直击载人龙飞船

载人龙飞船立在猎鹰9号火箭旁边

美国航天飞机在2011年进行最后一次飞行之后，载人龙飞船首次从美国本土将宇航员送入太空。但是，与美国宇航局（NASA）业已退役的航天飞机相比，龙飞船是截然不同的太空载具。

埃隆·马斯克（Elon Musk）说，载人太空飞行一直是他建立SpaceX公司的最主要目标。这位企业家在2020年5月30日实现了其雄心抱负，载人龙飞船载着NASA宇航员罗伯特·本肯（Robert Behnken）和道格拉斯·赫尔利（Douglas Hurley）进入轨道，与国际空间站会合。

但是，正如人在疾步奔跑前必须先学会行走一样，载人龙飞船也脱胎自一项早期设计方案：龙飞船1号（Dragon 1）。在2012年5月至2020年3月间，它总共发射了20次，担负向国际空间站运输物资的任务。

2014年5月，在加州霍桑市的SpaceX公司总部，马斯克揭晓了7人座载人龙飞船的概念。

像龙飞船1号，载人龙飞船也呈现胶囊状外形，更类似于阿波罗登月时的指挥舱，而不是拥有机翼的航天飞机概念，后者在构想时，就是为了同时运载人员和大量有效载荷。

从发射直到重返大气层之前，太空密封舱上附着了一个名叫“行李舱”的部分。行李舱拥有太阳能面板、散热辐射器和安定翼，后者在紧急中止时能提供稳定性。胶囊状飞船和行李舱加在一起，大约有8.1米高；直径为4米。

载人龙飞船配备了16台德拉科推进器，用于飞船在轨道中的机动控制。每台德拉科推进器能够在太空的真空中产生90磅力。

SpaceX公司的工程师约翰·费德施皮尔（John Federspiel）解释说：“我们想采纳龙飞船方案，让它拥有载人能力，我认为我们采取了设计宇宙飞船的新方法，不同于以前的做法，因为我们想让它感觉像是一艘21世纪的宇宙飞船。龙飞船最显著的特征大概就是内部的触摸屏。我们设计这些触摸屏，不仅是为了良好的功能性，也考虑到用户体验。”

飞船里的3个大型显示屏让宇航员赫尔利和本肯能够监视系统、控制飞船。而在1981年到2011年间使用的航天飞机驾驶舱内，采用模拟信号的按钮、拨号盘和控制杆与之不可相比。

两位来自NASA的宇航员一直与SpaceX公司通力合作，让这个太空飞船为它的首次载人飞行做好准备。赫尔利承认，“玻璃驾驶舱”（glass cockpit）要费点工夫才适应。“就实际的物理反馈而言，你当然无法从触摸屏获得物理反馈。”赫尔利说。

“然而，你如今能获得的反馈是显示屏上指示出你刚才碰触了哪里，而手动驾驶太空载具的部分步骤是……我触碰那个按钮，它让飞船上升，我再得到反馈的闪光，说明飞船识别出我的输入。”

飞船通常都是自动驾驶的，而在几类情况下，宇航员可能需要取得手动控制权，譬如说结束与空间站的对接步骤时，那时用触摸屏来控制是“绰绰有余的”，赫尔利补充说。

“假如你穿着太空服，试图要驾驶飞船进入大气层或降落——譬如像我们操纵航天飞机那样——它可能就不是你想要使用的装置。”本肯说。

但是，依照用户体验而调整飞船所牵涉的不仅仅是控制装置的设计。约翰·费德施皮尔说：“当我想到宇航员的舒适性，我想到的是宇航员如何与飞船互动的各个方面。”

“我们有3种不同的座椅尺寸，我们甚至在宇航员身体周围铺设塑模泡沫垫，因此座椅上没有任何受压点，一般言之，宇航员会有一段愉悦的进入太空之旅。”

当宇航员准备系上安全带时，他们将一条从座椅引出的“供应”线插进太空服右大腿处的一个端口。这条“供应”线给太空服提供生命支持系统，包括氧气和电力连接。

“太空服其实是龙飞船系统的一部分，是太空飞船的一部分。我们将其视为由太空服和座椅共同组成的系统。”SpaceX公司负责太空服与乘员设备的经理克里斯·特里格（Chris Trigg）说道。

但是，万一在发射台或者在爬升到轨道的过程中出现任何故障，SpaceX也为太空舱设计了创新的异常中止系统。这个发射逃生系统（LES）包括一组SpaceX公司设计的超级德拉科发动机，它们在紧急情况下会点火，推动太空舱及乘员安全脱离火箭。

道格拉斯·赫尔利点评发射逃生系统时说：“与航天飞机相比，我认为这番设想很伟大。而航天飞机有我们称为的 ‘黑色区’，代表你遇到了故障组合的一些情况下，逃生系统已无关紧要，因为你很可能不会幸存。”

赫尔利补充说，在大多数状况下，太空舱的设计方案比有翼飞行器更安全。

约翰·费德施皮尔解释说，龙飞船在设计时追求“双容错”，意味着它能容忍任意两个设备都失效的情况，所以当一台飞行计算机和一台推进器失效后，仍然能将乘员安全带回来。

按照设计，龙飞船能与空间站自主对接，也就是说，不必由人类来指引。SpaceX公司太空飞船任务硬件与操作部门的主管杰西卡·詹森（Jessica Jensen）说：“龙飞船靠近太空站时，龙飞船上有GPS传感器领路，而且在鼻锥上有摄像头和激光雷达之类的成像传感器。所有这些传感器都向飞行计算机反馈数据，仿佛在告诉我们，‘嘿，我离空间站还有多远？我与空间站的相对速度是多少？’”

接着，基于这些信息，飞行计算机使用算法来决定如何启动推进器，从而最有效触及对接目标。

当龙飞船回到地球时，乘员舱不能像航天飞机一样着陆在跑道上。“我认为，在某些方面，龙飞船返回时比升空时更危险。”埃隆·马斯克说。

在重返大气层时，随着乘员舱以多达25倍音速的速度穿过大气层，遮热板必须抵挡比太阳表面更热的温度。

受制于紧急逃生系统布局，龙飞船拥有不对称的外形，这有可能导致飞船过多翻滚。马斯克说，在过去，这个被称为“不稳定性翻滚”的问题已经被彻底研究，但这件事仍然让他忧心忡忡。

接着，在火光熊熊的重返大气层阶段后，龙飞船需要张开4个降落伞，减慢下落的势头。

最终，载人龙飞船掉进大西洋，激起水花。坠落地点距离佛罗里达州海岸450公里，回收船会在那儿将宇航员带到安全地带，并取回太空舱。

赫尔利说，尽管他本人、本肯以及NASA的其他人都提供了建议，但“这艘载人龙飞船从头到尾都是SpaceX的设计，这点不能搞错”。

他补充说：“看到这艘飞船从初步设计图到如今的样子——切实可操作、干净利落的线条、乘员体验舒适……我们激动地想让它步入正轨。”

资料来源 BBC