龙2(飞船)

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November 29, 2021

Dragon 2(也称为 Crew Dragon 和 Dragon V2)是 SpaceX 的美国可重复使用载人航天器,由美国宇航局委托作为商业船员开发 (CCDev) 计划的一部分。旨在将最多 7 人的机组人员运送到国际空间站 (ISS) 并将他们送回地球。 Dragon 2 飞船的货运版本用于向国际空间站运送货物,从商业补给服务供应计划的第二阶段开始,取代该计划第一阶段使用的 Dragon 1 货船。除了载人版增加了特殊的技术手段:紧急救援系统、生命支持系统、信息显示和控制,允许飞行员在必要时切换到手动控制。 Dragon 2 由猎鹰 9 号运载火箭从肯尼迪航天中心的 LC-39A 发射台发射到轨道。该航天器的首次测试发射于 2019 年 3 月 2 日在没有机组人员的情况下进行。 2020年5月30日,载有两名宇航员的载人试飞开始,5月31日,飞船成功对接国际空间站和谐舱IDA适配器,2020年8月2日,成功溅落墨西哥湾彭萨科拉附近。5月31日,飞船成功对接国际空间站美国Harmony舱的IDA适配器,并于2020年8月2日在彭萨科拉附近的墨西哥湾成功溅落。5月31日,飞船成功对接国际空间站美国Harmony舱的IDA适配器,并于2020年8月2日在彭萨科拉附近的墨西哥湾成功溅落。

历史

这艘船于 2014 年 5 月 30 日由埃隆·马斯克 (Elon Musk) 首次展示。 2014 年 9 月 16 日,SpaceX 与 Dragon V2 和 Falcon 9 串联,成为商业乘员运输能力(CCtCap)子项目的两个获奖者之一,并获得 NASA 价值 26 亿美元的合同,以完成该船的开发和飞往国际空间站的飞行认证。该合同包括多达六次(2 次保证)商业航班,以取代 ISS 机组人员,船上有 4 名宇航员。 2017年2月28日,该公司宣布将使用龙V2进行旅游航班绕月飞行。载有两名游客的首次飞行计划于 2018 年底进行,预计该航天器将由猎鹰重型运载火箭送入跨月轨道。2018 年 2 月,SpaceX 放弃了 Falcon Heavy 的载人飞行认证,转而使用可重复使用的 BFR 系统。 2019 年 6 月,毕格罗宣布计划在载人龙飞船的四次发射期间将太空游客运送到国际空间站。 2018 年 9 月,该公司已经向 SpaceX 支付了初始捐款,并打算在 NASA 完成载人飞行航天器的测试和认证计划后开始进行这些飞行。 4 个航班中的每一个都将最多可搭载 4 名游客前往国际空间站停留 1-2 个月。 2020 年 2 月,Space Adventures 宣布与 SpaceX 达成协议,执行载有载人龙飞船的 4 名太空游客的任务。这次任务并不意味着与国际空间站对接,相反,它计划在比空间站轨道高 2-3 倍的轨道上飞行。该任务预计在 2021 年末至 2022 年年中进行,最多将持续五天。 2021 年 10 月,因预订过期而取消航班的消息广为人知。 2020年3月,计划为国际空间站商业部分创建和发射模块的Axiom Space宣布与SpaceX就载人龙飞船的商业任务签署合同。该飞行预计在 2021 年下半年进行,机上有一名专业的 Axiom 宇航员和 3 名太空游客。任务计划持续 10 天,其中 8 天的机组人员将在空间站。 2020 年 11 月,美国宇航局正式认证了载人龙飞船。猎鹰 9 号火箭和相关的地面系统,用于与宇航员定期飞行。 2020 年 11 月 16 日,载人龙飞船作为载人一号任务的一部分发射升空,载有四名宇航员:迈克尔·霍普金斯、维克多·格洛弗、香农·沃克、野口宗一。 2020年11月17日,航天器以自动模式成功与国际空间站美国段和谐舱对接。

描述

Dragon 2 是可重复使用的 Dragon 的先进载人版本,它将允许机组人员前往国际空间站并返回地球。该版本于 2015 年 9 月推出,有 5 个宇航员座位,当时该船设计为七人座,但后来为了减少船员在水上着陆时承受的超载,改变了座位角度,最大胶囊容量减少到四名乘客。与龙货运飞船不同的是,它能够自行与国际空间站对接,无需使用空间站的机械手。最初,在 2014 年 5 月,假设在发动机上进行受控着陆(降落伞方案作为备用)和用于软着陆的可伸缩支撑。据开发商介绍,多亏了 SuperDraco 发动机,该设备几乎可以像直升机一样在任何地方着陆,并且在 8 个发动机中的 2 个出现故障的情况下仍然可以控制着陆。在发动机故障的情况下,着陆由降落伞执行。 SuperDraco 是航天工业中的第一个 3D 打印引擎。 2017 年,由于难以对该系统进行载人飞行认证,该公司放弃了使用 SuperDraco 发动机的引导着陆。船使用降落伞飞溅。可以使用 3D 打印技术进行生产。 2017 年,由于难以对该系统进行载人飞行认证,该公司放弃了使用 SuperDraco 发动机的引导着陆。船使用降落伞飞溅。可以使用 3D 打印技术进行生产。 2017 年,由于难以对该系统进行载人飞行认证,该公司放弃了使用 SuperDraco 发动机的引导着陆。船使用降落伞飞溅。

设计

尽管在视觉上与 Dragon 货船相似,但 Dragon V2 的载人版本包含许多差异和改进,其中包括对载有船员的船舶的技术要求增加。在大气飞行期间保护对接适配器的鼻锥是锥形的,可重复使用。锥体在进入轨道后几乎立即打开,因为它下面隐藏着一个星传感器,它决定了飞船在太空中的方向。在从轨道返回期间,锥体在进入大气层之前是关闭的。对接适配器本身也已更改。代替货物版本上使用的通用 CBM 机制,使用了新的 NDS 机制,它支持全自动对接和从船舶驾驶舱手动对接。对接机制的第二部分早先作为适配器(IDA)的一部分安装在国际空间站上。增加了舰船加压舱内 4 个观察窗的直径。载人版的密封舱包含:一排4座碳纤维座椅,其下方是放置货物的地方(以前计划最多一排三个座位),内部环境控制系统(温度从15到26摄氏度)和生命支持系统,一个带有屏幕的控制面板,可以显示所有必要的数据和飞行指示器(遥测),以及复制航天器主要功能的按钮。太空舱还配备了太空厕所。在飞行的危险阶段,宇航员会穿着 SpaceX 设计的生命支持服,这样他们就可以在机舱减压的情况下幸存下来。Dragon V2 推进系统由 8 台 SuperDraco 发动机组成,将用作紧急救援系统和受控着陆,以及 16 台用于太空机动的 Draco 发动机。发动机系统分为 4 个独立的块,每个块有 2 个双 SuperDraco 发动机和 4 个 Draco 发动机。两种类型的发动机都使用相同的燃料,即单甲基肼和四氧化二氮的混合物,并且可以多次重新启动。每个 SuperDraco 发动机的推力高达 73 kN,在海平面上的比冲量为 235 秒。不过,为了增加系统的稳定性,龙V2上安装的发动机的最大推力将降低到68 kN。 SuperDraco发动机的推力可调范围大,8台发动机在海平面的总最大推力可达545 kN。服务舱,如在船的货物版本中,位于舱室下部的周边。包含:与货运龙相比,航电设备已经过彻底检修。船员生命支持系统。胶囊平衡系统,可更好地控制返回时的再入角。德拉科推进器。由钛和 CFRP 制成的球形复合材料罐,用于 SuperDraco 和 Draco 发动机的压缩氦气和燃料组件。氦气用于在发动机燃烧室中产生高工作压力。双 SuperDraco 发动机已从胶囊周边移到突出的发动机舱中。进入大气所需的隔热罩将使用新的第三代 PICA-X 烧蚀材料。与货物版本相比,重新设计的非加压货舱略有加长,并包含用于船舶温度调节系统的太阳能电池板和散热器。在使用紧急救援系统时,襟翼将有助于稳定船舶。展开成宽翼的太阳能电池板将被更换,以减少机构数量并简化整个系统。相反,太阳能电池板将完全覆盖隔间外表面的一半,当它穿过太空时将面向太阳。展开成宽翼的太阳能电池板将被更换,以减少机构数量并简化整个系统。相反,太阳能电池板将完全覆盖隔间外表面的一半,当它穿过太空时将面向太阳。展开成宽翼的太阳能电池板将被更换,以减少机构数量并简化整个系统。相反,太阳能电池板将完全覆盖隔间外表面的一半,当它穿过太空时将面向太阳。

紧急救援系统

不同于紧急救援系统常见的“拉动”方案,整流罩由位于船顶的固体燃料发动机组成,并在车辆离开大气层后分离(例如,“阿波罗”、“联盟”、“猎户座”) ”),Dragon V2 使用自己的引擎 SuperDraco(“推”方案)应对可能的紧急情况。所有 8 个发动机同时开启,以尽可能快速地与紧急运载火箭保持距离。带有襟翼系统的更新的非加压隔间保持连接到太空舱以稳定飞行。到达 1.5 公里的高度后,非加压舱被断开,航天器进入海洋的过程开始使用制动系统和主降落伞。根据美国宇航局商业船员综合能力计划,龙 V2 载人飞行到国际空间站的认证包括对紧急救援系统的两次测试。

测试

测试应急救援系统

测试于 2015 年 5 月 6 日在卡纳维拉尔角的 SLC-40 发射台进行。测试对象Dragon V2从模拟猎鹰9号火箭上部的架子上起飞,所有8个SuperDraco发动机运行5.5秒,然后在到达1187米的远地点时,货舱断开,几秒钟后,释放了 2 个制动器,然后释放了 3 个主降落伞。发射后 99 秒,该船在距发射台 1202 m 处溅落。船内有一个装有众多传感器的试验假人,试验时最大过载为6g。龙V2在1.2秒内达到160公里/小时,最高时速555公里/小时。

地面试验事故

2019 年 4 月 21 日,发动机测试以载人龙飞船测试舱出现“异常”而告终。从国际空间站返回后为SAS大气测试做准备的航天器的测试包括燃烧Draco分流发动机和SuperDraco紧急救援系统的发动机。测试是在卡纳维拉尔角登陆区 1 的一个特殊展位上进行的。最初,成功测试了 12 台 Draco 发动机,但随后,在 SuperDraco 发动机启动过程开始时,发生了爆炸,导致再入飞行器被毁。 SpaceX 与 NASA 参与的一项调查显示,异常发生在 SuperDraco 发动机在为燃料系统加压的同时点火之前 100 毫秒。初步证据表明泄漏使少量液体氧化剂四氧化二氮进入管道,气态氦通过该管道在高压下注入燃料系统。在系统初始化和压力建立期间,一部分氧化剂高速通过氦气单向阀,导致阀门内部破裂。被四氧化氮包围的钛结构部件在高压下的破坏足以点燃阀门,从而导致爆炸。在测试现场发现的碎片显示出止回阀内部有燃烧的迹象。在该公司位于德克萨斯州麦格雷戈的测试现场进行了一系列测试,以调查异常的具体情况并确定被氧化剂包围的阀门钛结构部件的可燃性。公司采取多项措施解决问题,特别是通过将允许介质单向流动的止回阀更换为之前完全隔离的隔膜安全装置,消除了液体燃料成分进入压力喷射系统的任何路径。在高压下打开。事故发生后,处于不同生产阶段的船员龙舰的分配发生了变化。该船之前计划与两名机组人员(SpaceX DM-2)一起进行试飞,将用于紧急救援系统的大气测试(飞行中止)。该航天器本应执行第一次操作任务以取代国际空间站机组人员,现在被分配进行载人试飞。 SuperDraco 引擎测试,2019 年 11 月 13 日,未在 4 月举行的会议成功完成。

模拟猎鹰9号运载火箭第一级故障时的应急救援系统测试

测试于 2020 年 1 月 19 日进行。测试飞船 Crew Dragon 由猎鹰 9 号运载火箭从肯尼迪航天中心的 LC-39A 发射台发射升空。两级都充满燃料并且与飞行设备相同,但第二级发动机除外,它被质量维度模型取代。运载火箭发射约86秒后,达到1.8马赫左右的规定速度,在最大气动阻力条件下,航天器应急救援系统启动。在 700 毫秒内,舰载计算机依次发出关闭运载火箭第一级发动机的命令,开始对燃料系统加压,将舰艇与上级断开并启动 8 台 SuperDraco 发动机。与导弹保持安全距离。正如预期的那样,此后不久,运载火箭在沉重的空气动力载荷下坠毁在半空中。该船的发动机工作了 10 秒,将其加速到 2.3 马赫,在到达约 40 公里的远地点后,货舱断开连接,并且通过短时间打开分流发动机来重新定位太空舱以释放降落伞。发射后5分钟,在5.8公里的高度释放2个制动降落伞,然后在2公里的高度释放4个主降落伞。发射后 9 分钟,这艘船溅入距发射台 42 公里的大西洋。与运载火箭分离后,该舰在7秒内从536加速到675 m/s,最大加速度为3.3 g。火箭在启动 SuperDraco 发动机 11 秒后坍塌,当时,到船的距离约为1.5公里。测试船缺少驾驶舱内饰板、屏幕和生命支持系统。压舱物被添加到胶囊的底部,以补偿丢失设备的质量。拟人模型被安置在驾驶舱的两个座位上。最初,计划在 2015 年底进行一次飞行中断测试,但由于 NASA 和 SpaceX 希望测试更新版本的航天器,该测试被推迟。试验场也搬迁了:从范登堡基地的 SLC-4-East 发射台转移到肯尼迪航天中心的 LC-39A 发射台,从那里开始载人飞行到国际空间站。因此,测试条件尽可能接近载人发射的条件。该测试计划在第一次轨道无人飞行(SpaceX DM-1)之后进行,大约在 2019 年 6 月,C201 船计划用于它,它在试飞后返回。但在2019年4月20日舰艇应急救援系统台架试验期间发生事故并导致太空舱完全毁坏后,飞行中断试验时间被推迟,原计划进行示范飞行的C205舰艇与船员一起,被重新装备以进行测试。飞行中断测试的时间被推迟,C205 航天器原本打算用于与机组人员一起进行演示飞行,现在被重新装备以进行测试。飞行中断测试的时间被推迟,C205 航天器原本打算用于与机组人员一起进行演示飞行,现在被重新装备以进行测试。

引导着陆系统

2014 年 5 月,SpaceX 宣布了一项计划中的原型船(代号 DragonFly)测试计划,以测试使用 SuperDraco 发动机的受控着陆过程。详细的计划计划已发送给 FAA 以获得适当的批准。这些测试计划在麦格雷戈的 SpaceX 试验场进行。该计划的设计时间为 2 年,每年最多进行 30 次测试: 推进辅助 - 用直升机从 3 公里的高度放下船只,部署降落伞,在发动机上着陆(发动机运行 5 秒)- 2 次测试;全推进着陆 - 用直升机从 3 公里的高度将船降落,仅靠发动机着陆(发动机运行 5 秒)- 2 次测试; Propulsive Assist Hopping - 从地面起飞,部署降落伞,降落在引擎上(引擎运行 25 秒) - 8 次测试;全推进跳跃——从地面起飞、悬停、仅靠发动机着陆(发动机运行 25 秒)——18 次测试 2015 年 10 月,Dragon V2 测试样品交付给 McGregor。 Pad Abort 测试中使用了同一艘船。 2015 年 11 月 24 日,作为美国宇航局商业乘员计划着陆系统认证过程的一部分,进行了 5 秒悬停测试。八台 SuperDraco 发动机以约 145 kN 的总推力输出运行,是该船最大推力的 1/4。计划在获得认证后从降落伞着陆转换为引导着陆,但在 2017 年 7 月,埃隆·马斯克证实,该公司已经放弃了使用 SuperDraco 发动机的 Dragon 2 的受控着陆,因为该系统的载人飞行认证需要付出巨大的努力。另一个原因是该公司取消了红龙飞船的任务,该飞船本应使用相同的发动机登陆火星。

航班列表

载人版

货版

与同类项目的比较

注释(编辑)