“载人龙”飞船顺利完成载人飞行试验任务

唐亮 何慧东（中国空间技术研究院 北京空间科技信息研究所）

美国东部时间2020年8月2日14:48，美国太空探索技术公司（SpaceX）名为奋进号（Endeavor）的“载人龙”（Crew Dragon）飞船搭载2名航天员安全返回地球，溅落在佛罗里达州以西的墨西哥湾上。这是“载人龙”飞船首次载人再入飞行，也是1975年“阿波罗-联盟”（Apollo-Soyuz）飞行任务后，美国时隔45年再次在海上接回航天员，标志着飞船载人飞行试验正式完成，SpaceX公司后续将为美国国家航空航天局（NASA）提供正式的商业乘员运输服务。

1 载人飞行试验概况

“载人龙”飞船载人飞行试验任务代号为演示－2（Demo－2），是航天飞机退役后美国首次从本土利用本国航天器将航天员送至“国际空间站”。

奋进号“载人龙”飞船于2020年5月30日发射入轨，飞行19h后将2名航天员送至“国际空间站”。飞船总共在轨飞行近64天，顺利返回并回收，完成最后一项重大试验任务，标志着美国“商业乘员计划”（CCP）取得重要突破，实现利用商业火箭发射商业载人飞船、搭载航天员飞抵“国际空间站”并安全返回的里程碑。

“载人龙”飞船此次飞行试验任务获得了猎鹰－9（Falcon－9）火箭发射，“载人龙”飞船的在轨飞行、对接、返回、着陆，以及地面系统运行等全流程数据，将为飞船最终认证提供参考。

在轨飞行期间，航天员道格·赫尔利（Doug Hurley）、鲍勃·本肯（Bob Behnken）对“载人龙”飞船进行了测试，同时参与了“国际空间站”上的工作，以减轻空间站运营工作负担。2名航天员在站上累计完成了超过100h的科学实验，贝肯还与空间站上的克里斯·卡西迪（Chris Cassidy）完成了4次太空行走，完成空间站电池更换、电源系统更新等任务。

“载人龙”飞船航天员参与的太空行走活动

2 再入返回过程

2020年8月1日19:35，NASA的2名航天员道格·赫尔利、鲍勃·本肯搭乘奋进号“载人龙”飞船与“国际空间站”分离。当对接机构解锁后，飞船发动机实施2次离站点火。离站时，“载人龙”飞船质量约为12.5t。

随后，“载人龙”飞船自主飞行，实施4次飞离点火，逐渐远离“国际空间站”。数小时后，进行1次长达6min的调相点火，降低飞船轨道高度，并将星下点轨迹与着陆区对准。

在离轨减速点火之前，飞船抛掉非密封舱以减轻质量。乘员舱进行约12min的离轨点火，再入地球大气层。抛掉非密封舱并完成离轨点火后，“载人龙”飞船质量约9.6t。

“载人龙”飞船海面溅落

飞船再入时速度约为7.8km/s，再入阶段依靠大气阻力减速，经历最高温度超过1900℃，黑障阶段持续约6min。减至安全速度后，飞船在5500m高度（速度约156m/s）附近打开2具引导伞，在1800m高度（速度约53m/s）附近打开4具主伞进行进一步减速。2020年8月2日14:48，飞船以约7.6m/s的速度溅落在佛罗里达州以西的墨西哥湾上，着陆点位于彭萨科拉市（Pensacola）外海，着陆后飞船切断主伞。

“载人龙”飞船溅落后，SpaceX公司提前部署在着陆场的回收船释放2艘快艇开展先期工作。第一艘负责检查飞船的完整性，并探测飞船附近是否存在自燃性燃料蒸汽。检测完成后，快艇上的人员为飞船回收做准备工作。第二艘快艇负责回收落在水中的降落伞。回收船抵达后，将“载人龙”飞船抬升至甲板上固定，随后打开舱门，医务人员完成2名航天员的初步检查后，航天员出舱。整个过程持续约1h。

航天员出舱后，在回收船医疗区进行初步评估。随后，航天员搭乘直升机回到地面，并从机场换乘NASA的飞机回到休斯顿。与此同时，“载人龙”飞船随回收船返回佛罗里达州的SpaceX公司厂区，进行进一步检查和处理。

搜寻者号（左）和航行者号（右）回收船

3 着陆场准备情况

此次任务中，NASA为“载人龙”飞船的返回选定了7个着陆点，分布在佛罗里达州附近外海、墨西哥湾、大西洋海岸。具体位于彭萨科拉市（Pensacola）、坦帕市（Tampa）、塔拉哈西市（Tallahassee）、巴拿马市（Panama City）、卡纳维拉尔角（Cape Canaveral）、戴托纳市（Daytona）、杰克森维尔市（Jacksonville）外海。根据计算结果，溅落地点通常距离海岸线40～324km。

SpaceX公司在7个着陆点均配备了搜救人员，并分别在大西洋和墨西哥湾配备了2艘回收船，分别为搜寻者号（Go Searcher）和航行者号（Go Navigator）。每艘回收船上搭载40多人，包括NASA和SpaceX公司的飞船工程师、水上救生员、医务人员、船员、NASA货物专家和其他辅助人员等。回收船长52m、宽11m，满载吃水3.1m，载货量420t。除了完成回收“载人龙”飞船任务外，这2艘船在其他任务中还负责回收货运型“龙”飞船，以及用于猎鹰－9运载火箭整流罩的回收。

此次任务中，NASA和SpaceX公司曾对着陆场的天气状况表示担忧。在计划任务时段内，大西洋热带风暴“伊萨亚斯”（Isaias）正沿美国东海岸发展，可能对飞船返回造成不利影响，如果气象条件超出准则，则会考虑推迟飞船返回的时间。为此，本次任务主着陆场选在彭萨科拉市外海，尽量远离热带风暴影响区。

4 后续任务安排

“载人龙”飞船返回后，NASA和SpaceX公司团队将检查整个飞行试验期间飞船的数据和性能，完成系统的认证工作，整个认证流程预计持续6周。顺利完成认证后，NASA将正式进入商业乘员运输阶段，授予SpaceX公司6次乘员运输任务，每次任务将最多搭乘4名航天员，同时向“国际空间站”运送100kg货物。

根据计划，第一次“商业乘员运输服务”（Crew－1）瞄准2020年9月下旬实施，NASA的迈克尔·霍普金斯（Michael Hopkins）、维克多·格洛弗（Victor Glover）、香农·沃克（Shannon Walker）和日本籍野口聪一（Soichi Noguchi）等4名航天员将搭乘“载人龙”飞船飞抵“国际空间站”，执行为期6个月的任务。

目前，SpaceX公司正在准备“载人龙”飞船首次正式的“商业乘员运输服务”，并已将运载火箭等系统运抵发射场。

“载人龙”飞船试验及飞行任务安排

5 结束语

“载人龙”飞船携带2名航天员安全返回，并对发射、在轨运行、返回、再入、回收的任务全流程进行了最终验证，载人飞行试验任务取得圆满成功。

“载人龙”飞船成功完成载人飞行试验意义重大，此次任务是时隔9年美国再次自主将航天员送入轨道并安全返回，标志着美国重新具备了载人航天飞行能力，彻底摆脱了对外界的依赖，“开启新的载人航天时代”。此外，“载人龙”飞船试验任务验证了美国“商业乘员计划”发展模式，并在和波音公司（Boeing）“星际客船”（Starliner）的竞赛中取得了领先，强化了SpaceX公司在美国商业航天中的地位。商业航天成为美国载人航天活动中的一个重要力量，美国后续将持续推进商业载人航天系统发展，提升近地轨道载人航天活动能力；同时还计划在未来月球、火星探测任务中，支持商业航天企业开展活动，进一步推动美国载人深空探索能力发展。