龙-2载人飞船成功对接，人类载人航天进入新纪元

科普中国-科普融合创作与传播 2019-03-05

出品：科普中国

制作：太空精酿

监制：中国科学院计算机网络信息中心

北京时间2019年3月2日15时39分，美国太空探索科技公司（SpaceX）成功用自家的猎鹰9号（Falcon 9）火箭发射龙-2（Dragon-2）载人飞船。一天后的18时52分，成功与国际空间站的和谐号节点舱对接。

火箭发射瞬间（左）和飞船对接国际空间站最后阶段（右）

自从2011年7月19日亚特兰蒂斯号航天飞机（STS-135）从国际空间站离开返回地球后，持续三十年的航天飞机项目最终结束，美国载人飞船再未抵达过国际空间站。这次SpaceX载人飞船测试任务的成功，不仅意味着这个商业公司的巨大飞跃，也标志着人类载人航天一个崭新的时代开始。

那么，这次发射的龙-2飞船，有什么非凡之处？

更加安全

安全性毫无疑问是任何一个载人航天飞船最重要的基本需求。NASA一直是美国载人航天的主要领导者，目前愿意放开载人航天项目给民营航天，一个重要要求就是达到更高的安全性。2011年的商业载人航天项目（CCP）对安全性的要求是：飞船发射上升段和返回下降段宇航员损失比不得超过1:500，即每500次任务最多只能损失1位宇航员。考虑到最长210天的任务周期和各种太空意外，总指标是1：270。

举例对比而言，航天飞机项目要求1:90，俄罗斯联盟号飞船要求是1:110。而实际上，航天飞机在135次任务中失败2次并牺牲了14位宇航员，联盟号飞船是1:87。

龙-2飞船进行的整体紧急逃逸测试

为了达到这个指标，NASA对飞船测试的要求可谓极其严苛。龙-2飞船早在2015年就进行了成功的逃逸测试，按照创始人伊隆·马斯克的说法，后续又经过了数千个小时不同的测试。即便是运载用的新型猎鹰9号-Block 5火箭，NASA也要求达到连续7次发射不得出任何问题，且要进行发射前的静态点火试验。

在这一次无人测试成功后，SpaceX还需要进行一次在轨逃逸测试，才有可能在2019年7月首次执行真正的载人任务。

2.可回收重复使用

龙-2飞船一大特色在于能做到最大限度的重复使用。此前，航天飞机是人类唯一可重复且投入使用的载人航天器具，但价格更是惊人。龙-2飞船在实现可回收和降低成本方面，做出了一系列重大改变。

a.自带逃逸系统。传统载人飞船发射必须携带昂贵的逃逸塔，在发射后两分钟左右就会抛掉。而龙-2飞船自带8台逃逸用SuperDraco超强发动机，可重复使用。

b.无需整流罩。整流罩是火箭冲出稠密大气时保护航天器的重要部分，和航天器共同位于火箭顶部，它要求质量低、强度大、信号通透性强，因而造价不菲。SpaceX因而也一直尝试回收自家猎鹰9号火箭的整流罩，毕竟这是500万美元的产品，然而从未成功。龙-2飞船的设计充分考虑了这一点，可以节约不少费用。

SpaceX猎鹰9号和龙-2飞船组合（上）对比俄罗斯联盟号火箭与飞船组合（下）

c.可更换隔热罩。任何一个载人飞船返回大气过程中，必须依靠隔热罩摩擦减速和烧蚀降温，这是几乎无法逾越的障碍。龙-2飞船的隔热罩/烧蚀层，也能轻易实现模块化更新。

d.火箭亦可回收。龙-2飞船将会搭配猎鹰9号-Block 5型火箭发射，后者的理论可回收次数近百次，不经过大修保养可做到连续10次左右回收。考虑到即便一枚新火箭的造价（6000万美元左右）也要比同行低很多，龙-2飞船使用自家公司的火箭发射费用也将大大降低。

e.着陆方案。目前由于NASA要求和安全性问题，龙-2飞船将采用经典的降落伞和大洋溅落并打捞的着陆方案。按照它原先的设想，飞船可以采用降落伞配合SuperDraco反冲发动机陆地降落，甚至全程反冲降落。未来在克服技术问题后，依然有可能恢复到原先方案。

3. 强大的载人能力

龙-2飞船最多可以搭载7名宇航员，相比而言，美国早期的水星计划、双子座、阿波罗飞船只能载1-3位，苏联/俄罗斯的东方号、联盟号飞船只能载1-3位，中国神舟飞船只能载3位，NASA新一代在研的猎户座飞船只能载2-6位。

龙-2飞船（左）与实际发射的联盟飞船（右）

对比，龙-2飞船有分离的货物区，7名宇航员即便全副武装准备发射，内部空间也要宽敞许多

因而，它的运力能够与航天飞机打成平手。但二者单次发射费用相差悬殊：航天飞机135次任务花掉了2000亿美元，平均约15亿美元一次，而龙-2飞船目前报价仅在单次1.6亿美元左右。单纯从载人航天的角度，性价比可谓极高。

4.新科技的运用

SpaceX代表了美国多年积累的航天技术商业化集中体现，也融合了一系列新技术。例如，8台逃逸发动机是采用了激光3D打印铁铬镍材料制造而来，可重复使用。

龙-2飞船并没有传统意义上的巨大太阳能帆板

它的能量供应依然主要来自太阳能电池板，不过不同于传统飞船巨大犹如翅膀一般的太阳能帆板，龙-2飞船采用了在货舱外壳上贴折叠式太阳能电池片的方式，整体更加集约高效。

龙-2飞船能够实现自动对接国际空间站，并不需要空间站上机械臂的帮助，也大大简单于曾经航天飞机极其复杂的对接过程。一方面提高了安全性，另一方面也降低了总体工作量。

与国际空间站自动对接艺术效果图

为应对突然的失压甚至真空状态，龙-2飞船的设计依然能够让整体正常运行。此外，SpaceX还设计了更加先进的宇航员舱内服，能够保障宇航员在这种紧急情况下的生存，提高安全性。历史上，1971年的联盟11号任务就是在返回地球期间失压，三名宇航员牺牲。

5.更加舒适的内部空间

龙-2飞船能装7人，自然不小。它的内部加压空间有9.3立方米，集中在一个舱段里，非加压舱段也有12.1立方米，即便不载人它也是个优秀的货运飞船。两段式设计，是现在几乎所有新一代飞船的思路，中国新一代载人飞船也将这样设计。

中国新一代载人飞船（上）也将使用两舱段模式，和神舟飞船区别明显（下）

传统的神舟飞船和联盟号飞船载人部分又分成轨道舱和返回舱，导致每一个都很狭小逼仄。因而，龙-2飞船内部基本是一个科幻感十足的布局，空间并不拥挤。

考虑到NASA对商业航天运载器不得超过3倍过载的设计需求，这对人体的压力还没有游乐场的娱乐项目大，普通人的身体素质可以接受。

联盟飞船（左）与龙-2飞船（右）的操作界面也完全不同

它也创新使用了电子触屏操作，与传统的机械控制面板相比可谓是颠覆式创新。与此同时，它也保留了机械控制的备份，增加系统冗余。对于高度智能化的飞船整体而言，宇航员在发射和返回过程中基本不需要复杂操作，整体环境非常友好。换句话说，降低了宇航员门槛。

6.极低的价格

表面看来，龙-2飞船1.6亿美元的价格让人咂舌，但比起其他飞船已经性价比极高。即便不与极其昂贵的航天飞机相比，它比现今国际载人航天市场的联盟号飞船也便宜许多。

航天飞机退役后，一张联盟号“飞船票”的价格猛涨

一艘联盟号飞船仅能运送3人，飞船和火箭全部是一次性。此外，2011年航天飞机退役后国际载人航天市场被俄罗斯完全垄断，NASA不得不面对这一“封锁”局面。导致的后果是NASA为宇航员购买“飞船票”的价格暴涨，现在（2019）已经在8200万美元一张。

相比而言，龙-2飞船大约在2000万美元一张。此外，7人的运力已经足够把国际空间站一整个远征队（常年6人）全部替换。

如果考虑到它拥有货物运输能力，且返回时依然可以携带3吨左右货物，性价比更高。

7.对NASA而言意义重大

进入新世纪后，NASA的发展方向发生了重大转变，逐渐降低工程类项目比重，转向侧重科学研究领域。一个典型的表现就是NASA逐渐退出载人航天市场，让给商业航天，轨道科学ATK（现并入诺格）、SpaceX、蓝色起源、毕格罗、内华达山脉等都在这一波大潮中得以发展。从NASA的角度，充分引入商业航天的竞争和利用它们背后的社会资本，毫无疑问是一件性价比极高的事情，SpaceX无疑是其中的佼佼者。

商业航天发射阶段，联合发射同盟、SpaceX、蓝色起源、轨道科学ATK等同台竞技，最终SpaceX拿出性价比最高的方案：崭新猎鹰9火箭报价6000万美元，复用版可打折。

2018年2月，SpaceX猎鹰重型火箭首次测试时两个助推器成功返回着陆，犹如科幻一般的场景

商业航天货运阶段，SpaceX、轨道科学ATK竞争，现在前者的龙飞船已经执行了16次国际空间站补给任务，后者的天鹅座飞船为10次。

商业航天载人飞船阶段，SpaceX、波音、内华达山脉、蓝色起源等充分竞争，但显然SpaceX目前略胜一筹。NASA仅为龙-2飞船项目投入了大约26亿美元。相较而言，NASA自己研发的猎户座载人飞船已经花掉了超过200亿美元，NASA也给作为SpaceX对手的波音投入了42亿美元，SpaceX的龙-2飞船性价比明显。