投身商业大潮，欧洲货运飞船迎来新机遇

文/张晨

2023年5月，欧空局提出了“商业货物运输计划”（CCTI），旨在为国际空间站和未来的商业空间站提供高效率、低成本的货运服务。显然，CCTI主要对标美国宇航局的“商业轨道运输服务计划”，而美国这项计划堪称太空探索技术公司“崛起之源”，因此外界认为，欧空局可能也想借助CCTI培育商业航天力量发展。

▲ 货运飞船返回舱再入大气层想象图

▲ 欧洲新型货运飞船对接国际空间站想象图

限制更严要求高

欧空局为CCTI划分了3个阶段，向20个成员国和其他国家广泛征集方案，从参与投标的航天企业中预选出4家。随后，欧空局将在2023年9月～2024年6月实施CCTI的1-1阶段，从投标企业中选出2家中标者，并提供200万欧元作为稳定支持资金，确保中标者完成CCTI货运飞船演示任务的初步设计。

接下来，进入CCTI的1-2阶段，预计持续到2025年12月，欧空局将辅助中标者进行深化设计，攻克技术难关，进一步巩固其资金链安全。

之后，进入CCTI的第二阶段，目标是在2028年12月前发射演示飞船。欧空局在此阶段不仅会支持第一阶段的中标者发射演示飞船，还会采购其他公司的飞船，前提是这些“幸运儿”在CCTI第一阶段未中标，但仍自行研发货运飞船。

根据CCTI要求，发射服务方需要将2吨加压货物运输至近地轨道上的国际空间站和未来商业低轨目的地（一般理解为商业空间站），并在2028年将1吨加压货物下行到地球，不限制飞船大小。如果发射服务方满足了CCTI的要求，欧空局将与其签订后续合同。

值得注意的是，欧空局将为CCTI的演示任务提供资金和技术支持，但仅支持货运飞船研制和飞行的部分开支。而且，欧空局要求中标者公布货运飞船的研制计划和项目进展节点，选定适合自身技术水平的研发路线，包括每个阶段的研发内容和预算、涉及技术转让等。

欧空局虽然向中标者提供了绝对的自主权，但不会放任自流，反而会深入参与每个项目，了解开发情况，评估其技术优势和第三方经费是否充裕，确保项目不会采用过激技术而导致超支或拖延。欧空局还表示，对CCTI每个阶段提供的资金额度是固定的，如果产生任何超支情况，均由中标者自行负担；如果中标者未完成某个节点，欧空局有权撤回所有支持。

▲ 货运飞船奔向预定轨道示意图

这样看来，CCTI的商业限制比美国宇航局的“商业轨道运输服务计划”更加严格。当初，轨道科学公司研发新型火箭遇到了技术问题，直接向美国宇航局申请推迟1年发射。而CCTI不容忍任何明显的项目进度推迟，为此甘愿放弃可能过于激进的新技术，这就对参与竞争者的初始技术水平提出了较高的要求。

投标方案大比拼

尽管CCTI的限制不少，但利润前景可观，因此吸引了不少商业航天公司参与竞争，一些方案颇有亮点。

奥格斯堡火箭工厂（简称RFA公司）提交了Argo商业货运飞船的概念方案。Argo命名源自古希腊神话中的亚尔古舟，英雄乘坐这艘船寻找到了稀世之宝金羊毛。此外，Argo也可以指代南船座。

▲ Argo货运飞船设计具备加压舱和重启式返回舱

Argo商业货运飞船采用不锈钢船体以降低成本，可携带3.4吨货物至近地轨道，拥有13立方米加压空间，其最明显的特征是采用了柔性充气隔热盾的可返回式货舱。飞船配置推进系统，具备自主接近空间站并实施对接的能力，遵循西方航天器通用的对接适配器标准。

RFA公司踌躇满志地称，该飞船不仅有望恢复欧洲空间货物运输能力，还具备强大的下行能力，是“欧洲航天的游戏规则改变者”。虽然该公司正在研制RFA One小火箭，但这款火箭无法发射Argo商业货运飞船。RFA表示，该飞船没使用和火箭一体化设计，因此可以搭载其他国家或组织的火箭发射。

▲ Nyx货运飞船设计采用常规两舱布局和贴片式太阳能电池板

▲ 美国公理航天公司规划的商业空间站想象图

2021年成立的探索公司提出了Nyx商业货运飞船方案。Nyx是古希腊神话中黑夜女神的名字。

这款飞船使用模块化设计，包括锥形返回舱和服务舱，可携带4吨货物前往近地轨道，工作6个月左右，还能将2.5吨加压货物和100千克非加压货物送回地面，甚至服务舱可以挂运1.4吨载荷。飞船首飞计划携带300千克载荷，而未来业务成本预计为15000欧元/千克。

按探索公司的原计划，阿里安6火箭首飞时，将携带质量约40千克的比基尼号再入返回演示器。但阿里安6火箭进度延迟，这个演示器将在2024年9月改由印度PSLV火箭发射。探索公司计划在2027年完成CCTI的演示飞船货运任务。

▲ SUSIE轨道器内部结构示意图

除了投标欧空局的商业货运计划外，探索公司还在2023年9月和美国公理航天公司签订合同，争取在2025年达到任务节点。这很可能是曾计划于2024年第四季度发射的一个更大的再入返回演示器。按合同约定，自2027年第四季度起，Nyx商业货运飞船将向美国公理航天公司带头筹建的商业空间站提供补给，而该公司2/3订单来自商业空间站项目。按设计，Nyx商业货运飞船可以方便地兼容多国运载火箭，甚至不排除未来改为载人飞船。

2022年，阿里安集团提出了SUSIE“革命性创新智能上面级”概念方案，本质上是一种多用途可复用轨道器，同样参与了CCTI竞标。

SUSIE轨道器使用体襟翼作为再入段的气动控制舵面，继承了早期赫尔墨斯航天飞机设计方案的“技术基因”。此外，SUSIE轨道器将采用垂直反推着陆技术。欧空局研究认为，相比降落伞，这种模式可以降低失效概率。由于不需要跑道来滑翔降落，该轨道器并未配置大翼面，似乎具备了“星舰”的某些技术特点。

SUSIE轨道器计划由阿里安6火箭送入预定轨道，重达25吨，拥有40立方米加压空间，可搭载7吨货物或5名航天员，也考虑到了经济性指标。未来，它有可能搭配新型火箭，实现更高比例的回收复用。不过，由于阿里安6火箭不支持复用，加上SUSIE轨道器的结构较复杂，下行质量偏小，很可能不符合CCTI的规范要求。对此，阿里安集团准备发展更大的运输航天器。

重现辉煌有难度

▲ “生不逢时”的ATV货运飞船

过去，欧空局曾拥有顶级货运飞船，那就是ATV“自动转移飞行器”。该飞船在1998年开始研制，克服了阿里安5火箭故障、飞船软件重写等不利因素后，2008年成功首飞。当时，ATV是航天史上最大的货运飞船，发射质量达20.75吨，可携带7667千克加压货物前往国际空间站，并拥有48立方米加压空间。除了运货外，ATV还负责将国际空间站从340千米高的组装轨道提升至400千米高的工作轨道，展示了强悍的能力。不过，ATV需要使用特定的对接口，无法使用容纳标准机柜的对接口，导致大件货物运输能力很差，而当时国际空间站对较小的散件货物需求不大，导致ATV的运载需求受到了限制。最终，ATV仅入轨飞行5次，2015年执行了最后一次任务。

▲ “太空骑士”入轨想象图

2022年，阿里安集团推出了绰号“太空骑士”的小型可重复使用航天器方案，采用升力体和体襟翼来减少包络尺寸。该航天器计划采用织女星-C火箭发射，还与该火箭第四级形成了一体化设计。虽然“太空骑士”不适合为空间站提供大规模货运服务，但可以作为任务持续数月的太空试验平台。

尽管技术积累不少，新方案颇具亮点，但谈到CCTI的发展前景，恐怕不能忽视欧空局的现状及未来规划。当前，欧空局处于“深低谷期”：阿里安5火箭已退役；阿里安6火箭首飞一再推迟，商业发射订单已被竞争对手抢走了很多；织女星-C火箭处于更换部件、重新测试、排除故障的漫长过程中；早期型织女星火箭依靠库存发射，显得“独木难支”；至于被寄予厚望的“阿里安”Next，仍处于漫长的完善设计、验证测试过程中，涉及各参与国的利益分配争夺，参考以往项目经验，成功不易。在这种形势下，欧空局力推CCTI，很可能是为了效仿美国，另辟蹊径，尝试培养商业化轨道发射投送能力。

外界认为，尽管CCTI获得欧空局大力倡导，投标响应者不少，但对这个项目的前景不宜过于乐观。太空探索技术公司的猎鹰系列火箭和龙系列飞船虽然为追随者指明了方向，但其成就建立在美国宇航局从技术、资金、政治等多方面提供支持的基础上，欧空局很难提供这么大的帮助。美国早年一系列宏伟的航天项目也培育了深厚的航天技术储备和众多航天产业链供应商，欧洲同样无法相比。所以，CCTI的竞标方案能否满足指标要求，目前仍不确定。

其实，抛开欧洲航天的内部问题不谈，从国际市场需求的角度来看，CCTI就面临不小的挑战。CCTI的目标是向国际空间站和未来商业空间站提供运输服务，但国际空间站主要由美国和俄罗斯的舱段组成，两国都拥有强大的航天运输保障能力，而欧空局仅有1个实验舱，在国际空间站运营和资源分配中缺乏话语权，那么CCTI收获大量国际空间站运输订单的希望相当渺茫，也就难以大规模提升欧洲航天运输能力，更不用说新飞船、新火箭服役初期成本不占优势了。

▲ Nyx货运飞船等计划执行探月任务

至于商业空间站，虽然探索公司和美国公理航天公司签订了合同，但美国公理航天公司规划的商业空间站规模有限，对货运飞船的需求不会太大。何况这家公司与太空探索技术公司长期密切合作，提供商业载人航天服务，很难再给予欧洲企业太多支持。

此外，欧空局或许希望借助西方多国合作的绕月空间站项目，提高航天货运能力。但这个绕月空间站在规划上不要求航天员长期驻留，货物需求相对有限，加上已有日本HTV-XG货运飞船和美国龙-XL货运飞船参与竞争，留给欧洲货运飞船的发挥空间似乎不大。因此，欧空局必须持续补贴商业航天公司，支持到绕月空间站的航天运输需求充分释放之时。

总体来看，CCTI是欧洲航天借鉴美国宇航局发展路径的大胆尝试，有望促进更广泛的社会力量投入航天领域，加速商业航天产业发展和技术进步。但受限于多方面因素，该项目本身可能无法达成预定目标，需要欧空局更多支持，努力拓展市场。