道客优

【文/观察者网专栏作者 任念东】

1月19日，SpaceX公司完成了为NASA提供近地轨道载人服务的最后一项测试——“飞行中发射中止测试”，用一枚真实的猎鹰9火箭将“载人龙”飞船发射升空，并在途中模拟发射失败的宇航员救生场景。

这个测试有什么用？

这还得从空气说起。

在飞船发射过程中，高速流动的空气会对飞船产生阻力，这个阻力大致可以用一个公式来表示：

式子中，阻力因子C和面积S都是常数，影响阻力的只有空气密度ρ和速度V。

随着火箭加速，V当然是持续增加的，但是同样随着高度的提升，空气密度ρ又会下降。

因此在火箭穿越大气层的过程中，会出现一个阻力最大的点——最大动压点，也叫“max-Q”。

在上面这张图里，红线是速度，蓝线是空气密度，绿线就是动压，能看到绿线有且仅有一个峰值。

那么，如果在这个最大动压点附近飞船能够安全救生，那么在其他阻力更小的情况下救生应该也能做到。

SpaceX和以前的测试有什么不同？

在NASA的传统中，新飞船需要进行实际的飞行逃逸测试，不过传统上是用较小的火箭搭载发射。这种传统可以追溯到美国最初的载人航天计划“水星”中。

用于“水星”飞船逃逸测试的“Little Joe”火箭

在阿波罗计划中，上升段逃逸测试用的火箭升级为“Little Joe II”。在阿波罗计划的第三次飞行逃逸测试（A-003）中，由于故障，火箭陷入了不可控的旋转中，最终在低空解体。而逃逸系统成功将阿波罗飞船的模拟返回舱在火箭爆炸时“拽”了出来，生动直观地体现了系统设计的可靠性。

<br />

“阿波罗上升逃逸测试”

最近的一次上升段逃逸测试，是2019年7月2日进行的“猎户座”飞船逃逸试验Ascent Abort-2，采用的助推火箭则是“和平卫士”洲际导弹的固体一级发动机SR118。

<br />

“猎户座飞船逃逸测试”

不过，与SpaceX的测试相比，细心的读者朋友应该发现了些许不同。

“猎户座”飞船逃逸发动机点火时，助推火箭并没有停止燃烧，而是在飞出画面前持续工作：

而根据SpaceX公布的遥测画面来看，在“载人龙”飞船的发动机点火后，运载火箭的发动机就关机了。

根据NASA局长布里登斯廷在测试后的发言，逃逸过程中的最大过载是3.5g左右。

“这令人印象深刻。”他说，“本以为（逃逸过程）会很粗暴，但数据并非如此…这给了宇航员信心，如果我们不得不启动逃逸程序，乘坐体验不会那么糟糕。”

3.5g是什么概念呢，是前一阵子出现故障的波音“星际客机”飞船的发射过载上限。

也就是说，“载人龙”飞船在最大动压点附近的逃逸加速度，近似于载人发射的正常加速度。

作为对比，阿波罗飞船和联盟飞船的逃逸过载都在10g水平，“猎户座”飞船的逃逸塔也继承这种优良传统，“跑赢”了还在工作的固体火箭助推器。

产生这种差异的根本，还是在于飞船选择的逃逸方式不同。

飞船的逃逸方式有哪些？

总的说来，在发射阶段采用的逃逸方式主要有弹射座椅逃逸、逃逸塔逃逸和推式逃逸三种。

弹射座椅逃逸主要用于早期载人飞船，以及美苏两国的航天飞机。由于只能在发射的前几十秒保护成员，现在已经基本被淘汰。

苏联“暴风雪”号航天飞机的弹射座椅设计

逃逸塔逃逸是目前最广泛应用的逃逸方式，美国的阿波罗飞船、联盟飞船、神舟飞船、“猎户座”飞船，都采用了由固体火箭发动机组成的逃逸塔。固体逃逸火箭的特点就是瞬时推力大、初始推力大，因此初始加速度大，能够尽快把航天员带离危险区域。

阿波罗飞船的逃逸塔

而“载人龙”飞船和波音的“星际客机”飞船采用的是“推式逃逸”技术，用飞船自带的液体火箭发动机执行逃逸，省去了庞大而沉重的逃逸塔。

液体火箭可以反复点火、重复使用，但是其“爆发力”一般比不过同等级固体发动机。根据新闻，“载人龙”飞船进行发射台逃逸的最大过载是6g，因此在飞行段阻力最大的情况下逃逸加速度下降到3.5g左右也是正常的。

采用“推式逃逸”的波音“星际客机”飞船

说了这么多，为什么要炸火箭呢？

回到SpaceX“炸火箭”这件事上。

不得不说，埃隆·马斯克是个世界级营销高手。

他知道怎么做能够吸引大家的眼球，也知道怎么做能事半功倍达到目的。

在测试的最后，运载火箭被引爆。火箭化作一团火球，“载人龙”飞船成功逃出，安然无恙，宣传效果直接拉满。

也不会有人关心，火箭是在飞船逃逸的同时就熄火，并且在熄火8秒后才引爆。

那个时候飞船加速再慢，也早就飞到安全距离外了，引爆火箭不会有任何负面影响。

甚至“马斯克要炸火箭”这件事，提前好几天就成为了全世界各大媒体的焦点。

稳赚不亏。

认真地说，在许多需要启用逃逸程序的情况下，火箭能够及时关闭发动机，给飞船足够的时间飞离危险区，因此SpaceX在执行逃逸试验的同时关闭火箭发动机的举措并无不妥。

不过还有极少数的情况，发动机不是你想关，想关就能关的。

当然，我们也不必对此有什么额外的担忧，NASA对相关测试有全过程监督和审查。

只要NASA能接受这个设计，那就一定是好的设计。

不是吗？