商业航天拓展的新前沿 ——全球首次极地轨道载人航天任务分析
美国东部夏令时间 2025 年 3 月 31 日 21:46 (北京时间 4 月 1 日 9:46)，太空探索技术公司 (SpaceX) 在肯尼迪航天中心第 39A 发射台利用猎鹰 – 9 (Falcon – 9)运载火箭成功发射“载人龙” (Crew Dragon) 飞船，执行“前进2” (Fram2)任务。飞船发射后进入极地轨道运行 3.5 天，最终在加利福尼亚州附近的太平洋海域溅落。Fram2 任务打破传统载人航天局限，以极地轨道独特视角满足用户多元需求，展示出 SpaceX 完成定制化太空旅游服务的能力，为载人航天商业化发展提供了又一全新范式。Fram2 是一项私人载人航天飞行任务，由马耳他籍华人企业家王纯资助，SpaceX 公司运营。此次飞行是 SpaceX 公司完成的第三次私人资助的载人航天任务，任务标识如图 1 所示。此前两次任务分别为 2021 年开展的激励 – 4 (Inspiration – 4)和 2024 年开展的“北极星黎明” (Polaris Dawn) 私人载人航天任务。Fram 在挪威语中意为“前进”，Fram2 任务名称源自挪威前进号 (Fram) 极地探险船，该船是第一艘完成北极和南极探索的船只。执行此次任务的航天员乘组携带了一块前进号探险船柚木甲板进入太空。本次任务最大亮点在于飞船从肯尼迪航天中心发射后，向南进入一个 90°的圆形轨道，成为首个从近地轨道飞越地球极地地区的载人航天任务。除了早期“阿波罗” (Apollo) 登月任务，对于空间站上的航天员以及此前所有载人航天任务来说，北极和南极处于观测范围之外。到目前为止，载人航天所达到的最高轨道倾角是苏联的东方 – 6 (Vostok – 6)任务，达到了 65°。任务乘组此次任务乘组包括 4 名航天员 (图 2) ，分别是：指令长王纯、飞船指挥官扬尼克·米克尔森 (Jannicke Mikkelsen)、飞行员拉贝亚·罗格 (Rabea Rogge) 和任务专家兼医疗官埃里克·菲利普斯 (Eric Philips)。与此前任务不同，Fram2 任务乘组中无人持有飞行员执照，且均无航空专业背景或太空飞行经验。图2 Fram2任务乘组(左起为菲利普斯、王纯、罗格、米克尔森)指令长王纯 42 岁，出生于中国天津，作为早期加密货币投资者，他是比特币矿池“鱼池” (F2pool) 和区块链质押服务提供商 Stakefish 的创始人之一，持有马耳他 、圣基茨和尼维斯 (西半球面积和人口皆最小的主权国家) 公民身份。王纯是本次任务的发起人和主要出资人，他为这次任务向 SpaceX 支付了一笔未公开的款项 (据媒体报道支付费用约为 2 亿美元)，并亲自担任指令长。飞船指挥官米克尔森 38 岁，是来自挪威斯瓦尔巴群岛的电影导演兼摄影师，曾在虚拟现实 (VR) 电影摄影、3D 动画和增强现实 (AR) 技术等领域工作，致力于在北极、海洋、航空航天等偏远危险环境中拍摄电影。2019 年，米克尔森担任了极地环绕飞行任务“再绕一圈” (One More Orbit) 的载荷专家，该项目为了庆祝阿波罗 – 11 登月任务 50 周年而开展，使用湾流 G650ER 飞机经两极绕飞地球一圈，创下 46 小时 39 分 38秒的绕飞地球用时最短纪录。飞行员罗格 29 岁，是一名电气工程师、机器人研究员、极地科学家，同时也是德国首位女航天员。她目前正在挪威科技大学海洋技术系攻读博士学位，其研究课题是恶劣条件下水面自主导航、制导与控制。她作为瑞士学术航天倡议组织 (ARIS) 的成员，领导了一项低轨卫星任务。任务专家兼医疗官菲利普斯 62 岁，是一位专业的极地探险家和向导，曾多次成功开展南北极探险活动。他是国际极地向导协会 (IPGA) 的联合创始人，也是极地探险分级认证 (PECS) 的共同创建者，在极地探索领域享有崇高的国际声誉。任务目标Fram2任务有两个主要目标：①成为首个从 近地轨道观测和拍摄地球极地地区的航天员乘组；②开展研究，助力提升人类长期太空探索的能力。4 名航天员在近四天任务期间，完成来自 8 个国家的22个研究项目，包括首次太空X射线拍摄、在微重力环境下种植蘑菇等。此外，在安全返回地球后，航天员在没有额外医疗和操作协助的情况下离开飞船，用于研究航天员在执行太空任务之后无辅助状态下的活动能力。1）太空 X 射线研究 (SpaceXray)：测试首个太空便携式 X 射线系统，展示其对人体骨骼、肺部、牙齿等有机结构以及关键飞行硬件的成像能力，为太空医疗诊断和设备检测提供新手段。2）血流限制 (Blood Flow Restriction)：借助主被动系统，在飞船上的运动场景中演示血流限制技术效果。此技术通过在大腿或手臂上部施加压力，暂时减少肌肉血流，增加肌肉压力，进而提升运动效果与效率。3）蘑菇培育 (Mission MushVroom)：完成世界首次太空蘑菇培育，平菇因其生长迅速、营养丰富、能合成维生素D等特点成为理想的太空作物。该研究旨在探索蘑菇在满足航天员营养需求、减少太空废物以及为火星任务构建可持续生命支持系统中的作用，推动太空食品领域的发展。- 4）强热辐射速度增强 (STEVE) 研究：STEVE是一种大气光学现象，在天空中呈现出紫色和绿色光带，由加拿大的极光观察者于 2016 年底正式发现。不同于极光由发光的带电粒子产生，STEVE 现象由发光的加热气体产生。任务概况此次任务是一项私人载人航天飞行任务，飞船进入倾角 90°的极地轨道，维持 425 ~ 450km 的飞行高度，在任务过程中飞越地球两极上方各 55 次。在该轨道，“载人龙”飞船只需约 46 分钟就能从一个极点飞行到另一个极点。在为期3.5 天的任务期间，航天员乘组通过“载人龙”飞船的穹顶观测地球的极地荒原，并与行业专家沟通，研究极光等异常发光现象。入轨第一天，航天员乘组经历太空晕动症，未打开飞船穹顶，而是适应微重力环境，通过无线电与地面取得联系，在举办“电影之夜”后早早入睡。第二天清晨，航天员的太空晕动症消失，乘组利用X射线设备拍摄身体影像，研究微重力对人体的影响。午夜过后，飞船飞越南极上空，乘组打开穹顶，首次从太空俯瞰地球极地景象。第三天，乘组继续完成一系列科学实验。下午，乘组通过“星链”(Starlink)卫星与地面团队视频会议，与家人交流。第四天，乘组在太空度过 3 天 14 小时 32 分钟后返回地球。“载人龙”飞船首次在美国西海岸着陆，目的是更好控制飞船非加压货舱安全落区，避免残骸坠落在陆地上 (图 3)。4 名航天员在无辅助情况下完成出舱，为未来火星任务做测试。“载人龙”飞船“载人龙”飞船是美国政府资助、SpaceX 公司研制的新一代载人飞船。“载人龙”飞船采用两舱段设计方案，最多可搭乘 7 名航天员，独立飞行时可工作1周。飞船累计执行17次载人任务，包括 11 次美国国家航空航天局 (NASA) “国际空间站” (ISS) 常规任务，3 次“国际空间站”私人航天员任务，以及 3 次商业绕飞地球任务。此次任务飞船编号为 C207，命名为坚韧号 (Resilience)，是该飞船的第 4 次重复使用。通常“载人龙”飞船前舱口标配对接机构，用于和空间站交会对接，由于坚韧号飞船上次执行“北极星黎明”任务，前舱口配备了“天行者” (Skywalker)出舱辅助设备，为执行此次任务，飞船的一项重要改进是将出舱辅助设备更换为单体式玻璃穹顶，这也是历史上入轨的最大单体式视窗，能够在飞船头部获得360°视角。后续任务中，穹顶可以快速移除，更换为对接机构，应用于 “国际空间站”对接任务。由于飞船头部配备 4 台 “天龙” (Draco) 发动机，为避免发动机点火对玻璃穹顶造成损伤，其外部加装了 4 组防热瓦 (图 4)。图4 飞船头部设计从左至右依次为对接机构、“天行者”设备、玻璃穹顶猎鹰 – 9 运载火箭“载人龙”飞船由猎鹰 – 9 V1.2 Block – 5 运载火箭发射。猎鹰 – 9 系列火箭是 SpaceX 公司研制的可重复使用运载火箭，由 NASA“商业轨道运输服务”计划部分资助，已成为美国主力运载火箭之一，一子级陆上回收和海上回收技术也已成熟。火箭为二级火箭，全长 70m，直径 3.7m，发射质量549t，低地球轨道运载能力22.8t，地球同步转移轨道运载能力8.3t。本次任务的火箭编号为 B1085.6 (图 5)，此前曾执行“星链”、GPS、月球着陆器等发射任务。
