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載人龍飛船首次載人發射在即 NASA和SpaceX背負巨大風險

騰訊科技訊 5月22日,據外媒報導,埃隆·馬斯克(Elon Musk)於2002年創立了美國太空探索技術公司SpaceX,希望能激發火星探索的靈感。然而,SpaceX近期的夢想是實現載人繞月飛行,然後是將人類送上月球表面,最終才是建立火星城市,讓100萬定居者在那裡生存,並將人類從某些全球災難中拯救出來。

但SpaceX要想實現如此宏偉的願景,這家火箭公司必須首先證明,它能夠安全地載人往返近地軌道,畢竟這裡是通往所有太空目的地的墊腳石。如果氣象、硬體等因素配合,該公司的載人龍飛船將於5月27日下午4點33分發射升空(台灣時間28日凌晨4點33分),這標誌著SpaceX成立18年來首次執行載人飛行任務。在進行這次名為Demo-2的演示任務時,美國宇航局(NASA)和SpaceX都需要背負著巨大的風險。

這次發射不僅對於SpaceX的未來計劃至關重要,NASA也將其兩名最有經驗的宇航員鮑勃·本肯(Bob Behnken)和道格·赫爾利(Doug Hurley)的命運交付給SpaceX,他們將駕駛載人龍飛船執行大約110天太空任務。

通過“商業宇航員”計劃,NASA向SpaceX投資了超過31.4億美元,以支持其創建新的航天能力。NASA還向波音公司的CST-100星際線飛船系統額外投入了48億美元。但是,就像SpaceX一樣,Demo-2的發射代表了更多的東西,這也是NASA和SpaceX堅持在新冠疫情肆虐的情況下仍加緊發射的重要原因。

美國太空飛行新時代

這次發射可能標誌著美國太空飛行新時代的開始,也是SpaceX和NASA近10年發展和合作的巔峰之作。如果發射成功,這將是自2011年太空梭計劃結束以來,美國宇航員首次從美國本土發射進入軌道。在過去的九年多時間裡,NASA的所有宇航員都是從哈薩克乘坐俄羅斯飛船前往國際空間站的。

雖然載人航天重返美國本土意義重大,但這次任務也是SpaceX載人龍飛船的最後一次測試,它是NASA“商業宇航員”計劃的重要組成部分。該計劃有很多目標,但最大的目標是讓私人公司而非NASA研發和製造能夠將美國宇航員送入軌道的下一代航天器。他們的希望是,這些商用飛行器將比NASA自身製造的更便宜,從而節省更多資金。當這類飛船開發完成,建造它們的公司就可以通過向付費用戶出售座位來實現盈利。

NASA於2011年7月發射了最後一架太空梭亞特蘭蒂斯號(Atlantis)。在那次任務(該計劃的第133次成功飛行)之後,NASA退役了其全部太空梭。從那時起,沒有任何美國火箭和飛船系統從本國本土將宇航員送入太空。SpaceX的Demo-2任務如果成功,將是第一個重振美國載人航天雄心的任務,並為NASA宇航員提供從美國本土進入太空的途徑。NASA局長吉姆·布裡登斯廷(Jim Bridenstine)此前表示:“這是人類航天的新時代。”

自20世紀70年代以來,美國和俄羅斯始終在太空領域合作,從阿波羅-聯盟號試驗計劃開始。因此,當NASA退役太空梭時,該機構至少還有一條進入軌道的途徑,即搭乘俄羅斯的聯盟號飛船。然而,俄羅斯利用其在航天領域的壟斷地位,向每個NASA宇航員收取越來越高的往返座位費用。在計劃於2020年10月進行的飛行中,座位成本已經從2008年(太空梭退役前)的約2100萬美元上升到超過9000萬美元。

與此同時,根據NASA監察長的說法,SpaceX的載人龍飛船預計每個座位的成本為5500萬美元,競爭也會迫使俄羅斯航天局降低價格。此外,NASA還可以通過SpaceX的載人飛船與俄羅斯聯盟號飛船進行貨物和座位交換。布裡登斯廷說:“我們會看到將來有一天,俄羅斯宇航員可以乘坐美國火箭升空。記住,國際空間站有一半是俄羅斯人。”

NASA已經向國際空間站投入了約1000億美元資金,該空間站在地球上空約400公里處繞地球運行。NASA每年花費約30億至40億美元來維護該設施,為其提供補給,並在其上進行實驗。微重力環境使獨特的製藥、材料科學、天文、醫學和其他研究成為可能。宇航員被要求進行大部分實驗,但自2011年7月以來,國際空間站上始終只能以保留骨乾成員的方式運行。這是因為聯盟號只能容納三個人,而NASA最多有兩名宇航員飛行,這根本無法與太空梭的七個座位容量相比。

不管是否屬於巧合, SpaceX的載人龍飛船也可以搭載七人。Demo-2的成功發射將代表著朝著國際空間站人員配備齊全邁出了重要一步,並使宇航員能夠將更少的時間花在日常維護上,而將更多的時間集中在運行重要的實驗室實驗上。布裡登斯廷說:“國際空間站是美國的一項關鍵能力,進入空間站也是至關重要的。我們正在非常迅速地推進這個項目,它對我們的國家乃至整個世界都非常重要。”

當NASA決定使用SpaceX的載人飛船服務時,該機構計劃為其宇航員預定四個座位。這使得SpaceX可以把其他的座位賣給私人,或者所謂的“太空飛行參與者”。但SpaceX已經在進行私人太空飛行任務。NASA在6月份幫助為改善太空旅遊市場鋪平了道路,當時它宣布改變空間站上的模塊用途,以正式支持私人駐留,儘管每晚的費用高達3.5萬美元,用於支付住宿、補給、互聯網和其他必需品費用。

理查德·加裡奧特(Richard Garriott)是一位英裔美國企業家,他曾在2008年支付3000萬美元在國際空間站停留兩周。今年2月,SpaceX宣布通過名為Space Adventures的航天旅遊公司出售了4個座位。然後在3月份,有消息稱Axiom Space公司也與SpaceX簽署了類似協議,這家公司由NASA的前國際空間站任務經理領導創立。甚至就連好萊塢影星湯姆·克魯斯(Tom Cruise)也打算搭乘載人龍飛船,這樣他就可以在空間站拍攝一部新的動作片。

通過重返月球的Artemis計劃,NASA正在努力推動宇航員在2020年中期返回月球表面,並讓宇航員在那裡建立基地以保持持續存在。在川普政府的領導下,該機構也在推動人類在本世紀30年代探索火星。在最新的新聞發布會上,NASA約翰遜航天中心管理空間站項目的官員柯克·希爾曼(Kirk Shireman)表示:“這次發射是我們朝著增加美國和人類在太空實驗室中存在的方向邁出的一大步。我們期待著進行這次飛行,然後進行可重複的、可持續的低地軌道商業宇航員運輸飛行。”

新的商業模式

但到目前為止,“商業宇航員”計劃在實現其目標方面的記錄好壞參半,但大多數分析人士認為,它為NASA和商業企業探索太空開辟了一條新的道路,這可能會從根本上改變未來十年的太空經濟狀況。只要人類還在飛向太空,政府就始終要負責把他們送到那裡。在過去的半個世紀裡,NASA雇傭了承包商來製造火箭,同時保留了對生產和設計各個方面的完全控制權。當飛船火箭開發完成後,NASA擁有並負責操作硬體。結果火箭成本通常非常昂貴。

NASA的預算在20世紀60年代急劇膨脹,當時該機構致力於開發將宇航員送上月球的土星五號火箭。NASA曾希望它的下一款航天器(太空梭)會更劃算,但根據一項分析顯示,這個項目最終讓NASA每次飛行花費了大約16億美元。奧巴馬執政時期NASA副局長羅莉·加弗(Lori Garver)稱:“在太空發展的頭50年裡,阻礙其發展的是太空運輸,我們始終無法降低成本。”加弗等人認為,NASA強大的安全文化把它束縛在了自己獨特的做事方式上,這往往會讓飛行器變得比需要的更複雜。她說,缺乏競爭並沒有激勵任何人去降低成本。

不過,當布什政府在2004年呼籲取消太空梭計劃時,試驗的機會來了。即使太空梭停止運行,NASA仍然需要一種方法來為國際空間站提供補給。該機構想要更便宜的替代品,以便為更雄心勃勃的項目釋放資金,比如探索更遙遠的太空。因此,官員們建立了一種新的太空商業模式,稱為商業軌道運輸服務(COTS)。

通過COTS, NASA將成為投資者,而不是監督者。NASA會告訴這些公司它想要什麽樣的火箭或飛船,並為這個項目提供資金。這些公司則負責相關設施的設計和建造。為了降低成本,參與其中的公司將不得不支付部分開發成本,以激勵他們尋找降低成本的方法。NASA希望多家公司參與其中,以激發競爭。最終,NASA將成為購買服務的常客,就像乘客購買飛機票一樣。

COTS選擇SpaceX作為其最初的供應商之一,在NASA的幫助下,該公司開發了獵鷹9號火箭和貨運龍飛船。SpaceX也可以使用獵鷹9號火箭發射商業衛星。考慮到這家更多依賴供應商的模式取得了成功,NASA決定更進一步。在奧巴馬執政期間,NASA想知道這種商業模式是否可以像運送貨物一樣接送宇航員。對於NASA和立法者來說,這是個激進的概念,最受關注的就是安全問題。2014年,NASA選擇了SpaceX和NASA長期承包商波音,為新的“商業宇航員”計劃製造飛行器。

願景與現實

快進到今天,“商業宇航員”計劃現在離終點線只有幾步之遙,但這個計劃在實施過程中遇到了很多障礙。當NASA第一次將合約授予SpaceX和波音時,他們希望這兩家公司的飛行器能在2017年首次搭載宇航員飛行,現在離截止日期已經過去三年了。SpaceX的獵鷹9號火箭爆炸了兩次,該公司的載人龍飛船也曾在地面測試中爆炸。波音公司在2019年12月首次將其星際線飛船送入太空時遭遇了大量軟體故障。

最終,SpaceX在這場競賽中領先。現在,NASA和其他機構正在回顧“商業宇航員”計劃是否在該公司首次飛行之前完成了其應該完成的任務。從數字上看,與NASA的其他項目相比,開發載人龍飛船的成本已經大幅降低。在過去的十年中,NASA大約在“商業宇航員”項目上投資了6.6美元。與NASA開發類似飛行器所化數百億美元相比,這是個巨大的成本節約。

當然,很難將這些飛行器與NASA自己開發的設別對比。載人龍飛船和星際線飛船都是相對簡單的運載工具,與NASA過去開發的複雜深空運載工具大不相同,畢竟它們被用於執行不同的任務,性能也截然不同。波音和SpaceX飛船沒有氣閘、機械手臂等附屬設備,實際上就是用於運載的交通工具,跟聯盟號沒什麽不同。

在創造這些流線型、可用的航天器過程中,商業宇航員計劃也達到了創造競爭的目標。貨運和載人項目都幫助SpaceX成為了這個領域的主要參與者,波音的參與有利於保持成本競爭。但是商業宇航員計劃真的能幫助推出商業飛船嗎?這是個仍然難以回答的問題,這種方法的目的是讓NASA遠離繁瑣的設計會議,幾乎無需施加監督。但專家們認為,由於這項計劃的核心是將人類送入太空,NASA總是會更多地參與其中。在宇航員命懸一線的情況下,NASA採用什麽樣的合約方式並不重要,但它必須擁有發言權。

例如,NASA對商業宇航員計劃的參與方實施了非常嚴格的安全標準,規定這些飛行器造成宇航員嚴重受傷或死亡的幾率不能超過1/270。NASA還要求供應商滿足詳細的安全技術要求清單,而且隨著項目的進行,許多需求也發生了變化或演進。NASA的安全顧問還辯稱,SpaceX和波音都不可能獨立做到這些,為此NASA不得不“大力乾預”,在整個過程中提供幫助。

商業載人的未來

NASA很快表示,這種方式並不適用於所有項目。有些分析人士認為,NASA之所以能夠在載人航天領域嘗試這種方法,唯一的原因是該機構有備用方案可供依賴,那就是俄羅斯的聯盟號飛船。但是考慮到商業宇航員計劃顯然取得了成功,NASA現在希望將這種模式用於更雄心勃勃的計劃,尤其是將人類送上月球表面。

今年4月底,NASA與包括SpaceX在內的三家主要公司簽訂了初步合約,共同開發人類月球著陸器。專家表示,這可能會幫助NASA節省資金,就像它在商業宇航員項目中所做的那樣,但目前還不清楚人類登月存在什麽樣的市場。這與商業貨運計劃相反,畢竟後者已經有了應用市場。

在NASA展望下個項目的時候,除了該機構之外,商業載人飛行器是否還有市場還有待觀察。這種模式在COTS計劃中如此成功的原因是,已經有一個成熟的市場,且火箭還可被用於發射衛星。目前在近地軌道運營的企業並不多,因此SpaceX和波音的“計程車服務”目的地有限。

SpaceX公司已經宣布,有些普通人對乘坐載人龍飛船感興趣,該公司已經向2021年願意乘坐該飛船環遊地球的乘客出售了4個座位。他們還計劃最終將客戶送到名為Axiom的商業公司開發的私人空間站上。很多證據表明,將來SpaceX也會將湯姆·克魯斯送上國際空間站拍攝電影。

事情似乎在朝著正確的方向發展,但僅僅發布相關進展的公告並不意味著任務已經完成。就像任何一個新興市場一樣,最終需要時間來檢驗其商業模式是否能成功,以及這種旅行是否具有可持續性。(騰訊科技審校/金鹿)

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