商业太空的吸引力:NASA转求SpaceX和波音省了近300亿美元

SpaceX载人龙飞船在佛罗里达州NASA肯尼迪航天中心39A发射台等待发射

划重点:

  • 1NASA曾制定过名为“星座”的月球探测计划,包括名为“战神一号”的运载火箭加上载人飞船,预计这套系统总开支约为245亿美元,但独立分析显示其至少需要345亿美元。
  • 2为了节省预算,NASA转而求助SpaceX等私人太空公司帮助开发运载火箭与载人飞船。如今,随着SpaceX的载人飞船系统已经准备首次试飞,而NASA为此投入的资金仅为50亿美元。
  • 3NASA求助于私人公司开发所需设备和技术始于15年前,以实现向国际空间站运送货物的宇航员的多样化方案,最初的种子投资仅5亿美元。
  • 4NASA与私人太空公司联合已经取得丰厚回报,双方都从中受益,互相学习。私人公司获得了NASA提供了资金和建议,后者则可以更低成本获得所需设备。
  • 5得益于与SpaceX在货物和载人运输方面的成功,NASA可能将合作模式保持下去,SpaceX已经赢得了向月球空间站Gateway运送货物的合同,并帮助开发月球着陆系统。

腾讯科技讯 5月26日,据外媒报道,当5月27日乘坐美国太空探索技术公司SpaceX的载人龙飞船发射升空时,美国宇航局(NASA)宇航员道格·赫尔利(Doug Hurley)和鲍勃·本肯(Bob Behnken)不仅仅帮助测试飞船技术,他们还将为NASA开启一个潜在的变革性时代。毕竟,此前还没有任何私人公司将人类送入轨道。因此,他们的任务取得成功,以及在不久的将来可能执行的其他任务,可能会在很大程度上决定商业太空飞行和以更低成本进入太空的承诺是否会成为新的现实。

商业载人发射为NASA节省近300亿美元

美国空军上校和NASA宇航员斯科特·霍洛维茨(Scott Horowitz)曾帮助NASA制定月球探测计划“星座”(Constellation),其中包括将宇航员送入轨道、名为“战神一号”(Ares I)的运载火箭。霍洛维茨曾提及,这款火箭的开发成本大约为4亿美元,与SpaceX猎鹰9号火箭实现首飞费用相当。然而,霍洛维茨提到的4亿美元并不是用于战神一号的开发,而只是单个航天飞机固体火箭助推器试飞的成本。

那么将斯科特的火箭送上发射台的实际成本是多少?在奥巴马总统推动国会资助开发私人航天器之前,NASA曾打算使用战神一号火箭和猎户座飞船将宇航员送到空间站。2009年,NASA估计开发这套系统的花费高达245亿美元。但同年晚些时候的一项独立分析发现,真实成本可能至少为345亿美元。

其中大部分(可能约为200亿美元)将花费在战神一号火箭开发上。花费200亿美元用于开发一枚能够将大约25吨运载火箭提升到近地轨道的火箭,值得吗?而被霍洛维茨诋毁的商业货运发展计划中,NASA最终只向SpaceX支付了3.96亿美元。而且这笔钱也不是全部用于开发火箭的,还包括货运龙飞船和佛罗里达州发射台的开发费用。现代猎鹰9号火箭可以将23吨运载火箭提升到近地轨道,这几乎与斯科特火箭的能力相当,而后者的开发成本却是猎鹰9号火箭的50倍。

NASA商业货运、载人项目投资与其自身研发火箭与飞船的成本预算对比

换言之,当SpaceX开发其货运龙飞船使用的猎鹰9号火箭,并在卡纳维拉尔角建造发射设施时,“星座”计划仍在努力开发猎户座、战神一号火箭和地面系统。最初被派往SpaceX负责商业货运项目的NASA工程师迈克·霍卡查克(Mike Horkachuck)说:“我们实际上是在做星座计划正在做的事情,总共花费差不多相当于他们一个月消耗的资金。因此,这在某种程度上让人看清了现实。”

但那只适用于商业太空货运任务,现在我们来比较一下载人运输的成本。总的来说,NASA向SpaceX和波音公司共投资近50亿美元,帮助他们开发载人龙飞船和星际线飞船(Starliner)系统。NASA商业太空经理菲尔·麦卡利斯特(Phil McAlister)指出,NASA在单个战神火箭-猎户座系统上的花费,将是最终用私人发射系统的七倍左右。

本月早些时候,麦卡利斯特在NASA咨询委员会的一次会议上谈到这些节省成本的举措时说:“这是非常重要的,我们可以将更多的钱投入到深空任务中。”

阿波罗11号宇航员巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)曾说过:“从NASA 39B发射台上隆隆升空的火箭看起来肯定很像战神一号,但相似之处仅止于此。事实证明,这个固体助推器是从航天飞机项目中购买的,因为为战神一号设计的五段助推器还没有准备好。所以他们在四段式发动机上加装了一个假罐子,让它看起来就像真的一样。”

近地轨道和更远的地方

在NASA的商业供应商中,SpaceX提供了最大的价值。在货运方面,它以更少的成本执行了更多的任务。作为载人发展计划的一部分,NASA向波音支付的费用比SpaceX高出约50%。尽管如此,SpaceX还是比波音公司提前了大约一年完成了载人龙飞船的开发,波音公司最早有可能在明年春天之前完成载人飞行任务。

反过来,SpaceX从与NASA的合作中获得了高额报酬,无论是在财务上还是在安全飞行人类的技术诀窍方面。该公司总裁格温·肖特威尔(Gwynne Shotwell)说:“NASA一直是我们的非凡客户、非凡合作伙伴和良师益友。希望NASA和我们一样享受这种关系。我们从他们身上学到了很多东西。我们成立于2002年,旨在将人们送到近地轨道、月球和火星。NASA肯定会帮助将这种可能变成现实。”

对于NASA来说,变化来得相对缓慢,但多亏了SpaceX在货物和载人飞行方面的成功,该机构可能很快就会进行改变。就在过去的两个月里,SpaceX赢得了向月球空间站Gateway运送货物的合同,该公司是开发人类着陆系统的三个中标者之一,这是NASA新的“阿耳特弥斯”(Artemis)重返月球计划的一部分。这些都是固定价格的合同,意味着NASA只需支付开发成本的一部分即可。

持怀疑态度的人仍然对这种新的做生意方式持怀疑态度。展望阿耳特弥斯计划,美国国会中的有些人仍然表示,NASA必须拥有月球着陆器,而不是从私营部门购买服务。但是,当载人龙飞船点火起飞、火箭从海上被回收的时代,在一两周内从佛罗里达州发射两名人类进入太空,可能会大大有助于堵住那些说NASA能做什么、不能做什么的人的嘴。

来之不易的强强联合

早在15年前,NASA在寻求实现向国际空间站运送货物的宇航员的多样化方案时,就将一小笔赌注押在了新兴的商业航天行业上。当然,NASA当时还有为国际空间站运送补给的航天飞机,但这些日益老化的飞行器不可能永远飞行下去。因此,该机构当时的负责人迈克·格里芬(Mike Griffin)承诺提供5亿美元的“种子资金”,用于开发新的、私人制造的航天器。

格里芬当时可能没有意识到他到底释放了什么。自那以后,授予SpaceX和轨道科学公司(Orbital Sciences)的第一批小型“商业轨道运输服务”合同已经扩展到其他航天领域,价值也从数亿美元增至数十亿美元。NASA现在希望私营公司不仅向轨道运送货物,而且还能利用载人龙飞船向轨道运送人员。NASA最近还寻求商业服务,以向月球运送补给,甚至帮助人类登上月球表面。最初扔进池塘的鹅卵石荡起的涟漪如今已经变成了波浪。

这种商业方案的批评者肯定仍然存在,并称其扰乱了波音(Boeing)和洛克希德·马丁(Lockheed Martin)等传统航空航天巨头的商业模式,这些公司长期以来始终在从利润丰厚的成本加成合同中获利。与此同时,NASA中的有些人仍然不信任商业服务提供商,他们对SpaceX傲慢的创始人兼总工程师埃隆·马斯克(Elon Musk)特别警惕。

然而,正是马斯克的公司在NASA需要帮助的时候交付了载人级别的航天器。在航天飞机退役近十年后,俄罗斯继续提高美国人进入太空的价格。许多与SpaceX工程师共同工作了十多年的NASA工程师表示,他们对该公司所取得的成就感到惊叹。负责NASA监督载人龙飞船项目的官员凯西·路德斯(Kathy Lueders)说:“对我们双方来说,这是一段很棒的关系。我们的NASA团队向SpaceX借鉴经验,而SpaceX团队也向NASA学习技术。正是我们的齐心协力,才取得了如今的成就。”

有时,NASA和SpaceX会在文化方面发生冲突。SpaceX坚持不懈地寻求创新、削减成本和快速行动,而NASA的灵活性要低得多,风险规避要求也高得多。然而,NASA与最大胆的太空公司联合已经结出硕果,双方都从中受益。NASA提供了资金和建议,SpaceX已经交付了货物。

在格里芬决定为私人太空飞行提供资金之前,他就面临着对“商业太空行业”崛起的担忧。然而改变是困难的,许多批评人士理所当然地认为,私营公司根本没有准备好取代NASA来承担关键任务的功能。

在此之前,对于大型的载人航天项目,NASA的工程师们最终决定他们需要什么,并选择承包商来建造它,然后用一式三份的文件监控每个步骤的进展。为此,承包商获得了成本补偿,外加一笔丰厚的报酬。但是如果项目延迟了五年,并将原来的预算翻了一番,NASA就会因成本超支而陷入困境。这往往无法确保承包商按时兑现合同,最终政府也很难及时获得想要的东西。

格里芬的“商业化太空”策略提出了一种截然不同的方式。NASA不会为承包商提供应该建造什么的详细蓝图,而是提供其想要服务的详细要求。对于“商业货物”,NASA寻求将几吨食物、水、补给和科学实验设备送入轨道,但它没有告诉私营公司如何做到这一点。取而代之的是,他们要求承包商自己进行设计来满足这些需求。NASA将为这些服务支付固定费用,不会再多付资金。作为回报,这些公司保留了他们所设计航天器的所有权。

格里芬在2013年解释道:“在我看来,这有点儿像建造昂贵的定制住宅时。承包商建造房屋是为了谋生,但我不是在创建承包商的公司。他必须自己有公司,我才会考虑让他为我盖房子。他自己建造房子,如果我喜欢,我可以买他提供的设计。在不同的完工阶段,如果他在建造我的房子,会分阶段从我这里拿到钱,但直到他提供了所有的产品,他才能拿到所有的钱。”

格里芬甚至在他向SpaceX和轨道科学公司授予合同、并开始设计和开发他们的货运飞船之前,就面临着他自己机构内部的反对。通常,NASA的高级官员在该机构和大型承包商之间来回穿梭。这使得长期习惯于成本加成合同的老牌航空航天承包商保持了对该机构方向的某种程度的控制。

斯科特·霍洛维茨(Scott Horowitz)的职业生涯就是例证。从1996年到2001年,这位美国空军上校和NASA宇航员参加过三次航天飞机任务,并指挥了第四次任务,帮助服务于哈勃太空望远镜,并为空间站提供物资。他于2004年10月离开NASA,在为航天飞机制造固体火箭助推器的ATK公司担任高管。在回到NASA之前,霍洛维茨从事了大约一年这份工作。他成为某个新部门的负责人,该部门负责监督该机构的月球探测计划,也就是众所周知的“星座”(Constellation)。

回到NASA后,霍洛维茨帮助制定了重返月球计划的战略,其中包括名为“战神一号”(Ares I)的新火箭,以便将宇航员送入轨道。战神一号将使用许多为航天飞机提供动力的相同技术,包括用改装的航天飞机固体火箭助推器作为它的第一级。因此,2006年4月,NASA授予霍洛维茨的老公司ATK一份价值18亿美元的合同,开始设计工作。战神一号与这位前宇航员关系如此密切,以至于它很快就获得了“斯科特火箭”的绰号。在ATK获得合同一年后,霍洛维茨离开了NASA。然后,从2008年到2010年,ATK向他支付了10万美元的游说费用。

霍洛维茨还成为NASA将太空飞行的各个方面商业化的主要批评者之一。他后来接受了NASA的一次口述历史采访,从中可以看出他和某些机构领导人对商业太空公司的敌意。采访者丽贝卡·赖特(Rebecca Wright)问霍洛维茨,NASA声称商业货运计划帮助其为航天局开发了强大而具成本效益的发射服务。他回应称:“这种说法完全是胡说八道。”

霍洛维茨随后声称,战神一号火箭和SpaceX的猎鹰9号火箭的开发成本类似,并在2009年就曾对原型进行了试飞。他表示:“有趣的是,当我们试飞战神一号火箭时(那时我已离开),NASA回去做了总成本分析--全成本核算、政府支出、所有的废物和管理费用等。我看到的数字大约是4亿美元,而猎鹰9号火箭实现首飞的费用也在4亿美元左右。”

斯科特火箭和猎鹰9号火箭之间的对比令人瞠目结舌,而且不是一个好的方式。但在解释原因之前,重要的是要了解NASA是如何从商业货运飞行到允许私人公司载人飞行这一跨越的。

从发射货物到载人

到2008年底,SpaceX和轨道科学公司都在顺利地开发航天器,分别是货运龙飞船和天鹅座(Cygnus),NASA对推进授予实际货物交付服务的合同充满信心。SpaceX在12次任务中获得了16亿美元,轨道科学公司在8次飞行中获得了19亿美元。

2009年1月奥巴马总统上任时,他倾向于进一步推进布什政府时期开始的商业太空努力。他和副总统候选人乔·拜登(Joe Biden)甚至曾就此展开竞选活动。拜登在佛罗里达州的一次竞选活动中表示:“我们希望重振我们的国家太空计划,这包括为充满活力的商业太空计划创造环境。”

在回顾了NASA及其太空飞行努力后,奥巴马总统确实取消了战神一号火箭计划,选择只将“猎户座”(Orion)作为深空太空舱,并依靠商业公司将人类送到空间站。斯科特火箭被取消,转而支持商业提供商,这可能解释了霍洛维茨的反感。当奥巴马政府推动这一想法时,国会予以回击。许多议员还没有准备好把那么多权力让给SpaceX等新兴的私营公司。

2010年,当NASA寻求国会资金支持,让公司开始开发载人航天器时,这一努力变得迫在眉睫。同年,SpaceX正准备首次发射猎鹰9号火箭。这是一次将货运龙飞船送入轨道所需助推器的演示任务。2010年4月,奥巴马总统参观了SpaceX位于卡纳维拉尔角空军基地的发射场,这是对该公司努力的肯定与支持。当时,SpaceX的成功记录好坏参半,它在较小火箭的五次发射中有三次失败。

奥巴马总统在2010年4月与SpaceX创始人马斯克共同参观卡纳维拉尔角空军基地的设施

在幕后,NASA副局长和其他几名顾问向总统施压,要求他在SpaceX接近首次发射时保持信心。但他们知道发射失败意味着什么。当时的NASA副局长洛里·加弗(Lori Garver)在接受采访时说:“建议总统支持你知道会在长期内成功,但可能会在短期内让他感到尴尬的事情,这可能很难。我们试图尽可能清楚地表明,虽然这条道路百分之百是为国家最大限度地利用我们太空计划的最佳方式,但很可能会遇到挫折。”

但没有出现想象中的任何挫折。2010年6月,猎鹰9号火箭成功首飞。也是在那一年,NASA开始授予固定价格的太空合同,开始开发商业载人飞行器,入围的不仅是SpaceX,还包括波音公司、内华达山脉公司(Sierra Nevada Corporation)和蓝色起源该公司(Blue Origin)。2014年,NASA最终选定了SpaceX和波音的设计。到那时,航天飞机已经退役,美国太空雄心开始依赖私营部门的行动。(腾讯科技审校/金鹿)