龙飞船：第一艘私人公司研发的宇宙飞船
微信号：小火箭
微信ID：ixiaohuojian
小火箭出品
本文作者：邢强博士
本系列文章，共分3篇，小火箭将与大家一起探讨如下几个问题：
龙飞船的此次发射有什么不一样的意义？
龙飞船的总体设计情况怎样？
龙飞船与其他飞船的大小对比怎样？
龙飞船是如何与国际空间站对接的？
未来会不会有更新的龙飞船？
能否开脑洞，对龙飞船进行整体气动计算？
上一篇，小火箭和大家探讨了39A的发射场和龙飞船发射的意义。本文为龙飞船系列文章第2篇。
飞船
接下来，我们聊一聊龙飞船吧。（猎鹰9号火箭的总体设计和弹道设计的情况，小火箭已经聊过了，详见小火箭2016年4月12日的公号文章《猎鹰9号：SpaceX公司的成名之作》）
这是货运版本的龙飞船（正在飞行在洛基山脉上空），也就是SpaceX公司接下NASA向国际空间站运送货物大单的主要载具。
货运版龙飞船，高7.2米（早期为6.1米），直径3.7米，飞船增压舱部分的外墙有15°的倾斜角。
飞船的增压舱体积11立方米，非增压舱14立方米，货舱容积共25立方米。能够运载6吨载荷到空间站（早期为3.31吨），还能够从国际空间站带回3吨货物。
和传统的货运飞船一样，龙飞船也依靠遍布周身的不同朝向的喷口在太空中进行姿轨控。
是不是感觉龙飞船四周的喷口有些多？是的，龙飞船一共用了18台姿态控制推进器。
这是冗余设计思想的又一个体现（猎鹰9号火箭的一级9台发动机也是冗余设计）。18台姿态控制推进器中，任意2台出现故障，都不会明显影响龙飞船的姿轨控能力，飞船可继续安全地执行任务。
上图为货运版龙飞船的一组姿轨控发动机（5台1组）。
正在德克萨斯州测试基地进行测试的货运版龙飞船姿态控制发动机编组（5台1组）。
龙飞船的其中一台发动机正在太空中点火工作。
正在进行点火测试的货运版龙飞船的天龙座发动机。
龙飞船飞行在非洲沙漠上空。注意龙飞船在太空展开了一对太阳能帆板。这对太阳能帆板能够为龙飞船提供1500瓦的平均功率（峰值功率4000瓦）。
龙飞船内的直流供电分为28伏和120伏两种。
宇航员安德鲁·库佩斯拍摄的龙飞船的货舱内部场景，看起来还是蛮宽敞的。
非增压舱的后盖打开后，宇航员能够在太空看到地球。
龙飞船的增压货舱顶部有1个边长为1.27米的正方形舱门。这个门对于这个个头儿的飞船来说，算是很大了。其面积为进步号无人货运飞船的3倍。这个设计是为了方便大型空间实验设备的进出。
在厂房中的龙飞船
大小
左边的是货运版龙飞船矮构型，高6.1米，右边的是最近用的高个儿型，高7.2米。龙飞船直径都是3.7米，飞船增压舱部分的外墙有15°的倾斜角。
猎鹰9火箭、联盟火箭与航天飞机的大小比较。
本着一图胜千言的原则：较为著名的多款空间飞行器的大小比较。
载人
这是V2版的龙飞船，也就是载人版的龙飞船。
这个版本的龙飞船也可以搭载一个大型货舱。注意，货舱四周有4片稳定翼，这些可以在飞船逃逸飞行中在大气层内稳定飞船的姿态。详见文章末尾处的测试视频。
载人版的龙飞船使用的发动机为货运版龙飞船发动机的超级升级款——超级天龙座发动机。以双发并联的方式结合为一组。整个载人版龙飞船四周有4组，共8台。
单台超级天龙座发动机正在进行点火试验。小火箭觉得在这里尤为值得一提的是，超级天龙座发动机的很多零部件（甚至包括燃烧室），都是3D打印出来的。在很多人还在讨论3D打印的产品在精度、可靠性等方面是否能够经受住考验的时候，这款发动机已经进行了超过80次的点火试验，累计可靠工作时间超过300秒。
超级天龙座发动机增材3D打印过程。
超级天龙座发动机燃烧室3D打印成品。这个3D打印制造出的部件，耐热3315℃。
在德克萨斯州的测试基地，超级天龙座发动机进行了大量的单台静态点火试验。
采用双台并联布局的超级天龙座发动机，以安装在载人版龙飞船上的角度和高度进行点火测试的组图。该测试完成后，超级天龙座发动机就要装配到飞船上了。
正在进行发动机测试的载人版龙飞船。（吊飞测试）
正在进行发动机测试的载人版龙飞船，摄于2015年5月6日。（自由飞测试、逃逸测试）
实际上，这种能够仅靠自身推力就能在地球表面起飞的能力赋予了载人版龙飞船可以不用借助逃逸塔就能实现逃逸飞行能力。这给将来载人版龙飞船的安全性提供了一定程度的保障。
另外，载人版龙飞船依然采用了冗余设计的理念。8台发动机中，任意1台出现故障都不会显著影响飞船执行预定任务的能力。
整个超级天龙座逃逸系统，从设计到测试成功，用时9个月。这个速度是相当快了。其原因，除了之前对火箭发动机有着大量技术积累之外，NASA在2011年给出的7500万美元的专项资助也功不可没。
按照设计，载人版龙飞船可载7名宇航员。注意，那大屏显示器和座椅、舱壁的设计，是不是已经开始接近人们想象中的未来宇宙飞船的样子了呢？
载人版的龙飞船承载了登陆火星的期望。
脑洞
有关飞船防热大底和再入弹道的问题，咱们已经在小火箭的公号文章《战争黑科技的和平利用：探月飞船回家路》中探讨过了。现在就去年小火箭好友提出的能否对宇宙飞船在大气层内飞行的流场计算问题开个脑洞进行回复。也有人推荐小火箭计算星球大战里的钛战机，这个争取以后也能完成。
在大气层中，龙飞船的太阳能帆板因结构强度问题，会折断，因此不予考虑，只计算了帆板的压力分布。对飞船船体的计算比较用力。可以看到，飞船底部的气流乱如古代豪放派诗人的发丝，这是其飞行阻力的主要来源。
感谢大家对小火箭的支持！
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本文已由邢强博士独家授权小火箭刊发，禁止非授权转载，欢迎朋友圈转发。
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