“鹰”飞九天——私营宇航业迎来一缕曙光

□ 罗斯 陈杰

按照预定目标，“猎鹰”9号火箭应把飞船模型送入距地面250千米高的轨道

6月4日，美国私营企业太空探索技术（SpaceX）公司从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地，成功试射一枚“猎鹰”9号（Falcon 9）运载火箭，并将“龙”系列飞船的一个模型送至相应轨道。

美国航宇局计划在航天飞机退役后利用“龙”系列运送货物甚至航天员前往国际空间站。无论是“猎鹰”9号的运载能力，还是研发公司的成长速度，都反映了美国航天工业基础之雄厚，更具革命性的是，美国私营企业在航天界的攻城略地，很可能会在将来颠覆航天发展的举国体制。

“猎鹰”系列火箭示意图

按照预定目标，“猎鹰”9号火箭应把飞船模型送入距地面250千米高的轨道

“猎鹰”9号一级火箭采用了9台“灰背隼”发动机

“猎鹰”9号一级火箭采用了9台“灰背隼”发动机

“猎鹰”火箭的技术性能

猎鹰系列火箭包括“猎鹰”1号和“猎鹰”9号，可将轻型、中型和重型航天器送入不同倾角和不同高度的轨道。其中“猎鹰”9号又根据使用的整流罩不同以及捆绑的助推器不同分为4个型号，首次发射的型号整流罩直径为3.6米。

迄今为止，包括“猎鹰”1号和“猎鹰”9号在内的猎鹰系列运载火箭总共执行了6次发射任务，3次获得成功。

2008年9月28日，美国空间探索技术公司研制的“猎鹰”1号运载火箭从美国陆军里根弹道导弹防御试验场起飞，将质量约为165千克的“鼠星”模拟卫星成功送入预定轨道。此次成功发射是具有快速空间响应（ORS）能力且低成本的“猎鹰”1号火箭的第4次发射，也是继2006年3月、2007年3月和2008年8月连续三次发射失败后取得的首次成功。

2009年7月15日，该公司用“猎鹰”1号火箭将一颗马来西亚卫星成功送入预定轨道，这是世界上首次私人航天发射，太空探索技术公司也因此成为首个成功发射运载火箭的私营企业。

表1 猎鹰系列运载火箭的运载能力和整流罩尺寸

“猎鹰”1号是两级液体运载火箭，长约21米，整流罩直径1.7米，两级发动机全部使用液氧和煤油作为推进剂。其中第一级采用“灰背隼”发动机，通过涡轮泵供给推进剂，可重复使用；第二级使用“鹰”发动机，采用挤压式供给燃料。在第一、二级分离后，第一级利用降落伞溅落在太平洋海域，由专门的船只回收。经维修后再重复使用。“猎鹰”1号飞行安全系统采用推进终止方式，而不是爆炸自毁方式。这在美国运载火箭系统中是独一无二的，既大幅度减少了对地面安全的影响，又降低了系统成本。

“猎鹰”1号火箭能实现快速响应，其主要原因是火箭发射前的操作和检测非常简单。首先，有效载荷水平装配到“猎鹰”1号火箭上，然后使用“猎鹰”运输车起竖火箭，完成系统测试、试验和燃料加注等。“猎鹰”运输车利用液压系统把水平支架起竖到垂直位置，从而完成“猎鹰”1火箭的起竖操作。这些不复杂的操作使火箭发射价格更加便宜，反应也更快速。为了达到机动性最优化的目的，“猎鹰”1号火箭的发射控制中心设在机动车内，无需花费资金在发射场建造控制中心，也无需为租用控制中心支付管理费用。

6月4日14时45分，“猎鹰”9号发射升空，9分多钟后，其携带的飞船模型也进入轨道

“猎鹰”9号也是两级火箭，长约47米，推进剂与“猎鹰”1号一样都是液氧和煤油，第一级采用9台灰背隼发动机，第二级采用1台灰背隼发动机。虽然在公司的商业计划中没有要求可重复使用，空间探索技术公司一直希望回收火箭第一级，该火箭级在发射后溅落太平洋，原计划利用下降过程张开的降落伞浮在洋面，但火箭级在降落解体。

“猎鹰”9虽然属于大中型运载火箭，但其发射周期一般只需16天，而其他一些发射系统则是2个～4个月。这一发射周期能够满足各种航天发射任务，包括商业的、战术的和战略火箭发射任务。这种发射周期还特别适合星座补网。当有效载荷不在发射场附近，只能在发射前运送到发射场的情况下，它也是适用的。

2009年6月16日，“灰背隼”发动机点火测试

“猎鹰”1号燃料箱

“猎鹰”系列火箭采用高科技、高强度轻质铝锂合金材料，内部结构设计严格

奥巴马总统支持太空探索技术公司，这是他今年视察猎鹰火箭发射阵地的情形

“猎鹰9号”顶部头锥体整流罩将安装在多臂支持结构上，在组成复合外壳时提供牢固的构架

奥巴马总统支持太空探索技术公司，最右者为太空探索技术公司老板埃罗•穆斯克

私企参赛的背后推手

私人宇航公司在美国航天运输业的崛起得益于美国航天商业化政策的推动。如果没有美国航宇局和美国国防部高级计划研究局在背后支持，太空探索技术公司绝对不可能成事的。太空探索技术公司显然无力在测试场、发射场、测控等所有方面全部自主实现，而波音和洛克希德这种巨头又不会主动帮忙。

早在2006年1月18日，为解决航天飞机退役后国际空间站的航天员与货物运输问题，美国航宇局和美国国防部高级计划研究局（DARPA）共同启动了为期6年、价值5亿美元的“商业轨道运输服务”（COTS）项目。该项目旨在支持私人公司发展航天技术，并最终为国际空间站提供货物和航天员补给服务。当时，包括太空探索技术公司公司在内的20多家企业参与了竞标，而太空探索技术公司公司凭借“猎鹰”9号火箭和龙式太空舱方案竞标成功。

“猎鹰”9号的发射场非常简单，是水平总装和台架起竖方案，发射架结构非常简单

“龙”船飞向国际空间站示意图

2008年底，美国航宇局又与该公司签署了总价值16亿美元的国际空间站补给合同。按照合同，在2016年前，该公司将使用其计划中的“猎鹰”9号火箭和龙式太空舱进行12次发射，为国际空间站运送约20吨货物。

美国航宇局为了支持私人企业发展航天事业，采取了非常慷慨的态度。为了避免参与COTS项目的私人企业使用洛克达因等厂商昂贵的发动机，美国航宇局开放了阿波罗计划的部分技术，以便太空探索技术公司能够按任务需求和总体设计研制合适的火箭发动机。“猎鹰”系列的“灰背隼”发动机就采用了登月舱下降级发动机的喷管。而为了使太空探索技术公司能够进行试车，美国航宇局还允许其使用测试台架。

“龙”船降落伞试验

火箭运输

火箭装配

美国空军虽然已经有了“德尔它”4运载火箭，但对于太空探索技术公司的“猎鹰”系列火箭也非常感兴趣。“猎鹰1”号在夸贾林环礁奥莫莱克岛上的发射场，原先就是空军里根测试站的一部分。而这次发射“猎鹰”9号的SLC-40发射场，原来是空军“大力神”3和“大力神”4火箭的发射场。未来，“猎鹰”9号还可能在加州的范登堡空军基地发射，用于向高倾角轨道发射军用载荷。需要指出的是，“猎鹰”9号的首次发射搭载的是载人飞船的测试模型，主要进行船箭结合和在轨测试，但是SLC-40的设施目前还远远无法承担载人航天任务。

美国一直以来都在谋求拥有快速进入空间的能力，希望快速利用空间资源满足战术与战场应用需求。“猎鹰”1号火箭的成功发射标志着美国快速进入空间能力得到了进一步提高。在军用方面，可以在接到命令后及时部署有效载荷，快速完成星座的组网和补网发射，有效支持战术应用。另一方面，这种快速发射能力在民用和商用航天领域也具有较大的应用潜力。在民用方面，可以为国际空间站之类的在轨飞行器提供救援或快速补给等急需服务。商业方面，可以进行航天器的快速维护与升级并使之迅速投入使用产生效益。

“猎鹰”系列火箭的成功，无疑会导致更多的私营企业加入到运载火箭的研制和航天发射事业中来，这必将会为美国航天工业的发展带来更多的活力。

宇宙探索技术公司火箭制造车间

SpaceX崛起的象征意义

位于美国硅谷的宇宙探索技术公司(SpaceX)正在一座巨型机棚内建造他们的新型“猎鹰”9号。目前，第二枚“猎鹰”9号火箭组装已经接近完成，将于夏末起飞。此次任务预计携带真正的“龙”太空舱，以验证飞船分离、轨道机动和再入。如果“猎鹰”9号再成功完成两次预定发射，那么它将在2011年同国际空间站对接。

经过半个多世纪的发展，航天发射技术已逐渐成熟，技术门槛和资金门槛日益降低。同时，全球发射市场对高可靠性、低成本商业运载工具的需求愈加强烈，从而吸引了越来越多的私人企业进入航天发射市场。私人企业不仅是世界航天发射市场的一个有益补充，同时也增加了它的活力与动力。

今年年底之前，美国现存的三架航天飞机要全部退役，其中“阿特兰蒂斯”号已经率先完成了最后一次飞行，“发现”号和“奋进”号航天飞机将于今年9月、11月分别进行最后一次飞行。这意味着，美国将再次陷入没有现役载人航天器的状况，在私营企业的载人航天技术成熟前，美国航天员或许只能搭乘俄罗斯“联盟”号载人飞船前往空间站。

根据美国总统奥巴马公布的新太空探索计划，将在未来5年内为美国航宇局新投入60亿美元，用于鼓励使用商业火箭，并至少将国际空间站的寿命延长至2020年，使航宇局的重点从重返月球中转移出来。“猎鹰”9号运载火箭首次发射成功成为了这一计划的里程碑成果，也是一个值得载入世界航天历史的日子。

“猎鹰”9号运载火箭的成功还要归功于太空探索技术公司老板埃罗·穆斯克（Elon Musk）。埃罗·穆斯克是网上交易第三方支付工具“贝宝”（PayPal）的创始人。2002年埃罗·穆斯克将“贝宝”卖给eBay后，将获得的资金投入了太空探索技术公司公司的创建和运载火箭的研制。这是他的第3家私人公司，他亲任该公司的首席执行官和技术总监。穆斯克希望太空探索技术公司能消除官僚机构的繁琐程序，提高工作效率，通过不断创新以及内部生产和测试，将火箭发射的成本降至一般商用火箭的十分之一。

宇宙探索技术公司的办公室

2009年10月22日，美国总统奥巴马指派的奥古斯丁研究小组提交了载人航天飞行方案评审最终报告——《寻求适合伟大国家的载人航天飞行计划》，报告认为美国航宇局的航天飞机替换计划耗资过多、耗时太长，难以形成切实可行的方案。研究小组成员更倾向于利用商业发射系统将航天员送入近地轨道，这样才可能节省大量资金。

除了埃罗·穆斯克的慷慨解囊和政府政策这一幕后推手，风险投资是另一个资金来源。政府虽然按合同向太空探索技术公司提供资助，但拨款与波音和洛克希德这种巨头绝对不可同日而语，这是媒体将太空探索技术公司称为私人企业的原因之一。另外，在国外上市企业被称为“公众公司”（Public Company），与此对应的非上市企业则被称为“私人公司”（Private Company）。

美国政府推动SpaceX这样的企业冒尖，很有可能将改变未来全球航天事业的格局，特别是其商业模式一改过去举国体制下“集中力量办大事”，也不同于少数几家巨头垄断整个市场分享政府大订单的传统模式，其长远影响可能是颠覆性。