商业太空飞行开创新里程碑——SpaceX和波音的飞船试飞计划

方宇宁/编译

商业太空飞行开创新里程碑
——SpaceX和波音的飞船试飞计划

方宇宁/编译

2011年7月，克里斯·弗格森（Chris Ferguson）指挥完成了最后一次航天飞行任务，国际空间站留下了自他们30年前执行第一次航天飞行任务时,就一直飘扬在这里的一面小小的美国国旗。“希望这面代表了太空探索荣誉地位的旗帜能一直在这里保留下去，直到下一个美国宇航员重返空间站。”弗格森爵士在执行太空任务期间与奥巴马总统通话时解释道。“我明白，商业太空飞行将在这里展开‘夺旗’行动。”奥巴马总统回应。

作为波音公司的任务主管，弗格森是该公司负责开发和操作搭载美国宇航局（NASA）宇航员飞船进入空间站“夺旗”的负责人之一。波音公司与太空探索技术公司（SpaceX）是商业太空飞行领域的竞争对手，目前他们正在争分夺秒地与时间赛跑，争取在NASA与俄罗斯的空间站合同到期之前，再次发射飞船飞抵空间站。

但是超出计划外的风险因素更多。如果太空飞行能够摆脱政府合同的“温室”庇护，并成为真正的商业行为，那么价格上的竞争最终可能会导致成本大幅下降。2017年有望向着这个方向迈出关键性的几步。

NASA早在10年前的商业载人计划中就开始帮助航空航天公司开发商业货运飞船。NASA一改通常在政府合同之下，由NASA负责设计航天器、承包商负责建造的做法，NASA不再购买飞船，而是采用航空公司建造太空飞船、NASA提供资金和技术支持，然后NASA再向航空公司购买货运服务的模式。

这种被称为商业轨道运输服务（COTS）的模式，还要提供将宇航员送上太空的服务。尽管SpaceX表示可将这种服务写进COTS协议中，但NASA决定一旦航天飞机退役后，最主要的商业飞行是为国际空间站运送物资。根据COTS项目计划，SpaceX和轨道科学公司（如今称为轨道ATK公司）制造的航天飞机如今都承担了在空间站与地球之间运送物资、实验设备和其他设备的往返任务。

作为载人航天计划大变动的一部分，NASA于2010年宣布，将采用与COTS协议相类似的途径推进航天员运输系统的开发进程。为此NASA授予包括波音和SpaceX在内的几家公司多项关键技术，以支持开发航天器的早期发展。

2014年9月，美国宇航局与波音公司和SpaceX签订了总价值为68亿美元的合同。合同内容包括完成太空飞船的建造、各自进行两次试飞（一次载人、一次不载人）以及6次（每次搭载2人）往返空间站的任务。两家公司都在为完成这些任务而努力。

被誉为“星际航班”的波音CST-100飞船和SpaceX公司的载人龙飞船，外表看起来非常相似。不同于航天飞机，这两种飞船都是通过火箭发射太空舱，设计运载人数可多达7人，虽然NASA当前的计划要求一次运送4名宇航员，但是这两家公司还计划为其他太空游客增设更多的座位。

波音公司的CST-100在NASA从未降落过的陆地上着陆

但它们之间的差异还是相当大的。CST-100将通过美国联合发射同盟公司（洛克希德·马丁公司和波音公司的合资企业）阿特勒斯5型（Atlas V）火箭发射，该火箭自2002年推出以来连续成功发射了大约60次任务。

弗格森对CST-100的运载火箭评述道：“相较于之前的火箭将会有一些差异。”比如CST-100使用两个而不是一个引擎，还配备了特制的逃生系统，帮助宇航员在特殊情况下逃生。

在返回地球时，CST-100可以在NASA太空舱无法降落的陆地上降落，虽然之前的“水星”、“双子座”、“阿波罗”太空舱返回时都是在海洋里溅落的，但是CST-100将使用制动火箭、降落伞和安全气囊在陆地上降落。

这一策略对波音公司很重要，因为它打算重复使用每架CST-100飞船10次。“我们觉得，为了提高飞船的重复使用率，我们真的需要让飞船在陆地上着陆。”波音CST-100飞船项目经理约翰·穆赫兰（John Mulholland）说道。飞船溅落在海洋会产生很多问题，如海水进入太空舱腐蚀飞船组件等。

此外，在陆地上着陆便于卡车和直升机迅速抵达飞船着陆地点，就像俄罗斯的“联盟”号着陆时那样。

不同于波音公司的太空舱，SpaceX公司的载人龙飞船采用公司自主设计的猎鹰9号火箭发射，该火箭自2010年投入使用以来已经飞行了近30次。2016年9月，一艘搭载货运龙飞船的猎鹰9号火箭在一次发射中因发生爆炸而失败，但龙飞船本身在承担国际空间站的货运任务中一直表现良好。此外，SpaceX的龙飞船设计之始就具备运货和载人的双重功能。（详见本期封二。）

“载人龙飞船和货运龙飞船之间最大的区别是增加了更强大的超龙（SuperDraco）推进器。”SpaceX公司载人任务管理经理本杰明·里德（Benjamin Reed）说道。这些推进器安装在太空舱侧边，可作为航天器的紧急终止系统。SpaceX公司于2015年5月对这一设备进行了测试，一架使用超龙推进器的飞船太空舱从佛罗里达的发射基地起飞，在离岸边不远的地方溅落。

对于这些推进器，SpaceX公司另有计划。最初的载人龙飞船任务将溅落在海洋里，就像今天的货运龙飞船一样。据里德所称，溅落在海中并不影响太空舱的重复使用。“我们的团队拥有一批世界级的降落伞着陆和水中太空舱回收技术的专家。”他说。SpaceX公司计划在新的一年里开展货运龙飞船的重复使用工作。

最终SpaceX公司计划利用载人龙飞船的“超龙”推进器作为动力，可让宇航员跳伞降落后落在专门的着陆平台上，而非一头扎进海里。里德说道，SpaceX公司将在之后的货运任务中首次展示这种“推进动力降落”技术，“我们会循序渐进，先熟悉如何载货进行助推着陆，再尝试载人助推着陆。”

这两家公司在计划实施上也有所不同。波音公司广泛利用了合作伙伴关系，例如，在肯尼迪航天中心租赁了航天飞机机库，并将它改建为CST-100的车间。波音公司还聘请了NASA的任务理事会，一个承担了休斯顿任务控制中心标志性建筑任务的机构，雇佣其在CST-100飞行任务中承担类似的任务。

左：造访过国际空间站的宇航员：截至2016年10月29日，有200多名宇航员造访过国际空间站（男性，191人；女性，34人）；右：成本低于鱼子酱：使用SpaceX的猎鹰重型火箭将1公斤物体送入地球轨道的成本低于1公斤鱼子酱的价值

而SpaceX所有的任务都是独立完成的。无论是太空舱还是火箭的制造，抑或是载人飞行的任务控制，都将利用加州霍桑总部的设施自行处理，目前该设施正用于货运龙飞船的运营。“我们建造的不只是龙飞船。”里德说，“我们要构建的是一个完整的系统，一个经过论证能保证载人飞行安全性的系统。 ”

自2014年美国国家航空航天局（NASA）与波音和SpaceX签订合同以来，这两家公司一直在忙于开发各自的太空飞船。具体任务包括降落伞和其他着陆系统的测试，SpaceX于2015年进行了发射中止试验和其他各种测试。

但是计划已然推迟。NASA最初希望商业载人飞船在2015年底准备就绪，但由于对该计划信心不足以及预算紧缩原因，国会削减了对这一计划的支出，导致这一目标要推迟到2017年底。

2016年9月，NASA的检察长办公室的报告警告说，与波音和SpaceX签署的CCtCap合同有进一步延期的风险。国会如今已经为该计划提供了充足的资金，目前延期的原因已经不是钱的问题，而是技术上的问题。“尽管承包商（SpaceX）的态度非常乐观，但是根据我们对搜集到的信息进行的分析和处理结果，我们认为不管是波音公司还是SpaceX公司在2018年底之前都不太可能获得为国际空间站运送乘员的资格。”报告总结道。

报告公布之时，波音公司的计划时间表已经向后推迟了好几个月，载人试飞计划定于2018年初。“我们计划于2018年中期做好开通航班服务的准备。”弗格森在2016年9月中旬时说道。一个月后，波音公司宣布计划延迟半年。原定于2018年2月的载人试飞推迟到2018年8月，预计2018年 12月开始首次执行任务。波音公司将延迟归咎于因CST-100太空舱导致的Atlas V火箭的气动载荷等问题。

“我们已经克服了技术开发上的许多障碍。”在波音宣布计划修改之后，穆赫兰于10月中旬说道，对公司是否能够按新的时间表完成任务他表示乐观。

SpaceX公司的时间表更为谨慎一些。根据NASA 2016年7月正式公布的时间表，该公司计划于2017年5月进行一次无人龙飞船试飞任务，紧接着于2017年8月进行一次载人飞行测试。这个时间表定于猎鹰9号在发射台爆炸之前，结果导致许多任务被推迟，包括那些测试飞行任务。

2016年12月中旬，NASA宣布SpaceX将其无人飞行试飞推迟到2017年11月，其首次载人飞行推迟到2018年5月，因此未来一年里不会有运送宇航员的飞行任务。

NASA也感受到了压力，它需要至少有一个公司能够在2018年年底前运送宇航员到空间站，因为2018年年底是其与俄罗斯合同到期的时间。延长与俄罗斯的合同不是他们想要的选择，美国航空航天局人类探索任务副行政官威廉·葛斯坦迈亚（William Gerstenmaier）说道。

波音公司和 SpaceX公司的太空飞行任务到2018年底能准备就绪吗？“仍然有这个可能。”葛斯坦迈亚说道。这取决于未来哪家公司能够“夺旗”成功，航天商业化需要这两家公司以及其他观望中公司的参与和竞争。

[资料来源：IEEE Spectrum][责任编辑：松 石]

本文作者杰夫·福斯特（Jeff Foust）是马里兰州贝塞斯达富创公司的高级航空分析师。他还是《空间评论》的编辑和出版商。