【坎巴拉情报局】地球商业飞船Dragon，以及运营商SpaceX公司

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SpaceX不定期更新公司的主页，为普通爱好者提供了一个不可多得的了解航天工业运作的机会。以下图片均来自SpaceX主页的update、论文或会议报告，常去航空航天港的基友都已经看过了。有兴趣的网友可以直接去看该公司的主页 www.spacex.com

总部介绍

SpaceX公司总部位于加利福尼亚州Hawthorne县，距离洛杉矶国际机场不远，总部大楼面积约为51000平方米
SpaceX公司由Paypal公司创始人Musk投资建立，目前拥有雇员约1800人
总部位于加州洛杉矶地区的Hawthorne，在Musk买下来之前是制造Boeing 747的厂房，所以显得特别巨大。这里包括了办公场所、Falcon火箭和Dragon飞船的制造车间以及飞行控制中心。

总部鸟瞰：

车间，这位监工据说退役前在卡布里卡多次参与镇压抵抗战士，那些偷懒的员工可要小心了


飞行控制中心，就在车间的旁边


SpaceX的引擎测试中心位于德克萨斯州Mcgregor，当地居民时常能感受到九台Merlin一起点火时产生的“地震


SpaceX的三个发射场，分别位于夸贾林群岛的里根陆军试验场，卡纳维拉尔角空军基地和范登堡空军基地，其中位于范登堡空军基地的发射场正在修建，暂时还没有照片。

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Falcon 9火箭的制造

发射Dragon飞船用的Falcon9运载火箭，由SpaceX公司自行开发，直径3.66米，下面级装有9台Merlin1C液氧-煤油发动机，上面级则有1台，两级火箭均可回收，全部发动机和一部分组件能重复使用。SpaceX公司有希望实现火箭的有动力、可控制回收，届时，Falcon系列火箭将实现垂直发射、垂直着陆，整个火箭都可以重复使用。无助推器的Falcon9火箭的LEO运载能力为10.45吨，用于Dragon飞船执行常规任务。而双助推器的Falcon Heavy火箭的LEO运载能力为53吨，GTO运载能力为12吨，用于Dragon飞船的远程飞行。



SpaceX公司希望打造最安全的航天器，并且在Dragon飞船上应用许多新技术。Falcon9火箭将不设置逃逸塔，紧急情况发生时，返回舱的SuperDraco推进系统点火，返回舱整体飞出，这样做能保证飞船在整个上升段都得到有效保护。


2010年，Falcon9火箭首次试射，美国空军提供发射系统及测控系统，最终取得圆满成功。Falcon9火箭强调可靠性，9台Merlin1C发动机中的任何2台失效都不会影响火箭的安全飞行。2012至2015年，Falcon9火箭将进行32次发射，其中半数搭载Dragon飞船。



2012年5月22日，佛罗里达州Cape Canaveral空军基地，Dragon飞船发射升空。2012年，SpaceX公司计划用Dragon飞船执行2次商业发射，2013年将达到4次/年，2015年则达到6次/年。



搅拌摩擦焊对于大多数KSPer来说并不陌生，这就是正在搅拌摩擦焊机上进行焊接的燃料箱。


为降低重量，Falcon 9的助推级和上面级均采用Al-Li2195合金制造，这种合金较传统的2219铝合金更轻且更坚固，Falcon9也成为继航天飞机燃料箱之后唯一一种使用Al-Li2195制造的火箭。
下图是助推级液氧储箱和煤油储箱的公用箱底，采用大块的Al-Li2195合金板经旋转成型后造出。这种大尺寸合金板需要特制，得益于Al-Li2195合金的高强度，SpaceX将标准尺寸的商用Al-Li2195合金板经搅拌摩擦焊拼在一起，然后再进行旋转成型，从图上几乎看不到焊接的痕迹。
采用燃料箱共底结构可以减少箭体长度，同时也就降低了重量和成本。


这是组装完毕的助推级燃料箱，可以看到明显的拼接痕迹。


组装好的燃料箱需要涂上一层防锈漆


然后再在外面敷设白色的防热瓦，没错，是防热瓦，因为Musk打算回收助推级和上面级，箭体需要有足够的强度和耐热性以免在再入过程中解体。
图中还可看到组装完毕的上面级。Falcon 9的上面级和助推级采用同样的直径和结构，相当于小号的助推级。这样可以简化工序，使用一台搅拌摩擦焊机就可以了。


复合材料一次成型的级间段，复合材料制造大型承力结构在航空工业已经很常见，但在航天工业似乎才刚起步。
Falcon 9的助推级采用冷分离，从级间段上可以看到三个等间距排列的分离用螺栓状结构。



级间段的另一端，四个黑色物体是回收助推器用的降落伞容器。


上面级的铌合金喷口扩张段，只有0.3mm厚，在2010年12月Falcon 9的第二次发射前的例行检查发现扩张段下缘有两条裂缝，一位维修工人就坐在上图的降落伞容器上用一把剪刀减去了有裂痕的扩张段下缘。


这是整枚火箭最重的部件，九台Merlin 1C和支持结构，重达7.7吨。为了降低造价，助推级使用的九台引擎都是简化版的Merlin 1C，取消了节流功能。Falcon 9通过将其中两台引擎提前关机来实现节流的效果。


即将组装完毕的火箭，地点是SLC-40的水平组装车间，Falcon 9也是第一种采取“三平”发射的美国火箭。

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Dragon的制造

这不是防热大底，而是防热大底的支持结构，相信很多网友都能一眼看出这是复合材料造的。和级间段一样，这些复合材料制造的承力结构在Dragon C1的任务中得到了证明。


在三坐标测量仪上的PICA-X防热块，PICA的缺点是不便于用在防热大底上，NASA的Orion飞船也因此选择了阿波罗时期的Avcoat而非PICA。SpaceX对于NASA的PICA防热块进行了改进（PICA-X的意思是SpaceX版的PICA），使其便于应用到大尺寸的防热结构中。


工程师正在敷设防热瓦，由于PICA防热瓦之前从未在如此大面积的防热大底上使用，SpaceX的工程师留了过多的余量，这已被Dragon C1再入时记录的数据所证实。Dragon C2的防热瓦将变得更薄。


工人正在向成型中的钛合金燃料罐喷保护气体


加工好的半球形燃料罐


Dragon上的18个Draco推进器，单台推力约400N。和其他飞船不同，Dragon使用单一推力的推进器进行姿态控制和变轨，效果如何还有待检验。


组装好的Dragon C1返回舱，防热大底上的红色圆圈是与Trunk相连的支持结构。
Dragon C1在首次再入试验中的着陆精度达到800米，超过了联盟飞船历次着陆的最好成绩。这也为Dragon未来在陆地着陆奠定了基础。


ISS与Dragon飞船联系所需的通讯组件，已由之前的航天飞机任务运抵国际空间站


在航天飞机任务STS-127进行测试的光学辅助对接系统Dragon eye，与日本宇航局的HTV所用的系统类似。Dragon飞船将利用这一系统接近并与ISS驳接。


Dragon eye不同光学通道的成像效果

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Dragon飞船内部设计检查。


商业飞船，必然要强调舒适性。除7个宇航员外，Dragon飞船内部还有足够空间以供其他工作人员直立行走，便于进行发射前准备。
但是要在10m³空间内挤进7名成员,Dragon被定位成标准的太空Taxi概念，完全不强调自持能力，所以舱内空荡荡；拥有相对较大的Delta-v，发射后8小时内完成与ISS对接；可能是由于IT出身血统的缘故，飞船里也没有传统的仪表板面，代之以一台大尺寸多功能平板，效果如何只能拭目以待了。


共计7人进入飞船，参与测试与评估。上排左起：NASA宇航员保障工程组主管Dustin Gohmert， 宇航员Tony Antonelli，宇航员Lee Archambault， SpaceX任务执行工程师Laura Crabtree。下排左起：SpaceX热力学工程师Brenda Hernandez，宇航员Rex Walheim，宇航员Tim Kopra。需要注意的是,这只是用于演示的飞船,并非工作状态。


Dragon飞船返回舱，可重复使用。



Dragon飞船整体,返回舱下并非推进舱,而是一个物资舱。


Dragon飞船整体，在位于佛罗里达州的发射场安装太阳能帆板


发射前吊运


Dragon飞船设置有3套降落伞系统，包括1套主系统和2套备份系统。飞船返回时会释放风向及风速测试器，如果气象条件良好，飞船降落点将会距离理论中心落点100米左右，如果气象条件不好，飞船降落点也将控制在理论中心落点1600米以内。SpaceX公司正在研发可靠的新技术，届时Dragon飞船将不再使用降落伞，而依靠SuperDraco推进系统完成返回过程中的减速，然后在类似于停机坪的空地上降落。


全新的推进系统配置会为飞船提供极强的机动性，包括大气层外和大气层内。


Dragon飞船将可以在太阳系内的任何行星着陆并返回，这当然还要和未来大推力的Falcon火箭，或Boeing公司的Ares火箭配合。

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荷兰物理学家Andre Kuipers作为ISS第30/31成员组的一员亲自参与了龙式太空船与ISS的驳接操作，并用手中的相机记录下这一历史性的时刻。以下所有图片均来自于Andre的flickr图集。
http://www.flickr.com/photos/astro_andre

驳接前一天，Dragon从ISS下方2.5km处飞过，机组对其进行通联测试。Tally Ho, Dragon！


对接当日，Dragon在ISS下方约250米远处等待接近许可，地点是纳米比亚上空


R-bar approach，Dragon正在缓缓接近ISS，地点是落基山脉上空


接近至10米，Dragon将“停泊”在这个位置直至被机械臂抓住。


加拿大机械臂在NASA宇航员Don Pettit和拍摄者Andre Kuipers的操作下抓住了Dragon，由于之前的评审过程耽误了太长的时间，整个驳接操作不得不在背阳面进行的。此时Dragon和ISS均处于自由飞状态，所有推进器关闭，因为任何轻微的扰动都会干扰宇航员的操作。


Dragon在机械臂的牵引下接近对接口


驳接完成


ISS一侧的对接口舱门打开后，露出了裹着金箔的CBM对接口


对接口细节


舱门打开，蓝色的LED甲板灯使得舱内的景象就像科幻电影里的场景。



另附上返回照片...
2012年5月31日，Dragon飞船返回舱降落在洛杉矶以东730公里的太平洋海域


2012年5月31日，成功回收Dragon飞船返回舱

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总结：坎巴拉星人表示地球科技弱爆了....

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占楼过多,伪沙发出租

RuohongZhao

谢谢楼主分享！SpaceX是商业航天的开创典范，当然和NASA的帮助分不开的，不得不承认这种先进的制造/设计模式太值得中国团队学习了，如果有可能，我们国家也应该考虑将航天从绝对的国防利于分开，分流给商业企业研发，也许会让我们国家尴尬的局面有所缓和。

PS
预祝长征5号2014年首飞成功！

PS2：
我觉得这火箭9个发动机并联真的不靠谱啊，当然我知道电脑现在很先进了，但还是减少发动机数量为优。
我国的CZ5是YF120 120吨煤油液氧发动机×4+50吨液氧液氢发动机。LEO25吨，当然，这是极限了。不及SpaceXFalcon 9 Heavy的一般。而且成本肯定会有虚高的问题。而且计算机控制技术有待提高啊～～～不过Falcon 9 Heavy起飞时有27台发动机同时工作，这个故障率会上升很多，但是既然这么自信，说明他们的工艺已经非常达标了。

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YF100
地面级发动机
用途：长征5/7号3.35米/2.25米助推器发动机，长征7号芯1级发动机，长征6号第1级发动机。
分级燃烧循环，液氧-煤油发动机，富氧预燃。
地面推力：1199.19千牛 （122.3吨）
地面比冲：2942.0米/秒  （300秒）
真空推力：1339.48千牛 （136.7吨）
真空比冲：3286.2米/秒（335秒）
液氧流量：296.39千克/秒
煤油流量：113.31千克/秒
总流量：409.70千克/秒
混合比：2.6
喷口面积：1.406平方米
喷口直径：1.338米
喷管面积比：35
推力调节：65%~100%
（电视数据：长3米，重1.9吨）

YF75D
高空发动机
用途：长征5号芯2级发动机，可能用于长征7号（3级GTO版本）芯3级发动机。
完全膨胀循环，液氢液氧发动机，双机并联使用。
真空推力：2 x 81.3kN（2 x 8.3吨）
真空比冲：4340m/s （443秒）
工作时间：700秒
双向摆动4度，两次起动能力

YF115
高空发动机
用途：长7芯2级发动机，长6第2级发动机。
分级燃烧循环，液氧-煤油发动机，富氧预燃。
真空推力: 18吨

YF85
推力：1000N（另有300N，100N，25N 等系列）。
用途：长征6号第3级发动机，长征6号滚控、姿控、推进剂管理等。可能用于未来先进上面级和航天器轨控、姿控。
过氧化氢/煤油辅助动力系统。（另有用途类似的气氧/煤油发动机）
比冲：2793米/秒（285秒）

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此外我国也正在研制YF650，650吨液氧煤油发动机，推理650顿。只在领导视察的画面里面露过2次脸……
还有1000吨级的固体燃料发动机。
以及200吨级的液氧液氢发动机
以上组合将用于长征9号运载火箭，起飞推力大约为5000吨-5200吨不等，超过美国阿波罗时代的土星5号（3500吨），运载能力130-133吨级

当然届时，SpaceX公司的新型火箭和波音公司的AresX还有NASA计划中的SLS都将可能投入使用。俄罗斯嘛……能源号弄靠谱一点就行了……

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RuohongZhao 发表于 2012-11-30 13:40
谢谢楼主分享！SpaceX是商业航天的开创典范，当然和NASA的帮助分不开的，不得不承认这种先进的制造/设计模 ...

9台并机确实拙计.....话说我鳖早就立法规范了民间资本进入航天领域,只是没人涉足而已

fate鸟人

又不尽感叹：煤国又在制造太空垃圾了.....