载人龙飞船首次载人发射在即 NASA和SpaceX背负巨大风险

这次发射不仅对于SpaceX的未来计划至关重要,NASA也将其两名最有经验的宇航员鲍勃·本肯(Bob Behnken)和道格·赫尔利(Doug Hurley)的命运交付给SpaceX,他们将驾驶载人龙飞船执行大约110天太空任务。

图1:美国宇航局局长吉姆·布里登斯廷(左)与SpaceX创始人埃隆·马斯克

腾讯科技讯 5月22日,据外媒报道,埃隆·马斯克(Elon Musk)于2002年创立了美国太空探索技术公司SpaceX,希望能激发火星探索的灵感。然而,SpaceX近期的梦想是实现载人绕月飞行,然后是将人类送上月球表面,最终才是建立火星城市,让100万定居者在那里生存,并将人类从某些全球灾难中拯救出来。

但SpaceX要想实现如此宏伟的愿景,这家火箭公司必须首先证明,它能够安全地载人往返近地轨道,毕竟这里是通往所有太空目的地的垫脚石。如果天气、硬件等因素配合,该公司的载人龙飞船将于5月27日下午4点33分发射升空(北京时间28日凌晨4点33分),这标志着SpaceX成立18年来首次执行载人飞行任务。在进行这次名为Demo-2的演示任务时,美国宇航局(NASA)和SpaceX都需要背负着巨大的风险。

这次发射不仅对于SpaceX的未来计划至关重要,NASA也将其两名最有经验的宇航员鲍勃·本肯(Bob Behnken)和道格·赫尔利(Doug Hurley)的命运交付给SpaceX,他们将驾驶载人龙飞船执行大约110天太空任务。

通过“商业宇航员”计划,NASA向SpaceX投资了超过31.4亿美元,以支持其创建新的航天能力。NASA还向波音公司的CST-100星际线飞船系统额外投入了48亿美元。但是,就像SpaceX一样,Demo-2的发射代表了更多的东西,这也是NASA和SpaceX坚持在新冠疫情肆虐的情况下仍加紧发射的重要原因。

美国太空飞行新时代

这次发射可能标志着美国太空飞行新时代的开始,也是SpaceX和NASA近10年发展和合作的巅峰之作。如果发射成功,这将是自2011年航天飞机计划结束以来,美国宇航员首次从美国本土发射进入轨道。在过去的九年多时间里,NASA的所有宇航员都是从哈萨克斯坦乘坐俄罗斯飞船前往国际空间站的。

虽然载人航天重返美国本土意义重大,但这次任务也是SpaceX载人龙飞船的最后一次测试,它是NASA“商业宇航员”计划的重要组成部分。该计划有很多目标,但最大的目标是让私人公司而非NASA研发和制造能够将美国宇航员送入轨道的下一代航天器。他们的希望是,这些商用飞行器将比NASA自身制造的更便宜,从而节省更多资金。当这类飞船开发完成,建造它们的公司就可以通过向付费用户出售座位来实现盈利。

NASA于2011年7月发射了最后一架航天飞机亚特兰蒂斯号(Atlantis)。在那次任务(该计划的第133次成功飞行)之后,NASA退役了其全部航天飞机。从那时起,没有任何美国火箭和飞船系统从本国本土将宇航员送入太空。SpaceX的Demo-2任务如果成功,将是第一个重振美国载人航天雄心的任务,并为NASA宇航员提供从美国本土进入太空的途径。NASA局长吉姆·布里登斯廷(Jim Bridenstine)此前表示:“这是人类航天的新时代。”

自20世纪70年代以来,美国和俄罗斯始终在太空领域合作,从阿波罗-联盟号试验计划开始。因此,当NASA退役航天飞机时,该机构至少还有一条进入轨道的途径,即搭乘俄罗斯的联盟号飞船。然而,俄罗斯利用其在航天领域的垄断地位,向每个NASA宇航员收取越来越高的往返座位费用。在计划于2020年10月进行的飞行中,座位成本已经从2008年(航天飞机退役前)的约2100万美元上升到超过9000万美元。

与此同时,根据NASA监察长的说法,SpaceX的载人龙飞船预计每个座位的成本为5500万美元,竞争也会迫使俄罗斯航天局降低价格。此外,NASA还可以通过SpaceX的载人飞船与俄罗斯联盟号飞船进行货物和座位交换。布里登斯廷说:“我们会看到将来有一天,俄罗斯宇航员可以乘坐美国火箭升空。记住,国际空间站有一半是俄罗斯人。”

NASA已经向国际空间站投入了约1000亿美元资金,该空间站在地球上空约400公里处绕地球运行。NASA每年花费约30亿至40亿美元来维护该设施,为其提供补给,并在其上进行实验。微重力环境使独特的制药、材料科学、天文、医学和其他研究成为可能。宇航员被要求进行大部分实验,但自2011年7月以来,国际空间站上始终只能以保留骨干成员的方式运行。这是因为联盟号只能容纳三个人,而NASA最多有两名宇航员飞行,这根本无法与航天飞机的七个座位容量相比。

图2:即将进行首次载人飞行的SpaceX载人龙飞船太空舱

不管是否属于巧合, SpaceX的载人龙飞船也可以搭载七人。Demo-2的成功发射将代表着朝着国际空间站人员配备齐全迈出了重要一步,并使宇航员能够将更少的时间花在日常维护上,而将更多的时间集中在运行重要的实验室实验上。布里登斯廷说:“国际空间站是美国的一项关键能力,进入空间站也是至关重要的。我们正在非常迅速地推进这个项目,它对我们的国家乃至整个世界都非常重要。”

当NASA决定使用SpaceX的载人飞船服务时,该机构计划为其宇航员预定四个座位。这使得SpaceX可以把其他的座位卖给私人,或者所谓的“太空飞行参与者”。但SpaceX已经在进行私人太空飞行任务。NASA在6月份帮助为改善太空旅游市场铺平了道路,当时它宣布改变空间站上的模块用途,以正式支持私人驻留,尽管每晚的费用高达3.5万美元,用于支付住宿、补给、互联网和其他必需品费用。

理查德·加里奥特(Richard Garriott)是一位英裔美国企业家,他曾在2008年支付3000万美元在国际空间站停留两周。今年2月,SpaceX宣布通过名为Space Adventures的航天旅游公司出售了4个座位。然后在3月份,有消息称Axiom Space公司也与SpaceX签署了类似协议,这家公司由NASA的前国际空间站任务经理领导创立。甚至就连好莱坞影星汤姆·克鲁斯(Tom Cruise)也打算搭乘载人龙飞船,这样他就可以在空间站拍摄一部新的动作片。

通过重返月球的Artemis计划,NASA正在努力推动宇航员在2020年中期返回月球表面,并让宇航员在那里建立基地以保持持续存在。在特朗普政府的领导下,该机构也在推动人类在本世纪30年代探索火星。在最新的新闻发布会上,NASA约翰逊航天中心管理空间站项目的官员柯克·希尔曼(Kirk Shireman)表示:“这次发射是我们朝着增加美国和人类在太空实验室中存在的方向迈出的一大步。我们期待着进行这次飞行,然后进行可重复的、可持续的低地轨道商业宇航员运输飞行。”

新的商业模式

但到目前为止,“商业宇航员”计划在实现其目标方面的记录好坏参半,但大多数分析人士认为,它为NASA和商业企业探索太空开辟了一条新的道路,这可能会从根本上改变未来十年的太空经济状况。只要人类还在飞向太空,政府就始终要负责把他们送到那里。在过去的半个世纪里,NASA雇佣了承包商来制造火箭,同时保留了对生产和设计各个方面的完全控制权。当飞船火箭开发完成后,NASA拥有并负责操作硬件。结果火箭成本通常非常昂贵。

NASA的预算在20世纪60年代急剧膨胀,当时该机构致力于开发将宇航员送上月球的土星五号火箭。NASA曾希望它的下一款航天器(航天飞机)会更划算,但根据一项分析显示,这个项目最终让NASA每次飞行花费了大约16亿美元。奥巴马执政时期NASA副局长罗莉·加弗(Lori Garver)称:“在太空发展的头50年里,阻碍其发展的是太空运输,我们始终无法降低成本。”加弗等人认为,NASA强大的安全文化把它束缚在了自己独特的做事方式上,这往往会让飞行器变得比需要的更复杂。她说,缺乏竞争并没有激励任何人去降低成本。

不过,当布什政府在2004年呼吁取消航天飞机计划时,试验的机会来了。即使航天飞机停止运行,NASA仍然需要一种方法来为国际空间站提供补给。该机构想要更便宜的替代品,以便为更雄心勃勃的项目释放资金,比如探索更遥远的太空。因此,官员们建立了一种新的太空商业模式,称为商业轨道运输服务(COTS)。

通过COTS, NASA将成为投资者,而不是监督者。NASA会告诉这些公司它想要什么样的火箭或飞船,并为这个项目提供资金。这些公司则负责相关设施的设计和建造。为了降低成本,参与其中的公司将不得不支付部分开发成本,以激励他们寻找降低成本的方法。NASA希望多家公司参与其中,以激发竞争。最终,NASA将成为购买服务的常客,就像乘客购买飞机票一样。

COTS选择SpaceX作为其最初的供应商之一,在NASA的帮助下,该公司开发了猎鹰9号火箭和货运龙飞船。SpaceX也可以使用猎鹰9号火箭发射商业卫星。考虑到这家更多依赖供应商的模式取得了成功,NASA决定更进一步。在奥巴马执政期间,NASA想知道这种商业模式是否可以像运送货物一样接送宇航员。对于NASA和立法者来说,这是个激进的概念,最受关注的就是安全问题。2014年,NASA选择了SpaceX和NASA长期承包商波音,为新的“商业宇航员”计划制造飞行器。

愿景与现实

快进到今天,“商业宇航员”计划现在离终点线只有几步之遥,但这个计划在实施过程中遇到了很多障碍。当NASA第一次将合同授予SpaceX和波音时,他们希望这两家公司的飞行器能在2017年首次搭载宇航员飞行,现在离截止日期已经过去三年了。SpaceX的猎鹰9号火箭爆炸了两次,该公司的载人龙飞船也曾在地面测试中爆炸。波音公司在2019年12月首次将其星际线飞船送入太空时遭遇了大量软件故障。

最终,SpaceX在这场竞赛中领先。现在,NASA和其他机构正在回顾“商业宇航员”计划是否在该公司首次飞行之前完成了其应该完成的任务。从数字上看,与NASA的其他项目相比,开发载人龙飞船的成本已经大幅降低。在过去的十年中,NASA大约在“商业宇航员”项目上投资了6.6美元。与NASA开发类似飞行器所化数百亿美元相比,这是个巨大的成本节约。

当然,很难将这些飞行器与NASA自己开发的设别对比。载人龙飞船和星际线飞船都是相对简单的运载工具,与NASA过去开发的复杂深空运载工具大不相同,毕竟它们被用于执行不同的任务,性能也截然不同。波音和SpaceX飞船没有气闸、机械手臂等附属设备,实际上就是用于运载的交通工具,跟联盟号没什么不同。

在创造这些流线型、可用的航天器过程中,商业宇航员计划也达到了创造竞争的目标。货运和载人项目都帮助SpaceX成为了这个领域的主要参与者,波音的参与有利于保持成本竞争。但是商业宇航员计划真的能帮助推出商业飞船吗?这是个仍然难以回答的问题,这种方法的目的是让NASA远离繁琐的设计会议,几乎无需施加监督。但专家们认为,由于这项计划的核心是将人类送入太空,NASA总是会更多地参与其中。在宇航员命悬一线的情况下,NASA采用什么样的合同方式并不重要,但它必须拥有发言权。

例如,NASA对商业宇航员计划的参与方实施了非常严格的安全标准,规定这些飞行器造成宇航员严重受伤或死亡的几率不能超过1/270。NASA还要求供应商满足详细的安全技术要求清单,而且随着项目的进行,许多需求也发生了变化或演进。NASA的安全顾问还辩称,SpaceX和波音都不可能独立做到这些,为此NASA不得不“大力干预”,在整个过程中提供帮助。

商业载人的未来

NASA很快表示,这种方式并不适用于所有项目。有些分析人士认为,NASA之所以能够在载人航天领域尝试这种方法,唯一的原因是该机构有备用方案可供依赖,那就是俄罗斯的联盟号飞船。但是考虑到商业宇航员计划显然取得了成功,NASA现在希望将这种模式用于更雄心勃勃的计划,尤其是将人类送上月球表面。

今年4月底,NASA与包括SpaceX在内的三家主要公司签订了初步合同,共同开发人类月球着陆器。专家表示,这可能会帮助NASA节省资金,就像它在商业宇航员项目中所做的那样,但目前还不清楚人类登月存在什么样的市场。这与商业货运计划相反,毕竟后者已经有了应用市场。

在NASA展望下个项目的时候,除了该机构之外,商业载人飞行器是否还有市场还有待观察。这种模式在COTS计划中如此成功的原因是,已经有一个成熟的市场,且火箭还可被用于发射卫星。目前在近地轨道运营的企业并不多,因此SpaceX和波音的“出租车服务”目的地有限。

SpaceX公司已经宣布,有些普通人对乘坐载人龙飞船感兴趣,该公司已经向2021年愿意乘坐该飞船环游地球的乘客出售了4个座位。他们还计划最终将客户送到名为Axiom的商业公司开发的私人空间站上。很多证据表明,将来SpaceX也会将汤姆·克鲁斯送上国际空间站拍摄电影。

事情似乎在朝着正确的方向发展,但仅仅发布相关进展的公告并不意味着任务已经完成。就像任何一个新兴市场一样,最终需要时间来检验其商业模式是否能成功,以及这种旅行是否具有可持续性。(腾讯科技审校/金鹿)