重返商業運營:NASA 準備通過歷史性的 SpaceX 發射重返載人航天

兩名宇航員將乘坐一傢俬營公司建造的火箭和宇宙飛船進入軌道,這將標誌著近十年來首次從美國本土發射載人航天

NASA 宇航員道格拉斯·赫利()和羅伯特·本肯在 Demo-2 任務發射前的彩排中身穿 SpaceX 宇航服。

編者注(5/27/20):由於不利的天氣條件,兩名 NASA 宇航員乘坐 SpaceX 載人艙和火箭的歷史性發射已推遲至 5 月 30 日星期六下午 3:22(美國東部時間)。

如果天氣良好或沒有最後一刻的技術故障,今天下午 4:30 剛過(美國東部時間),一艘載有兩名宇航員的宇宙飛船將從佛羅里達州肯尼迪航天中心的火箭上發射升空。這次飛行將前往國際空間站 (ISS),但其真正的目的地是太空史冊:這將是自 2011 年太空梭計劃最後一次飛行以來,美國宇航員首次從美國本土發射升空,也是首次有人使用商業建造的載人艙和火箭飛往太空。

自從人類上次從美國本土飛往太空以來,發生了很多變化。最明顯的是,美國與俄羅斯的關係變得緊張,儘管兩國都將各自的太空計劃與政治隔離開來。他們繼續保持著強有力的夥伴關係,將 NASA 宇航員送往國際空間站,使用的是俄羅斯聯盟號火箭。保護生命的加壓服也發生了變化:這次新飛行的兩名宇航員,NASA 資深宇航員羅伯特·本肯和道格拉斯·赫利,將不會穿上太空梭時代的熒光橙色套裝。取而代之的是,他們將身著時尚的單色一體式服裝,這種服裝更輕便、更靈活,而且外觀更好看。這些宇航服,就像這次任務的載人龍飛船可重複使用的獵鷹 9 號火箭一樣,都是由航空航天公司 SpaceX 設計和製造的。老式的“太空車”——經過改裝的房車,在過去半個世紀的大部分時間裡,它們將 NASA 宇航員從宇航員宿舍運送到發射臺——也不復存在。為了到達用於這次示範任務 2 (Demo-2) 測試飛行的火箭,本肯和赫利將乘坐 SpaceX 姊妹公司特斯拉提供的全電動 Model X 運動型多用途車,盡顯時尚風範。


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這就是美國太空飛行的新時代,在這個時代,聯邦政府尋求更廉價、更安全、更可靠的進入軌道的方式,不是直接建造和運營宇宙飛船和火箭艦隊,而是將稅款用於購買私營公司提供的發射服務。之前所有載人航天計劃都是基於政府航天機構開發、擁有和運營的系統。現在,透過其商業載人計劃——該計劃本身是 2000 年代中期啟動的商業軌道運輸服務計劃的後續行動——NASA 轉而購買 SpaceX 資產上的座位和儲存空間。這種策略應該可以騰出資金,供該機構用於其他專案——深空探索和變革性科學任務——這些專案目前仍是私營企業無法觸及的。

希望聯邦政府對低成本、可靠和安全的太空運輸的投資將刺激快速創新,併為經濟增長創造全新的機遇。這種方法在商業衛星產業的發展中有一個先例,截至 2019 年,商業衛星產業的價值超過 2770 億美元,這在很大程度上歸功於早期階段強有力的政府財政支援。“商業載人計劃是 NASA 進行的一項偉大實驗,旨在看看商業公司是否能夠勝任這項特殊的工作,”前太空梭專案經理韋恩·黑爾說,他現在是工程公司 Special Aerospace Services 的顧問 

自 2010 年啟動以來,NASA 已向商業載人計劃投入了超過 82 億美元。其中大部分資金流向了波音公司和 SpaceX 公司,這兩家公司分別在 2014 年獲得了開發和服務飛行合同。NASA 商業航天飛行主管菲爾·麥卡利斯特說,這種商業夥伴關係方法為該機構節省了大約 200 億至 300 億美元,否則該機構將不得不花費這些資金,按照傳統的承包方法開發新型載人火箭和宇宙飛船。

NASA 局長吉姆·布里登斯廷認為,Demo-2 是證明公私合作商業模式成功降低成本的最後一步。“這將使我們不僅能夠登上月球,而且能夠可持續地登上月球,使用可重複使用的著陸器登上月球表面,”他在最近的一次新聞釋出會上說。“所有這一切,最終都是為了到達火星。”

SpaceX 公司由技術企業家和特斯拉執行長埃隆·馬斯克創立和運營,該公司花了一段時間才學會如何與 NASA 合作——反之亦然。但在 2015 年 6 月 28 日,獵鷹 9 號火箭在發射過程中爆炸,摧毀了一艘前往國際空間站的貨船之後,這種關係大大緩和。在那次事故之後,SpaceX 尋求並找到了 NASA 的堅實技術後盾。

NASA 航空航天安全諮詢小組主席帕特里夏·桑德斯說:“一開始,雙方都有很多需要學習的地方——SpaceX 更多,因為他們是與 NASA 合作的新手,甚至波音公司也是如此。這是一種定義需求的不同方式。他們會提出標準,但不一定是以 NASA 能夠接受的方式。他們會發送一些東西過來,NASA 會退回,然後他們會再次傳送過來。他們真的在互相瞭解。”

對於 NASA 來說,沉浸在 SpaceX 的科技初創企業文化中也需要一段時間才能適應。“你可以透過‘硬體豐富’——擁有大量的類飛行測試品,一次又一次地進行測試,並且如果你推動某個東西 [當] 你不知道它是否會工作 [去] 看看它是否透過或失敗,從而快速學習,”NASA 工程師約翰·波西說,他負責監督載人龍飛船的設計和效能。“由於這是一個合作伙伴關係,而不是傳統的承包商客戶,我們擁有設計權,我們 Dictate 他們做什麼,我們總是儘量避免說,‘哦,我們以前從未這樣做過’或‘這種方式對我們來說更好’。我們試圖利用我們在 [航天] 飛機和其他專案中學到的東西,並透過說,‘如果你要走那條路,這裡有一個你可能想要檢查的陷阱’或類似的東西來應用它。”

“這也比我們在 NASA 工作期間工作得最辛苦的一次,只是為了跟上 SpaceX 的節奏,”波西補充道。“我覺得我還年輕——我 39 歲——但那些傢伙,他們中的很多人只有我一半的年齡,所以他們真的可以比我更快地完成更多的工作。”

NASA 的商業載人計劃從十年前的 humble 開始已經走過了漫長的道路,當時該機構向五家公司(不包括 SpaceX)授予了 5000 萬美元的開發合同。到 2014 年 9 月,NASA 對公私合作模式的信心足以讓該機構向 SpaceX 和波音公司授予總價值 68 億美元的太空出租車合同。當時的希望是,其中一家或兩家公司將在 2017 年底前準備好接替俄羅斯為國際空間站宇航員提供的渡輪飛行任務。

SpaceX 和波音公司遇到了技術障礙,將載人飛行測試分別推遲到 2020 年和 2021 年。SpaceX 公司發生了兩起獵鷹 9 號火箭事故,其中包括一次發射臺爆炸,這促使該公司重新設計了火箭加壓系統的一部分。然後,在 2019 年 4 月——就在無人龍飛船前往國際空間站的里程碑式測試飛行一個月後——SpaceX 遭受了另一次挫折:一枚龍飛船在佛羅里達州的一個測試臺上,在進行靜態發動機點火準備工作時發生爆炸。

與此同時,波音公司的 CST-100 星際客機在 2019 年 12 月首次軌道亮相時遭遇失敗後,因軟體驗證和質量控制升級而停飛。一個計時錯誤阻止了飛船到達空間站,任務提前四天結束。該公司現在計劃在今年晚些時候重複進行無人飛行測試。與波音公司的克里斯托弗·弗格森以及 NASA 的邁克爾·芬克和妮可·奧納普·曼的載人測試很可能會在 2021 年進行。

這些延誤正在國際空間站造成人員短缺,因為 NASA 在聯盟號火箭上的付費搭乘即將結束。今年 5 月,該機構與俄羅斯達成協議,將一名俄羅斯宇航員從即將於 2020 年 10 月發射的聯盟號飛往國際空間站的任務中撤出,為 NASA 宇航員騰出一個座位,以防 SpaceX 和波音公司進一步延誤。這項安排將確保國際空間站至少有一名美國宇航員駐守。11 月將標誌著人類在空間站持續駐留 20 年。

儘管技術問題大大減緩了 NASA 商業載人計劃的步伐,但該機構官員表示,這些延誤可能會有所回報,最終有助於簡化可重複使用飛行器在測試飛行完成後獲得進一步操作任務認證的流程。這些延誤還讓 NASA 及其宇航員隊伍以外的個人和組織有更多時間來設計他們自己的雄心勃勃的太空飛行壯舉,以利用該機構的商業載人投資。例如,SpaceX 總裁兼營運長格溫妮·肖特韋爾說,目前有一個計劃,讓演員湯姆·克魯斯最早在明年乘坐獵鷹 9 號火箭發射的龍飛船到達國際空間站。

SpaceX 還與 Axiom Space 公司簽訂了合同,該公司正在開發一個將連線到國際空間站的商業艙段,並與 Space Adventures 公司簽訂了合同,該公司此前曾促成了八次前往國際空間站的遊客飛行,使用的是俄羅斯聯盟號飛船。日本企業家前澤友作已為 SpaceX 的下一代星艦飛船(目前正在德克薩斯州布朗斯維爾附近開發)的繞月包機飛行支付了定金。

今年 4 月,NASA 決定向星艦投資 1.35 億美元,以瞭解該系統是否可用於在 2024 年將兩名宇航員運送到月球表面,這是特朗普政府要求的加速時間表。與 NASA 一樣,月球作為目的地也在 SpaceX 的關注範圍內。但馬斯克創立這家公司的目的是開發在火星上建造和維持城市所需的技術。Demo-2 將是 SpaceX 的第 85 次獵鷹 9 號發射,也是首次載人發射。

馬斯克說:“如果沒有 NASA 之前的工作,我們不可能走到今天——正如諺語所說,‘站在巨人的肩膀上’。而且,如果沒有真正經歷龍飛船的道路,我們也不可能到達星艦。”

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