航天阵列。自此,美国陷入了“花钱租借”的尴尬境地。

为了保证国际空间站的继续运营和其中工作人员的正常供给,美国不得不与俄罗斯达成合作,以“租借”的方式通过“联盟号”飞船帮助自己运送宇航员前往国际空间站。

 

一开始,俄罗斯给出的报价是每名宇航员2500万美元,这对于航天飞机单次5.25 亿美元的发射成本来说确实很低。但此后近9年时间里,俄罗斯方面多次提价,到最近一次发射,价格已经涨至8100万美元。高额的费用以及“租借”的压力,让美国不得不考虑加快自主载人航天进程。

首次自动对接!美国离本土载人航天又进一步 SpaceX成功抵达国际空间站

其实从2009年开始,美国便已转换思路,将太空活动的重心转向商业运作。此后,NASA先后与SpaceX、波音等商业航天公司达成合作,在商业航天领域持续发力。其中,便有NASA与SpaceX签订的价值达16亿美元的“龙飞船航天任务”。计划中,SpaceX至少需要通过龙飞船为NASA执行12次无人飞行任务,并为太空站运送补给物资。

从2010年开始,龙飞船便开始进行试飞测试,到2012年5月成功与国际空间站实现首次对接。此后,在龙飞船相继执行了多次货运任务之后,2014年,NASA与SpaceX签订了一份新的价值26亿美元的商业合同——建造载人版龙飞船。

而这份合同终于在昨天看到希望了。

昨天15时50分,载人龙飞船搭乘猎鹰9在佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空。发射12分钟后,龙飞船与二级火箭分离并成功进入初级轨道,开始飞往国际空间站。

首次自动对接!美国离本土载人航天又进一步 SpaceX成功抵达国际空间站

而这次发射的成功与否,决定了美国已经停滞近9年的载人航天计划是否能够重新启动。但事实上,在SpaceX原本的计划中,这次发射应该在2017年便进行的,却因技术及天气等原因多次推迟。

今年1月24日,SpaceX进行了载人龙飞船的静态点火试验,用以测试猎鹰9号的性能。而如果此次首飞测试成功,该公司便将在今年6月进行一次中止测试。如果一切顺利,SpaceX便会在7月执行首次载人航天任务,运送两位航天员前往国际空间站,成为全球首个完成载人航天任务的商业航天公司。

毋庸置疑,对于此次发射无论是SpaceX还是NASA都极为重视。就在发射前的几个小时,NASA局长Jim Bridenstine还激动的表示,“这是自 2011 年航天飞机退役之后,美国最接近本土载人航天的时刻。”

据了解,此次发射的龙飞船共有7个座位、4扇窗户,整体空间相对宽敞,航天员还可通过窗户看到飞船外面的景象。

而为了节省成本,载人龙飞船没有安装整流罩(成本大约500万美元),也因是无人试验飞行和安装了新的逃逸系统没有设置逃逸塔。而值得一提的是,龙飞船底部隔热层可重复更换,简单来说就是该飞船可重复执行任务,此后要进行的中止测试用的飞船就是现在这艘。

和货运飞船相比,载人龙飞船在各个方便都有了很大的提升,例如成员损失率平均不得高于1/270(270次飞行中不得损失超过1位宇航员),而俄罗斯联盟号飞船的指标为1/110,航天飞机通常为1/80。足见载人龙飞船在安全性方面的要求是极为严苛的。

除此之外,载人龙飞船对飞行环境的要求也非常高,整个飞行过程中航天员承受的过载不得超过3G(地球重力加速度的3倍),而一般悬挂式过山车的最高过载即可达到5G。因此,此次SpaceX在龙飞船上放置了一个假人,该假人身上装有多个传感器,用来收集数据为此后实验提供帮助。

首次自动对接!美国离本土载人航天又进一步 SpaceX成功抵达国际空间站

按照计划,此次载人龙飞船将将为空间站的6名宇航员补给大约200公斤的物资和设备,并于3月8日离开国际空间站返回地球,带回大约 150 公斤的货物和实验装置。成功与否,5天后便见分晓。

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