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为了几分钟失重感,维珍银河&蓝色起源拼过一些事……

航天 | 感谢生活次元投递 2021-07-18 264

这个7月很热闹,双雄对决亚轨道载人飞:7月11日理查德·布兰森搭乘太空船二号尝过初体验;7月20日杰夫·贝佐斯也将乘坐自家新谢泼德飞船体验几分钟失重感。

知名科普播客【天天宇航员】Everyday Astronaut最近适时推出一部长视频《维珍银河太空船二号VS蓝色起源新谢泼德飞船》。为了方便消化、快速浏览和汲取营养,三体引力波对此翻译制作中文版字幕,切成三段视频推送:维珍银河太空船二号解析;蓝色起源新谢泼德飞船;太空船二号VS新谢泼德飞船。

本期推出前两部分内容,并且重点解读一些科普内容,以飨各位读友——

▲维珍银河及其太空船二号:21世纪太空船如此保守,竟然纯手动驾驶?那些鲜为人知的太空船二号背后事……

●亚轨道与轨道飞行区别

先来界定下什么是太空?

太空是通俗叫法,正式叫法为外层空间。太空(外层空间)边界主要有两种界定法,美国空军、美国宇航局通常定义:海拔高度80公里为太空界线,FAI国际航空联合会定义:海拔100公里的卡门线为太空界线。

全世界大多数国家和国际组织目前都以卡门线为准。不过争议一直存在,甚至力图修改太空界线的呼声也从未停止。

所谓太空指的是缺少大气,而不是缺乏引力。引力并不会因为进入太空就消失了。事实上,即使处在100公里的高度,凡是有质量的物体仍然受地球引力的影响,几乎跟海平面相同的引力差不多。具体来说,引力仍有9.4米/秒^2,而海平面的引力是9.8米/秒^2。

回到主角上来,迄今为止维珍银河太空船二号在2019年2月22日实现了最高飞行纪录:89.9公里,未达到100公里卡门线,不过超过了80公里美国空军定义的太空界线。蓝色起源新谢泼德飞船于2018年7月18日实现最高点:118.8公里,超过100公里卡门线,即FAI国际航空联合会定义的太空界线。这就是说,两者都有理有据声称自己进入了太空。尽管转瞬即逝。

所谓亚轨道高度,一般是指距地面20~100公里的空域。相比而言,进入轨道或者说入轨飞行则要高得多,至少要达到300公里以上。很显然,这对两种航天器(亚轨道飞行器、轨道飞行器)要求差异很大。亚轨道飞行器峰值速度3500公里/小时,轨道飞行器至少要达到接近28000公里/小时,后者速度大约是前者的8倍。

所以,自从60年前加加林率先开启载人航天时代以来,全人类总计不到600人进入过太空。截至目前(2021年7月17日),全世界总计有583人进入80公里以上的太空、570人进入100公里以上的太空、567人进入地球轨道。

总计发射过24次亚轨道载人飞行、产生24位亚轨道宇航员,包括NASA最早两次水星任务、13次50英里以上的X-15测试飞行、维珍银河4次亚轨道飞行。即将到来蓝色起源亚轨道之旅将成为自1961年以来第25次亚轨道载人航天。

●企业号太空船二号失事真正原因

维珍银河第一艘太空船二号(VSS企业号)经过4年试飞后,于2014年10月31日在加州莫哈韦沙漠上空突然解体,造成两名试飞员一死一伤。历时10个月事故调查后,2015年7月美国国家运输安全委员会(NTSB)对企业号灾难给出调查报告,当企业号太空船二号发射9秒钟后、进入跨音速飞行之际,飞行员阿尔斯伯里处在不当时点过早解锁尾翼系统,导致尾翼向上压力过大,从而造成飞船毁灭性解体。机长彼得·西博尔德紧急跳伞死里逃生造成重伤,副驾驶迈克尔·阿尔斯伯不幸身亡。

NTSB调查认定,由于设计保障措施不力、飞行员驾驶培训不足、联邦机构缺乏严格监管,以及缺乏飞行经验的副驾驶存在焦虑症等都是导致事故的重要原因。维珍银河公司最终从这起重挫中顽强走出,从技术上彻底解决过早解锁尾翼问题,并且系统性弥补培训和管理上的漏洞。在事故发生4年后,2018年底终于迎来第二艘太空船二号(VSS联合号)首度试飞,一直到最近7月11日公司创始人布兰森亲身初体验,相继四次载人试飞,成功飞越80公里太空边界。按计划在2022年正式推出商业首飞之前,还将安排两次载人试飞。

●太空船二号采用什么火箭发动机?

太空船二号采用独特的混合燃料火箭发动机,使用羟基端聚丁二烯(HTPB)固体火箭燃料,与传统固体火箭发动机不同的是,使用一氧化二氮(N2O)作为氧化剂,最大好处就是在飞行过程中可以开关发动机,这就是固液混合动力的来源。

背后原因其实很简单,这种火箭推进剂只会在发动机加注N2O氧化剂时才会燃烧。飞行员先使用点火器点燃发动机,N2O从氧化剂舱流入固体推进剂,形成固液混合燃烧,只要N2O持续流入,火箭发动机就会持续运转。如果要想关闭发动机,只要切断N2O供应发动机就会关闭——这是绝对简单又绝顶聪明的解决方案。

●为啥说21世纪太空船竟然如此保守?

但凡见过太空船二号的,没有不被超酷超炫外型所折服的。这款太空飞机外型相当超凡脱俗,以气动倾斜的双尾翼设计以及水平稳定器为最大亮点, 被称为「无忧无虑的再入外型」。据说设计灵感来自羽毛球。事实上这是一种被动式气动稳定装置,每当再入返航时,可以让太空船二号保持腹部朝下,从而产生很大空气阻力,起到稳定减速等作用。即使出现某种特殊状况,这种双尾翼设计甚至可以让飞船倒行再入返航。

恰恰这是一架外型超凡脱俗的太空飞机,却让多数人万万没想到竟然100%人工驾驶,飞船完全由技术熟练的飞行员驾驶,没有自动驾驶系统, 甚至没有装配可遥控的自动驾驶仪。飞行全程全靠两名飞行员熟练操作,通过超音速电子控制飞行以及亚音速操纵杆直接操控。

问题是,这么靓丽的21世纪太空飞机为啥如此老派保守?

其实主要原因正因为它是一架「太空飞机」,尽管人们称之为太空船,但外型更符合飞机长相。既然是飞机当然要由飞行员驾驶操作,人们一时很难接受一架没有飞行员驾驶的太空飞机,全程飞行只靠自动驾驶系统。尽管SpaceX载人龙飞船已经做到了,目前绝大多数商用客机很多时段也是在自动驾驶……

不过,面对即将开启的维珍银河亚轨道商业之旅项目,那些准太空游客们更习惯于依靠飞行员驾驶的飞行体验。要是全程没有飞行员的话,整架飞机只有太空游客,这种感觉才是怪怪的,甚至自带惊悚科幻片的节奏。这一点对于一贯精于客户体验的维珍银河来说,这才是最重要的考量因素。不过,据悉第三艘太空飞机——想象号太空船三号可能预装了自动驾驶系统,应该更像是辅助驾驶系统,只作为飞行员人工驾驶的冗余系统。

●为了几分钟失重感,蓝色起源拼过哪些事?

▲为啥蓝色起源航天路径貌似保守?新谢泼德、新格伦火箭起名有啥讲究?新谢泼德箭船系统都有哪些够硬的硬核技术?新谢泼德飞船到底安不安全?万一两个主伞同时失灵飞船将会怎样?新谢泼德自带哪些独一无二之处?为了几分钟失重感,蓝色起源拼过哪些事?……答案都在本视频。

精彩宇航科普视频由Everyday Astronaut出品,中文字幕翻译三体引力波@程亦之,精彩续集持续推送中,下期双峰对决:维珍银河太空船二号VS蓝色起源新谢泼德飞船,敬请关注。


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