文｜中国科普博览 川陀太空
4月1日，某网红主播在直播间卖火箭，还是快舟一号运载火箭，购买定价4500万元的运载火箭发射服务还能优惠500万，到手价4000万元。
快舟一号甲火箭在淘宝直播间卖出 图片来源：CCTV
火箭也能网上买了？火箭为什么没有想象的那么贵？
Part.1 电商史上第一单火箭成交，商业行业正在崛起
快舟一号运载火箭是一个商业性质的小型固体运载火箭，而并非载人运载火箭。目前该火箭已经完成了8次商业发射，近地轨道运载能力为300公斤。也就是说，花4000万元买快舟一号，只能将300公斤的货物送到近地轨道上，并不能将人送上天。
随着商业航天时代拉开序幕，载人航天由以往的国家队运营模式转变成了私企运营，很多私营企业也会将载人航天逐渐变成他们的主要业务。目前美国的SpaceX公司、蓝色起源公司等正在研发载人版的运载火箭和飞船，SpaceX第一次载人发射预计在2021年至2022年进行。
Part.2 成也逃逸塔、败也逃逸塔
载人火箭，最重要的是安全问题，私营企业能否把握好这一关，这是一个巨大的挑战。
早期发射载人飞船使用的逃逸装置是逃逸塔，苏俄联盟系列火箭的逃逸塔已有数十年的历史，使用至今。安装了整流罩和逃逸塔的火箭，逃逸系统以整流罩为逃逸飞行器的主体，启动逃逸塔上的固体火箭发动机之后，可以在2秒左右的时间内将搭载宇航员的乘员舱带到距离火箭2至3公里之外的安全区域。
正在吊装中的火箭逃逸塔 图片来源：NASA
带逃逸塔的火箭主要分为低空、高空和轨道逃逸三种模式，发射后120秒内、高度40公里以内会启动低空逃逸；超过120秒但是在200秒之内，高度在40公里至110公里会启动高空逃逸；110公里高度以上为轨道逃逸，依靠飞船自身携带的发动机进行制动，以高速弹道模式逃逸后再次重返大气层。
以逃逸塔为主要逃生方式的火箭，最危险的地方也在逃逸塔，正所谓成也逃逸塔、败也逃逸塔。
载人运载火箭发射之后，不论是否出现故障，在发射之后第120秒都要将逃逸塔抛弃掉，此时火箭所处的高度在40公里左右。抛弃逃逸塔的目的是减少重量，为火箭最后冲刺助力；同时逃逸塔的发动机推力强大，达到70吨，在40公里以上高度工作时也不太合适。如果在发射之后120秒逃逸塔没有正常点火，那么逃逸塔就无法与火箭分离，飞船就无法进入预定轨道，返回舱的降落伞也无法打开，宇航员则没有生还的可能。因此，逃逸塔不论如何都要在发射之后120秒正常点火，完成抛塔动作，否则后果就不堪设想。换个角度看，逃逸塔在发射正常时要成功点火，发射失败也要成功点火，不点火是不行的。
在过去数十年，载人火箭一直采用逃逸塔作为主要逃生方式，将整流罩纳入作为逃逸飞行器的模式。低空采用逃逸塔逃生，高空采用安装在整流罩上的高空逃逸发动机，入轨之后采用飞船自身动力，这种配置应该说是较为成熟的。在多次关键时刻，逃逸塔都成功地保护了宇航员的安全。
1983年苏联T-10A飞船发射前，火箭还没有点火就发生燃料泄露事故，地面控制人员迅速启动逃逸程序，在宇航员脱离火箭6秒后，发射台就被泄露的燃料给炸了。
这次事故让苏联人记忆犹新，地面控制中心还发现，逃逸塔自动启动线路被泄露的燃料烧掉，导致需要手动启动逃逸塔。万幸的是手动启动之后，赶在火箭爆炸之前，宇航员已经逃逸了火箭。
安装在联盟火箭上的逃逸塔 图片来源：quora.com
2018年10月，联盟MS-10飞船执行任务起降，在发射之后第118秒，四个助推器分离时出现故障，此时逃逸塔已经在第114秒分离，逃生系统启动了高空逃逸发动机。高空逃逸发动机启动之后，整流罩飞行器与火箭分离，接着整流罩内分离螺栓启动完成抛弃整流罩，乘员舱与轨道舱等分离，进入弹道式返回模式。之所以这么称呼，是因为该过程类似弹道导弹弹头再入大气层，于是称之为弹道式返回。
1975年4月，联盟-18A飞船在发射之后288秒发生故障，第二级和第三级无法成功分离，此时飞船所在高度为145公里，联盟飞船启动逃生程序后最大过载达到了21G，仅仅花了21分钟就从145公里轨道高度降落到地面。
但同时，逃逸塔式的逃逸系统也是危险的，整流罩之内还有多个爆炸螺栓将飞船与火箭固定在一起，如果螺栓起爆失败，也会导致逃逸失败。
Part.3 整体式逃逸模式，防护能力升级
2020年1月19日，SpaceX在完成了载人版“龙”式飞船的“飞行中发射中止测试”。这个测试主要是为了验证假如猎鹰火箭在上升段出现问题，宇航员是否能够逃生成功。
在测试进行时，两个假人被放置在猎鹰9号火箭载荷舱中的载人版“龙”式飞船上，发射后1分30秒，火箭第一级发动机关闭，载人版“龙”式飞船启动逃逸程序，8台SuperDraco逃逸发动机点火将“龙”式飞船推离火箭。
猎鹰9号发射过程中测试龙飞船的逃逸系统 图片来源：cloudfront.net
“龙”式飞船的逃逸测试中，飞船的逃逸系统的设计与NASA，苏俄早期逃逸塔有很大的不同，“龙”式飞船采用了整体式逃逸方案，飞船本身就是一个逃生装置，正所谓船在人在、船毁人亡。
“龙”式飞船由两个部分构成：乘员舱和货舱，乘员舱最多可搭载7名宇航员，直接对接在在猎鹰9号火箭顶端，还能充当整流罩的作用。货舱连接在乘员舱下方，可运输非加压货物，同时还起到支撑乘员舱的作用。
龙飞船的主体结构，分为乘员舱和货舱 图片来源：SPACEX
猎鹰9号和“龙”式飞船对接完成之后，不需要再增加火箭的整流罩，连上面级发动机都可以用“龙”式飞船的动力替代。这样做的好处在于，从结构上简化了载荷部分的重量，将整流罩、逃逸塔都整合到“龙”式飞船上，飞船在任何时候都可以启动8台SuperDraco逃逸发动机脱离火箭。
龙飞船的SuperDraco逃逸发动机正在测试 图片来源：teslarati.com
如果“龙”式飞船顺利进入轨道，还能利用8台发动机进行轨道机动，甚至在今后利用这8台发动机进行地外天体软着陆，实现了逃逸、降落、变轨、再入段制动减速多功能化。
整体式逃逸方案我们也可以在波音公司研发的Starliner载人飞船上看到，该飞船在与运载火箭对接完成之后，也不需要整流罩和逃逸塔，整体逃逸模式与“龙”式飞船基本相似。
Starliner载人飞船将逃逸发动机安装在服务舱（货舱）下方，有4台RS-88发动机，一旦在发射过程中出现故障，乘员舱和货舱会一起逃逸。但是，NASA的猎户座飞船却仍然采用逃逸塔模式，可以看出同样都是载人航天发射，国家队和私营企业做出的选择是不一样的。
NASA猎户座飞船仍然采用逃逸塔 图片来源：NASA
飞船自逃逸模式简化了许多逃逸程序，提高了逃生的成功率，飞船自逃逸模式应该是未来载人飞船逃逸的主流模式，这需要在载人飞船设计的时候就嵌入逃逸发动机，这个细节在中国下一代载人飞船上也已经出现！
等到商业航天技术发展成熟，直播带货直接卖载人火箭座位或许也会成为可能，一个座位可能会低至数千万人民币不等。如果说造价4000万的快舟1号都有800多人拍下50万的定金订单，那么几千万人民币的入轨旅游应该也会爆单。
出品：科普中国
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