NASA與SpaceX測試Crew Dragon系統:保障人員生命安全

該系統名叫「環境控制與生命支持系統」，簡稱ECLSS，是一套由機器、管道、箱槽和感測器構成的複雜裝置，可為宇航員提供空氣及其它生存必備物質。為檢驗該維生系統效果，SpaceX專門製造了一艘測試版本的Crew Dragon飛船。

「ECLSS系統及其下屬系統為研發人員帶來了獨特挑戰。」商業載人航天計劃乘員系統負責人布萊恩·丹尼爾（Brian Daniel）指出，「此類系統必須嚴格管控對人體安全至關重要的參數，如溫度、二氧化碳濃度、氧氣濃度和艙內氣壓等。維生系統的各項功能不僅要有容錯能力、不易出錯，還要在從起飛到降落的整個任務期間始終正常運作。」

圖為工程師正在檢查ECLSS維生系統。

雖然相關測試由飛船製造商開展，但還需NASA工程師驗證測試結果，確保飛船滿足飛行安全性和可靠性的要求。波音公司和SpaceX公司都為往返國際空間站的商業載人航天項目生產宇宙飛船、發射系統和操作網路。

為檢驗該維生系統效果，SpaceX專門製造了一艘測試版本的Crew Dragon飛船。這艘原型機名為「ECLSS模塊」（ECLSS Module），儘可能按照實際升空的飛船打造，以確保在製造和測試過程中了解到的信息可以順利應用在真正的飛船上。

複雜的維生系統網路還需為宇航服提供氧氣、維持艙內氣壓、調節溫度和濕度等艙內環境狀況。它還具備滅火功能，並能清除宇航員呼出的二氧化碳。該系統很大程度上依賴能夠自動調節艙內環境的計算機軟體。在任務的特定階段，宇航員需要穿上艙內宇航服，防止遇到氣體泄漏和發射中止等緊急情況。

「ECLSS模塊」飛船為環境控制系統提供了測試場地。

在研發早期階段，工程師們曾被關在「ECLSS模塊」飛船中四個小時，由ECLSS系統為其提供氧氣和氮氣。這一條件與飛船和宇航員在飛行過程中的經歷十分接近。「『ECLSS模塊』飛船使得我們無需僅依賴計算機模擬和分析，還能真正測試和觀察Crew Dragon飛船的維生系統在自動控制真實艙內環境時的表現。」 SpaceX公司維生系統工程師尼古拉斯·利馬（Nicolas Lima）指出，「對『ECLSS模塊』飛船開展的大量測試已經幫助我們對Crew Dragon飛船的設計和運行做出了改進，接下來還將繼續如此，最終大大提升飛行安全性。」

Crew Dragon飛船將在NASA的「商業載人航天計劃」中將宇航員送至國際空間站。它將搭乘獵鷹9號運載火箭，從佛羅里達州NASA肯尼迪航天中心的Complex 39A發射架發射升空。此外，波音公司也在生產CST-100宇宙飛船，也將用於NASA的「商業載人航天計劃」。NASA已與兩家公司均簽署合同。雙方將先開展飛行測試，然後輪流將宇航員送至國際空間站。

「ECLSS模塊」飛船中使用了透明的地板，但不會出現在真正的飛船中。雖然測試版飛船儘可能地仿照真正的Crew Dragon來製造，但這些透明地板僅供測試使用，以便工程師觀察ECLSS維生系統運行時的內部情況。

NASA希望美國宇航員可乘坐Crew Dragon飛船前往國際空間站。通過艙內的四扇舷窗，乘客可飽覽地球、月球和太陽系美景。此外，乘客座位均由高級碳纖維和高檔反絨皮面料製成。

一旦NASA專家完成對飛船本體、發射系統和其它飛行系統的檢驗，便將對ECLSS維生系統和其它保障飛行安全的必備系統開展終極測試。Crew Dragon飛船乘員艙高約20英尺（約合6米），直徑12英尺（約合3.6米），一次最多可攜帶7名宇航員。

「2012年，Crew Dragon飛船成為了首艘將貨物運送至國際空間站的商業飛船，此前只有政府機構能夠實現這一壯舉。」 SpaceX指出，但Crew Dragon飛船在設計之初就採用了載人飛船的思路，如今SpaceX正在完成必要的改進，使之變為現實。Crew Dragon可提供舒適的飛行體驗。通過艙內的四扇舷窗，乘客可飽覽地球、月球和太陽系美景。此外，乘客座位均由高級碳纖維和高檔反絨皮面料製成。」有了該飛船之後，美國宇航員就無需再搭乘俄羅斯聯盟號運載火箭前往國際空間站了。

NASA希望SpaceX公司和波音公司能在兩年之內開始運送宇航員，減少對俄羅斯聯盟號運載火箭的依賴。與聯盟號不同，Crew Dragon飛船將利用推進器降落在地面上，而不是落入海洋中。SpaceX 指出：「該系統可使Crew Dragon 2代飛船降落在地球或其它行星表面，精確度堪比直升飛機，無需受海洋限制。」

Crew Dragon飛船還配有先進的緊急逃生系統（已於今年早期接受了測試），發生事故時可迅速將宇航員轉移到安全地帶，加速度僅與過山車差不多。對於宇航員來說，這點壓力可謂不值一提。

Crew Dragon的ECLSS維生系統可為乘員提供舒適而安全的飛行環境。宇航員可將艙內溫度設定在65至80華氏度之間（約合18.3至26.7攝氏度）。艙內顯示器將提供飛船性能的實時信息，包括飛船在太空中所處位置、飛行目的地、以及登陸地點環境等。

除遭遇緊急情況外，乘員無需操控飛船，因為Crew Dragon是一艘全自動飛船。不過，它也可由艙內宇航員和SpaceX地麵糰隊進行監控與控制。

2015年5月，SpaceX成功發射了新型Crew Dragon飛船。飛船升空共啟用了八台推進器，從起飛到降落僅用了1分39秒，最終成功落在大西洋中。此次試飛證明，若發射塔出現緊急情況、如有爆炸風險時，Crew Dragon乘員艙可與火箭脫離，將宇航員送到安全地帶。這一測驗名叫「發射段應急脫離系統試驗」。任何載人航天飛船都必須通過這一測驗。每台飛船引擎可產生15000磅推力（約合6800千克），可使飛船飛到1500米的高空中。

在此次測試中，飛船返回時落在了海洋中，但今後SpaceX計劃讓其降落在地面上。一位名叫「巴斯特」的假人代替宇航員參與了此次試飛。它的身上裝有各類感測器，可幫助工程師研究人類在加速度極大的情況下如何從緊急情況中脫身。此外，飛船也沒有真的搭乘運載火箭發射升空，只是獨自被固定在發射塔上，然後由八台推進器將其發送到「安全地帶」。

「此次測驗無需做到盡善盡美，我們的主要目標是獲取儘可能多的數據，幫助Crew Dragon飛船為2017年開展首次載人任務做準備。」 SpaceX公司在發射前表示。但此次試飛對於SpaceX公司的載人航天目標而言具有里程碑式的意義。

「載人航天才是SpaceX公司成立的主要原因。」 SpaceX任務保障部門副主席漢斯·庫尼斯曼（Hans Koenigsmann）指出，「發射段應急脫離系統試驗證明我們已經研發出了革命性的新系統，可保障宇航員安全。這是我們對Crew Dragon 飛船開展的第一次重要測驗。」該飛船上配有溫度、聲學等多種感測器及麥克風裝置，以便獲取儘可能多的數據。Crew Dragon飛船的下一個目標是通過「飛行中應急脫離試驗」，屆時將採用相同的發射應急脫離系統，在飛行過程中將飛船轉移到安全地區。