马斯克亲手打造的 SpaceX,技术到底牛在哪?

了解了整个发射任务的操作流程和飞控系统的工作逻辑之后,我们再来讨论触屏这件事。

根据宇航员之前接受采访透露的情况, 采用触屏是 SpaceX 和宇航员、NASA 之间讨论的结果,最终决定是 SpaceX 作出的。

其实,触屏对于这一次任务来说并非成败的关键。 这两名宇航员都有着多年美军各部门试飞员经历,至少20年的 NASA 宇航员训练经历,上太空也不止一次了。因为在龙飞船之前美国宇航员需要借助俄罗斯火箭上天,许多宇航员对联盟号飞船也十分熟悉。

换句话来说,正是因为他们有着远超常人可以想象的经验,用不用触屏都没有太大的关系。

重点在于他们具备这些经验。如你所见,尽管龙飞船的自动化程度已经是目前航天的尖端水平,在不可避免的灾难到来时,他们仍然可以借助训练经验来接管飞船,继续完成任务或者中止任务返回地球。

毕竟龙飞船不是特斯拉,NASA 和 SpaceX 也不是驾校。 触屏确实让人们对未来的太空旅行更有信心,但至少在现阶段,它的出现并不意味着飞船驾驶像很多人想象的那般简单。

 宇航员 Bob Behnken 和 Doug Hurley

关于龙飞船极简的操作界面,有一张对比图广为流传,人们看到它无不盛赞 SpaceX 的技术之先进,可以隐去成百上千个按钮,给宇航员一张看起来十分简洁的操作界面:

龙飞船很先进这没错,但这张图也确实在人们的脑海里造成了一些误区。

一个最直接的误区就是,龙飞船和航天飞机 (太空梭 space shuttle) 其实没有可比性。

航天飞机体型显著更大,运载能力更强,有着更复杂多样的功能。比如,当运行在地球上空600千米左右轨道上的哈勃望远镜需要维修维护时,就需要航天飞机上去,用舱内的机械臂抓住它,然后再由全副武装的宇航员进行操作。航天飞机上的按钮一定会更多。

而龙飞船只是地球到太空的交通工具,它本身就没有被设计更多的功能,再加上更加全面的自动化飞控系统,按钮只会比航天飞机少得多。相应地,用触屏来取代按钮和开关,去掉用户界面的杂乱,降低宇航员的压力,是更符合直觉的设计。

虽然触屏一开始不习惯,两位宇航员并没有否认它的先进性。Behnken 表示,对于他们这一辈习惯了60年代按钮和开关的宇航员来说,触屏这样的现代界面令他们感到很兴奋。” Hurley 也表示,“触屏是航天载具的未来。”

使用触屏确实有一些好处,最直接的就是触屏操作更加直观了。

按钮和开关太多的一个不完美之处,就是操作和反馈在视觉上的异步。举个例子来说,如果在老机型上进行某个操作,对应的按钮可能在宇航员的左手边,而按下按钮反馈的效果可能需要在头顶的屏幕上才能显示。

而通过 Chromium 内核和 JavaScript 开发的 SpaceX 触控图形界面,在屏幕上按下虚拟按钮后,对应的操作结果可以直接在画面上体现。

一些“云宇航员”喜欢说按下按钮、拨动开关有触感反馈,触屏做不到,但实际上能够在触控图形界面上看到反馈结果,触感不触感的,就显得没那么重要了。

而且,本次任务的龙飞船使用了 三块屏幕 ,上面提供了足够多的信息,包括并不限于当前的高度、速度、按照手册需要执行的下一个步骤的信息、地面追踪站和卫星的覆盖情况、接下来和地面/空间站沟通的窗口持续时间等等,让宇航员一览无遗。这块屏幕既能显示状态,又是他们的飞行手册,集多功能于一身。

另外,由于老式机型的按钮实在太多,分布在宇航员的四面八方,坐在座位上是碰不到的很多按钮。在俄罗斯联盟号飞船和美国的太空梭上,坐在某些位置上的宇航员都要用到一根 (并没有很特别的) 棍子去按按钮:

而龙飞船的操作界面,宇航员只需要小幅度的手臂运动就可以完成所有的操作。

并且,触控图形界面也包含在 two-fault tolerant 的容错范畴之内。更别提这个操作界面也不是只有触屏,还有两个手动接管的旋钮,以及几十个各种按钮和开关,低调放在屏幕的下方。

事实上,所有最手册上的关键操作,包括手动接管、飞船脱离火箭、逃逸系统、开关整流罩、舱内灭火、舱内减压等等,都可以找到对应的实体开关和按钮 (虽然看起来像电容按键)

正是这套功能强大、设计前卫的操作系统,帮助龙飞船将两名宇航员和随行货物顺利送达国际空间站。

并且由于自动化程度较高,整个任务通过几个关键节点都比预定的时间轴要早得多,在靠近空间站时切换至手动操作的测试进程也比预想要快得多。

如果你看过第二天对接时的直播或录像,可能还会记得,两 名宇航员在对接成功之后已经迫不及待登上国际空间站,多次跟 SpaceX “发牢骚”,说“饭已经吃完了,垃圾也收完了,我们到底什么时候才能打开舱门”……

猎鹰9号和龙飞船执飞的首次商业载人航天任务在发射和对接阶段获得如此成功,SpaceX 居功甚伟。 不过当人们讨论 SpaceX 时,总是更倾向于吹捧它的创始人有多么高瞻远瞩。

这固然重要,但希望看过本文之后,你能对 SpaceX 的技术力量和实现方式获得更加全面的了解。也欢迎用留言分享关于 SpaceX 你了解的更多技术细节。

(注:本文内容主要来自公开资料和其它人士整理的可靠结果,文末有参考链接。)

参考资料:

Engineer the Future by Jinnah Hosein, SpaceX https://www.usenix.org/conference/lisa16/conference-program/presentation/hosein

SpaceX DM 2 Crew News Conference – May 1, 2020 by NASA https://www.youtube.com/watch?v=Uab-trHm9ms

Inside SpaceX’s Crew Dragon Capsule and HQ!!! by Everyday Astronaut https://www.youtube.com/watch?v=4cqJLUB2e2w