龙飞船—美国载人航天的救星
非村科普墙
2026年01月17日 11:10

2011年7月21日,美国亚特兰蒂斯号航天飞机从太空凯旋,在肯尼迪航天中心安全着陆,不久便被送进了博物馆,为美国长达三十年的航天飞机项目画上了略显仓促的句号。这意味着美国的太空运输系统正式宣告退役,也代表着美国失去了用本国火箭向“国际空间站”

运送货物与人员的能力,只能依靠俄罗斯的联盟号载人飞船进入空间站。

货运龙飞船的诞生(COTS)

对于美国航空航天局NASA来说,这样的情况并非不可预见,所以早在2006年1月NASA就提出了名为COTS的“商业轨道运输服务”计划,专门资助私营企业开发低成本太空运输技术,在一系列评估后,埃隆马斯克的太空探索SpaceX公司,用货运龙飞船的前卫设计方案击败了波音等对手,获得了NASA 2.8亿美元的研发资金。

货运龙飞船是SpaceX设计和制造的可复用货运飞船,其主要目标是为国际空间站提供货物上下行能力。它的名字来源于美国的民谣歌曲《神龙帕夫》

可是在2006年时SpaceX公司自研的猎鹰1号火箭三次发射接连失败,公司都濒临破产了,但就像美式个人英雄主义故事里写的那样,SpaceX还是用尽资金做了最后一次尝试,最终在2008年9月28日,猎鹰1号第四次终于发射成功,保住了SpaceX。同年12月,NASA授予了SpaceX价值16亿美元的合同,要求SpaceX完成空间站的12次货运任务,这就是CRS-1任务。

2010年12月8日,货运龙飞船v1由猎鹰9号火箭顺利发射入轨并成功返回,成为人类历史上首个由私营公司研发并回收的轨道级飞船。货运龙飞船v1,高约6米、直径约3.7米、净重约4.2吨、最大载货量约6吨、舱内空间约10立方米,完全是为送货而生,没有生命保障系统,不可以载人。

2012年5月22日CRS-1任务的货运龙飞船成功对接国际空间站,并运送了545公斤物资,成为人类历史上首个对接国际空间站的商业货运飞船,也让美国在停滞一年后重新拥有了向空间站运送货物的能力。

载人龙飞船的诞生(星座计划与CCP)

虽然送货的能力又有了,但人上不去又有什么用呢?所以在COTS进行的同时,NASA也开始了星座计划,其中包含猎户座飞船、牵牛星号登月舱和战神系列运载火箭。按照计划,猎户座飞船可以用战神1号火箭发射进入近地轨道,对接国际空间站,替代先前的太空运输系统。但因为计划刚开始就没有获得足够的资金,某些技术问题也迟迟未能解决,所以项目进展迟缓。最终美国在2010年停止了该计划,但允许已经开始研制的部分继续发展,最终成为如今的阿尔忒弥斯登月计划中重要的组成部分。

在2014年NASA又推出了商业载人航天计划CCP。在计划中,美国私营企业研发载人飞船,而NASA来购买这些飞船的飞行服务。中标的公司分别是SpaceX和波音,SpaceX的方案是将货运龙飞船的设计改进,研发新一代客货两用的载人龙飞船(Crew Dragon)。

载人龙飞船被视作是美国太空运输系统退役之后的新一代载人兼货运飞船,可以重复使用。高约8.1米、直径约4米,整体看上去要比货运龙大得多,载人龙是两舱构型,分为返回舱和非加压货舱,载人飞船容积约9.3立方米、货舱容积约37立方米,起飞质量约12吨、上行运力约6吨、下行能力约3吨。返回舱下安装有8台“超级天龙座”发动机,以备在故障的时候安全逃逸。一开始载人龙使用的是反推减速降落,为此还进行了悬停试验,但最后还是改为了伞降,毕竟空气是免费的不需要花费额外的燃料费,而且还保证了安全性。

另一边,波音的方案则是星际客机(Starliner),也被视作是美国的下一代载人飞船,可载人往返近地轨道,是否可以重复使用暂时不详。也是两舱构型,分为返回舱和支持舱,空载质量最大13吨。研发过程一路坎坷,对比载人龙,星际客机的票价更贵、研发费更高、运载能力更差,所以目前普遍不被大众看好。

载人龙飞船的发展历程

2016年,载人龙飞船成功完成飞船悬停试验。

2018年,载人龙飞船进行零高度逃逸测试,成功在附近海域溅落。

2019年波音的星际客机首飞失败,因为软件错误导致无法对接至国际空间站,同年3月2日载人龙飞船无人试飞(Demo-1)顺利成功入轨返回。

2020年1月19日载人龙飞船搭载着猎鹰9号火箭进行高空逃逸测试。载人龙飞船上安装的8台超级天龙座发动机都成功点火与火箭快速分离,载人龙飞船分离的同时地面人员对猎鹰9号发出自毁指令,以测试龙飞船的逃逸能力,最后载人龙飞船成功降落,测试成功,标志着载人龙飞船已经拥有了载人飞天的能力,美国的载人航天也迎来新的希望。

2020年5月30日,奋进号载人龙飞船成功在肯尼迪航天中心LC-39A发射场搭载着猎鹰9号把道格拉斯·G·赫尔利和罗伯特·贝恩肯送上国际空间站并在64天后成功返回溅落。这不仅仅是载人龙飞船载人飞行验证的成功,更代表着美国在太空运输系统退役之后9年又再一次获得了载人飞船能力,时任NASA局长吉姆·布里登斯廷激动地泪洒控制中心。

之后SpaceX和NASA从客户关系变成合作伙伴,从政府主导研发转向购买商业服务,龙飞船单座成本仅需550万美元,远远低于联盟号的820万美元。目前服役的载人龙飞船有奋进号、恢复号、耐力号、自由号、优雅号,总共执行了19次载人飞行,在2024年NASA续签14次载人龙飞船任务,合同总价值超50亿美元。

未来SpaceX还计划推出深空版载人龙飞船,将运送人类前往更远的太空。

二代龙飞船

现在使用的货运龙飞船是基于去除逃逸系统与生命支持系统的载人龙飞船发展而来,对接机构由通用接驳装置CBM改为了国际低冲击对接装置iLIDS,折叠式太阳能板更换成贴片式太阳能板,外形与载人龙飞船大差不差。可是这些改进也是有缺点的,虽然对接接口的更改让飞船拥有了自主对接能力,但是尺寸减小不利于货物的装卸,虽然相较于折叠式太阳能板更方便,但是贴片式太阳能板阳光利用率有所下降。目前一代货运龙飞船已经退役,运载任务均由二代货运龙飞船来执行。现在现役的货运龙飞船有C208、C209、C211,一代、二代货运龙飞船总共执行了34次运载任务。在未来货运龙飞船会进一步改进,推出龙飞船XL作为支持阿尔忒弥斯登月计划的月球门户空间站的货运飞船。

尾声

美国著名航天科技记者克里斯蒂安·达文波特曾写下:“哥伦比亚号的牺牲,无意中催生了商业航天的黄金时代。”航天新闻编辑、气象学家埃里克·伯杰则说:“如果没有NASA的信任,SpaceX早已死亡;如果没有SpaceX的突破,NASA仍被俄罗斯勒索……NASA与SpaceX的关系不是竞争,而是一场拯救美国航天的包办婚姻——起初互相嫌弃,最终日久生情。”

可以说龙飞船拯救了两个曾摇摇欲坠的机构,对于NASA来说,龙飞船使得美国摆脱了对俄罗斯飞船的依赖,成本降低了九成,重新获得了航天领导地位;对于SpaceX来说从濒临破产到估值1800亿美元,成为商业航天霸主;

而对于全人类来说,龙飞船的存在证明了政府机构与私营航天企业合作的可能,让太空探索更快、更便宜、更可持续。