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【航天】William: SpaceX載人龍飛船試射成功 美國重回載人航天行列

香港時間星期日凌晨3時33分,經過兩日多的延宕,美國兩名太空人首次乘搭由SpaceX研發的載人龍飛船,由一支獵鷹9型火箭發射升空,並已於17小時後靠泊國際太空站(下稱ISS)。這不但是獵鷹9號火箭及SpaceX的首次載人發射任務,也是美國9年來再次展開載人太空任務。而由於SpaceX作為私人公司,這也是史上首次私人企業載人航天發射任務。

載人龍飛船(下)及波音Starliner(上),與及它倆的發射載具的比較。(網絡圖片)

 

 

關於其發射載具獵鷹9 BLK 5之性能,以前已略略提過,暫不贅述。不過需要指出的是獵鷹9FT及 BLK 5 62次發射任務,只有一次發生意外,且是在燃料灌注時爆炸,若加上重獵鷹,成功率達到98.4%,算非常高,所以若作為載人飛船發射載具,其實挺合適的,加上重用技術的成功,其價格是很大誘惑:成本只需6000萬至7000萬美元,相對地使用阿特拉斯5型V22構形火箭需要1.1億美元,價格差距也太大了一點,價格及效率上有相當大差距。

載人龍飛船升空的實況。

 

載人龍飛船(或稱龍飛船2號)基本架構由之前負責載貨的龍飛船發展而來,原本是參與NASA的商業載人航天項目(Commercial Crew Development),該計劃原意是靠商業化/成本較低的可重覆使用載人發射艙,進行太空站人員換更任務,同時回復美國的載人航天發射能力、擺脫自2011年以來對俄國聯盟飛船的依賴。這份航天「大生意」最終由SpaceX及波音獲得,發射任務也由他們瓜分,不過條件是要於2020年前完成載人航天載具的發射測試工作,方能獲得至少未來六份的發射合約。

CRS-21運輸飛船,載貨為6噸,設計上可重覆使用五次。事實上其和載人龍飛船幾無分別,大概只有內艙的座位與控制面板被移除而已。(網絡圖片)

有趣的是,和波音CST-100 Starliner載人飛船不一樣,載人龍飛船是發展成兩個子型,即載人版和CRS-21載貨版。後者將於今年10月開始發射,作為商業補級服務(Commercial Resupply Services) phase 2的三種可重覆使用的補給飛船之一,同時也是載貨量最大那艘(達6噸)。至於載人版龍飛船,共設兩層並最多有七個座位,雖然比波音的CST-100 Starliner載人飛船輕至少3.5噸,空間也較窄,但再入返回部分較輕,相對操作性也比較容易。另外飛船在大部份情況下是全自動操作,包括與太空站氣閘的對接

各國現役及研發中載人太空船的橫向比較。由於部分太空船有兩種任務規格,所有全重有兩種數據。(網絡圖片)

 

載人龍飛船有一大特點,就是沒有發射台或中低空逃生用的逃逸塔,其是使用附在機身上的SuperDraco引擎加速逃離故障的火箭。該引擎以具毒性的聯氨為燃料、四氧化二氮作氧化劑。聯氨雖具毒性,但其及氧化劑均能常溫儲存,且一經混合就立即燃燒,不需要點火裝置,可靠度高且減重顯著。如不需使用於逃逸,該引擎也能使用於再入降落時的減速用。本機仍然配備降落傘,但只用在海上降落,陸上降落的話直接點燃SuperDraco引擎作反推緩衝降落用。

載人龍飛船共有八組每組推力為16000磅的SuperDraco引擎,可讓重返太氣層的太空船在25秒之內由自由落體速度變成零,從而實施落。(網絡圖片)

 

今次任務和載人龍飛船最主要任務設計一樣,就是把太空人送上ISS,而今次任務的乘員分別是53歲的太空人Douglas G. Hurley及49歲的Robert L. Behnken,他們兩人會逗留ISS數日,然後乘船重返大氣層。有趣的是,前為陸戰隊F/A-18E飛行員的Douglas Hurley同時也是對上一次美國載人太空任務STS-135(也是太空穿梭機最後一次任務)的指揮官,同時也是負責籌劃載人太空任務的助理主任,並負責後續太空人的培訓工作。今次任務可謂頗有傳承之味。

龍飛船接近ISS後,自動接合系統運作的CG動畫示範。

 

不過今次的航程所需時間還是比俄國的聯盟號為慢:之前Demo 1和今次第一次載人飛行,似乎都需要19-27小時才能到達ISS,而以聯盟MS飛船多次發射為例,由於ISS剛巧在發射前一段短時間飛過發射台正上方,更容易入軌,且聯盟號太空船原本較輕,而且發射的火箭達到三節(到第三節燃燒時質量已比獵鷹9的第二節輕得多),初始軌道已達198公里*254公里,故太空船只用了6小時左右(大約繞地公轉了6圈)就升到ISS附近並進行對接;相應地,載人龍飛船重量多約2噸,初始脫離獵鷹9第二節火箭時,軌道只有190公里 x 205公里,需要更多時間調整,才能進入ISS的軌道。

Jose Fernandez最近的名作是《正義聯盟》系列中蝙蝠俠的戰衣。(網絡圖片)

 

新式太空衣原來也是SpaceX的出品。事實上這種太空衣的正式名稱是Launch and entry suits,由荷里活的著名戲服設計師Jose Fernandez設計,其遠較過去的絕大部分太空衣都要緊湊,其原型最早在重獵鷹初次試射載荷-一架特斯接電動車的假人司機身上出現。

相對於2018年初披露的原型,SpaceX的最終版艙內服有了一定比例的膨脹,但相對於過去的艙內服,仍然相當緊湊。(網絡圖片)

 

SpaceX對於這種太空衣的詳細設計並沒有太多披露,不過必須指出,現階段這只是一種艙內工作服,應該只有基本的通訊與恒溫系統,適合在太空船出現維生系統損壞(例如低壓環境)的情況下仍能工作自如。它沒有姿勢制禦系統,也沒有抵禦極端溫度的水循環系統,更欠缺防輻射夾層,也沒有支持達8-9小時的生命維持系統,所以並不適宜出倉工作或於弱磁場星球(如火星)的戶外活動。至於SpaceX是否有意將它改成全功能型艙外服,就不得而知了。

阿斯拉達V型火箭及已經裝上的RD-180引擎。留意的是,RD-180雖有兩個噴嘴/燃燒室(RD-170更有四個),但燃料泵只有一組,故仍被視為一個引擎。(網絡圖片)

 

當然,這次試射事實上也代表美俄在冷戰後多年的太空合作關係漸行漸遠。美俄在冷戰完結後為示友好團結,同時讓美國太空事業節省發射成本並「養活」俄國火箭引擎製造公司,開始購買RD-180型火箭引擎(最強火箭引擎RD-170的燃燒室刪減版本)並安裝於運載火箭上。2002年後,太空穿梭機發射次數大減,為節省美國太空人前往ISS的開支,部分太空人轉搭更便宜的俄國聯盟號飛船前往ISS,至2012年後更變成只依賴聯盟號前往。這段時間美國共付俄國約合39億美元,送了共70人次的太空人與貨物前往ISS。然而今次試射成功,美國勢將把載人發射任務拿田自己手中(事實上聯盟MS 16任務完結後美國就不讓太空人乘俄國飛船了),再加上RD-180引擎採購在2025年前完結,美俄冷戰後的太空合作似乎亦正式完結。這不能不否認和美俄近年關係冰封有關,然而對Make America great again的特朗普來說,找俄羅斯合作也有辱其宗旨,美俄太空關係結束也許是無法避免之事。

 

【航天】William: 波音禍不單行 最新載人飛船初次試射失敗

 

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William Lam
現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

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