每日最新頭條.有趣資訊

馬斯克又成功了!為什麽說SpaceX載人飛行是歷史性壯舉?

文/魏欣

當地時間5月30日,SpaceX載人龍飛船在佛羅裡達肯尼迪航天中心順利發射升空。宇航員羅伯特·貝肯和道格拉斯·赫利搭乘飛船前往國際空間站。這次發射是人類第一次乘坐商業飛船飛往太空。

圖片來源:NASA

4月17日,美國宇航局局長吉姆·布裡登斯廷在推特上宣布,將重啟載人航天計劃。這是將近9年之後,美國再次從本國土地上,使用美國航天載具進行發射。按照這項名為Demo-2的計劃,宇航局使用SpaceX公司的獵鷹9號火箭和龍飛船,運送兩名航天員前往國際空間站。之所以計劃命名為Demo-2,是因為在2019年3月的Demo-1發射計劃中,SpaceX公司成功的證明了自身的載人航天能力。本次重啟計劃的重要意義不但在於美國重新具備了載人航天能力,而且這是美國在太空梭時代結束之後,再次嘗試使用可重用航天器進行載人航天。

為了本次發射,美國進行了長時間的研發、測試和準備。宇航局授權SpaceX和波音公司競爭載人航天任務和開發宇宙飛船,並在2014年分別支付了26億美元和42億美元的項目資金。其中波音公司開發的Star-liner宇宙飛船在2019年12月使用與洛克希德·馬丁公司共同開發的Atlas V型火箭進行了首次驗證性無人發射。但是由於軟體錯誤,Starliner飛船未能按照計劃抵達國際空間站。SpaceX不但在Demo-1計劃中成功抵達了國際空間站,而且在今年1月進行了飛行中止測試。在測試中,SpaceX在一級火箭飛行過程中有意炸毀了火箭,而降落傘帶著宇宙飛船安全降落。這表明該公司有能力在發射出現意外時,將宇航員安全帶回地面。它也是美國重新啟動載人航天項目前的最後一個關鍵性測試。

作為航天大國,在2011年“亞特蘭蒂斯”號太空梭的最後一次執行任務之後,美國已經約9年時間沒有能力進行載人航天了。在這9年時間裡,美國只能通過俄羅斯的聯盟號宇宙飛船向國際空間站運送宇航員。美國需要為每個宇航員向俄羅斯支付約8600萬美元的“船費”。2003年2月1日,“哥倫比亞”號太空梭意外失事,這促使了小布什政府對於美國航天計劃的反思。由於以太空梭為載具的載人航天項目過於昂貴的發射費用和過高的事故率,2010年,美國宇航局正式決定將日漸老化的太空梭全部退役。

那麽,為什麽太空梭最終被SpaceX的可重用火箭和宇宙飛船取代呢?

自上世紀70年代阿波羅登月計劃結束以來,美國就一直在嘗試通過可重用航天器來降低太空探索成本。在阿波羅11號成功登陸月球之後,美國民眾和國會對於與前蘇聯繼續進行太空競賽的熱情就一直在降低。在上世紀60年代,宇航局的預算曾經達到過聯邦政府總預算的4.5%。由於阿波羅13號在前往月球過程中服務艙氧氣罐爆炸事故和當時越南戰爭對美國造成的財政負擔,國會考慮逐步削減對宇航局的資金支持。美國民眾當時對於太空探索造成的龐大開支的反感在之後很多以探月為主體的電影中都有體現。此後計劃中的阿波羅18號、19號和20號被相繼取消。

1972年,尼克松政府批準了太空梭計劃。根據宇航局提議的名為“宇宙運輸系統”的計劃,太空梭被作為一種可重用載具開發出來。當時的設想是,在近地軌道建立空間站。由太空梭頻繁往來於地面和空間站之間。然後再以空間站為平台,從那裡向深度太空發射核動力飛船。使用太空梭的目的有兩個:第一是可重複使用降低成本;第二是作為軌道艙為永久性空間站的建設提供支撐,然後從那裡出發探索火星。太空梭可以同時運送人員和有效載荷(如衛星),非常符合美國政府和軍方的設想。由於上世紀70年代的太空預算只能達到上世紀60年代的一小部分,尼克松總統從這項龐大的計劃中隻選擇了太空梭,而去掉了空間站和火星探索計劃。

以當時的技術能力和為了節省預算的設計思路,太空梭計劃天生存在重大缺陷。而這恰巧是設計者在當初想要極力避免的。在阿波羅計劃和其他國家的載人航天項目中,宇宙飛船通常位於運載火箭的頂端,遠離燃料倉和發動機。一旦發射出現事故,宇航員可以通過火箭頂端的逃逸塔迅速飛離危險現場。而太空梭在發射過程中與左右兩枚固體火箭助推器保持平行,這種設計使航天員座艙過於靠近危險部件,並且缺乏逃學生手段。在1986年“挑戰者”號的事故中,右側助推器的O型環失效,導致內部高溫高壓、氣體泄漏,擊碎了外部燃料倉。在2003年“哥倫比亞”號的事故中,燃料倉上的泡沫塑料和冰在脫落過程中擊碎了飛機左翼的隔熱瓦。受損的太空梭在24.5馬赫的高速下最終解體。

從後來的實踐看,太空梭計劃是人類探索太空過程中最危險的項目之一。其中兩次事故損失了5架太空梭中的2架和14名宇航員,並且在135次任務中失敗了兩次。在1986年“挑戰者”號事故的調查報告中,著名物理學家理查德·費曼就在附錄中預測太空梭的事故率應該在1%左右。實際上太空梭的事故率達到1.5%,遠遠超出了宇航局在設計之初估計的每10萬次飛行失敗一次的數據。原本太空梭的設計目標是提升發射頻率至每年50次,但是由於返航後要進行複雜的檢測和維修,最終只能做到每年完成4次發射任務。從成本上來看,1972年以來,美國共為太空梭項目支出1960億美元,分攤到每次發射總成本約15億美元。從數據可以看出,太空梭計劃完全違背了降低成本的初衷。

雖然從人類對宇宙的探索來看,太空梭項目毫無疑問是失敗的,但是它降低了對宇航員身體素質的要求,提出了可重用航天器的概念,做出了先行者的偉大嘗試。今天,美國首次使用可重用火箭進行載人航天將是更加具有歷史性的壯舉。這意味著現代科技成果將有可能實質性降低太空開發成本,甚至有可能為經濟、文化和社會發展做出重大貢獻。正如前蘇聯的火箭專家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基所說:“地球是人類的搖籃,但人類不可能永遠被束縛在搖籃裡。”

作者為專欄作家,曾在美國供職於大型共同基金管理公司

獲得更多的PTT最新消息
按讚加入粉絲團