今晚，SpaceX当众炸火箭，NASA将全程直播 | 迈向太空
北京时间今晚21点（当地时间1月18日上午8点）起，美国太空探索科技公司（SpaceX）将在肯尼迪航天中心39A发射塔架，择机发射一枚猎鹰9号火箭。
与以往不同的是，这枚火箭的升空过程注定不会一帆风顺。升空后不久，它所搭载的龙2载人飞船将会进行紧急逃逸机动。而这枚火箭本身，随后极有可能在空中解体或自主引爆。
用一枚火箭的代价，完成龙2载人飞船逃逸系统的测试。
这是在真正执行载人航天任务之前，龙2载人飞船将要面对的最后一项重要测试。
龙2载人飞船将由猎鹰9号火箭发射升空进行逃逸系统测试| Nathan Koga / NASAspaceflight.com
为什么要测试发射逃逸系统？
载人航天，是航天技术中最闪亮的一颗明星。
由于人类自身血肉之躯极其脆弱，载人航天需要大量复杂技术来确保人类的安全，例如需要特定的火箭、发射场、载人飞船、着陆场系统等，整体成本和技术复杂度陡增。
全世界仅有苏联/俄罗斯、美国和中国这3个国家可以做到。中国也是在21世纪后，才打破了苏美两国50年的技术垄断。
长征2F，中国目前唯一的载人航天火箭，最典型特点是顶部的火箭逃逸系统（逃逸塔）
在载人航天工程的核心技术中，发射逃逸系统无疑是最重要的技术之一。
一枚载人火箭，往往仅需10分钟左右就能将宇航员送入太空。从宇航员进入火箭顶部的载人飞船，直到进入太空的过程，必须保证一旦发生紧急情况，宇航员能迅速逃离火箭。
发射逃逸系统，就是他们求生的唯一可能。
因而，任何一款载人飞船和火箭，都必须经过极其严格的发射逃逸系统测试。
发射逃逸系统要求有多高？
火箭的本质是一枚可控燃烧的超级炸药。推进剂往往极度易燃、能量密度高、且占据了火箭整体质量的90%左右。这意味着，一旦发生危险，后果不堪设想。
例如，苏联曾经的N1登月火箭，重达3000吨级别，连续4次在发射期间爆炸，在人类有记录的人工爆炸（非核）能量排行榜上也都排得上号。最终这款火箭宣告失败，也宣告了苏联载人登月梦想的破灭。
印度在2018年进行了本国载人航天计划的逃逸系统测试
爆炸发生时，逃逸系统必须第一时间迅速工作，将宇航员尽可能安全带离火箭。与此同时，又必须保证加速度不能太大，否则会对宇航员造成永久伤害，甚至死亡。
既要控制好速度，又要控制好方向，难度很大。
例如，1983年苏联联盟号T-10-1任务就启用了逃逸系统，但是造成了最高达16倍的超重，其冲击力相当于驾驶着时速600多千米的汽车在1秒内完全刹停，对宇航员身体造成了极大影响。
发射逃逸系统有哪些方式？
从技术上讲，目前主要有两类发射逃逸系统。
逃逸塔或推进逃逸系统
逃逸塔是目前最为成熟的逃逸方式，它的设计原理简单有效。
逃逸塔安装在火箭顶部，紧连载人飞船，当发生危险时，其上的超级强力固体燃料发动机迅速启动工作，带着飞船逃离火箭。如果发射期间并未发生危险，逃逸塔便会主动脱离。
这是世界载人飞船最主流的逃逸系统设计方式。美国的水星飞船、阿波罗飞船、猎户座飞船，苏联/俄罗斯的上升号飞船、联盟飞船，中国的神舟飞船，印度在研的轨道飞行器，都采用这种方式。
波音的CST-100 Starliner载人飞船采取底部服务舱推进方式逃逸
进入新世纪后，美国商业航天公司给出了另一种类似方案。不同之处在于，他们的逃逸动力系统在飞船本身或飞船底部的服务舱。SpaceX的龙2飞船、波音的CST-100 Starliner和蓝色起源的新谢帕德飞船，都是如此。
龙2飞船还采取了可重复使用发动机和液体燃料，使得这一套逃逸系统能像飞船一样实现重复使用。
2
弹射方式
顾名思义，这种方式将宇航员弹射出飞船，让他们跳伞逃生。它的好处在于，起飞和降落时都能保护宇航员。坏处也显而易见：风险太大。
因而，这种技术只在航天技术尚未成熟阶段使用过。典型案例是苏联上世纪60年代初的东方号飞船，加加林和瓦莲京娜就是乘坐这款飞船分别成为了世界首位男性宇航员和女性宇航员，但他们最后返回地球时需要被弹射出去自行跳伞。
为了争取世界首位，当时面临的风险是现在无法想象的。
双子座12次发射任务，没有逃逸塔存在
美国上世纪60年代的双子座飞船，也设计成了弹射方式，不过这是由火箭特点和原计划的返回技术特点（滑翔翼返回）决定的。即便原定返回方式最终被取消，但在苏美登月竞赛背景下，时间已经不允许美国重新设计逃逸塔方案，因而双子座的12次航天任务，逃逸系统全都采用了弹射方式，也培养出了全部的阿波罗登月宇航员。
但总体上，这种技术并不成熟。
美国的航天飞机在设计早期也采取了这种方案，挑战者号爆炸事故后也考虑过重新恢复这个方案，但最后依然作罢。航天飞机上一般载有7名宇航员，进出通道不可能允许这么多人同时弹出。这也是航天飞机的硬伤之一。
发射逃逸系统要怎么测试？
除了常规的发动机测试之外，全系统测试主要有两步。
静止状态测试
模拟火箭依然停留在发射台上的场景，一旦发生危险，系统紧急启动，将飞船带离发射平台，最终安全降落。
早在2015年，SpaceX就对龙2飞船进行过发射台逃逸测试。
SpaceX龙2飞船的静止状态逃逸测试
2
飞行状态测试
此时火箭已飞行在空中，模拟紧急情况，逃逸系统迅速启动，带着飞船逃离。
这也将是今天测试时的场景。由于这种测试一般需要使用火箭运载，极其昂贵，往往以质取胜。
本次龙2飞船测试亮点在哪里？
龙2飞船的逃逸系统，此前已经进行过多次发动机点火试验和静止状态启动测试。将在今天进行的，就是飞行状态下测试。
在测试时间节点方面，龙2飞船选择了火箭发射过程中受力状态最复杂的时刻：最大动压点。
在最大动压点，火箭整体将受到巨大冲击
火箭发射后，初始阶段依然处在稠密大气区域，因此火箭会受到强烈的大气阻力，又被称为动压，它与火箭速度和大气密度成正比。
虽然火箭飞行过程中速度逐渐变大时，空气密度会逐渐降低，但总有一个时间点，动压会达到极大值。对于猎鹰9号火箭而言，这个点往往在发射后78秒前后，高度为13千米左右。
可以说，这是火箭发射后最危险的时刻。选择这个时间点测试，如果能够成功，无疑是相当有说服力的。
火箭还能回收吗？
猎鹰系列火箭最为出名的，便是回收复用技术。
就以这次测试中将要使用的这枚一级火箭来说，它完成过3次航天发射，这回已经是第4次出征了。
但是，回收复用往往需要火箭首先做到第一级和第二级分离，时间点在发射后170秒前后。
对于火箭整体而言，决定气动性能的核心在于顶部，这也是顶部头锥往往被叫做整流罩的原因。即便有逃逸塔，也会做成尖尖的形状。
龙2飞船并不需要额外的整流罩保护，因为它本身的外形就起到了整流罩效果。
猎鹰火箭飞行过程中，整流罩对于维持火箭稳定效果显著 | Julian Danzer
但此次飞船分离发生在远早于火箭一级和二级分离的时刻，且此时为火箭承受最大气动影响的时刻。
飞船一旦离开后，火箭整体将会遭受巨大扰动，很有可能在空中迅速解体，抑或是SpaceX启动自毁程序，尽力减少整枚火箭的潜在危险。
无论哪种方式，这枚火箭连同它剩余的燃料，都很可能会在半空中化为一大团火球，场面应该会非常壮观。
不过也不必担心浪费，SpaceX目前的一大问题就在于回收的火箭太多、仓库放不下了。趁这个机会清理一下库存，并不是坏事。
这次测试完全成功后，龙2飞船将会获得最终的载人前往国际空间站飞行资格。
而对于NASA来说，这意味着自2011年航天飞机退役以来，美国将重新获得从美国本土发射宇航员进入太空的能力。
难怪，NASA要对今晚SpaceX的“炸火箭”测试全程现场直播了。
作者：太空精酿
编辑：Steed
一个AI
SpaceX每年一炸的指标，这是要主动完成了？
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