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SpaceX的乘员龙任务将如何塑造商业太空的未来

2020-05-23 10:51:48来源:

5月27日下午,美国国家航空航天局的两名资深宇航员将登上位于佛罗里达东海岸的一艘新研制的宇宙飞船,飞往国际空间站。他们将创造历史。他们将是第一批乘坐由SpaceX公司建造和运营的真正的私人航天器——乘员龙号(Crew Dragon)发射升空的人。这次发射可能标志着美国太空飞行新时代的开始。

此次任务是SpaceX和NASA近10年发展和合作的巅峰之作。如果发射成功,这将是自2011年航天飞机计划结束以来,美国人首次从美国发射进入轨道。在过去的九年里,NASA的所有宇航员都是从哈萨克斯坦用俄罗斯火箭发射到国际空间站的。

虽然载人航天重返美国土地意义重大,但这次任务也是SpaceX公司的“龙”号宇航员的最后一次测试,它是NASA商业宇航员计划的一部分。该计划有很多目标,但最大的目标是:让私人公司,而不是美国宇航局,创造能够将美国宇航员送入轨道的下一代航天器。他们的希望是,这些商用飞行器将比NASA能够制造的更便宜,从而节省纳税人的钱。一旦宇宙飞船完成,建造它们的公司就可以通过向付费用户出售座位来盈利。

本质上,NASA想把资本主义带入人类的太空飞行。“这是资本主义101,”奥巴马总统领导下的NASA副局长Lori Garver告诉the Verge网站。“政府就是不擅长这些东西。我们已经推出了50年,这个行业做了所有的工作。为什么不让他们接管我们的服务呢?”

这些数字似乎表明,NASA通过这种方式制造航天器节省了资金,但人类太空飞行的新经济仍处于起步阶段。“这可能是更伟大事情的开始,也可能是需要采取进一步的步骤来实现这些商业目标,”航空顾问杰夫·格雷森(Jeff Greason)在接受the Verge网站采访时表示。格雷森是奥古斯汀委员会(Augustine Commission)的成员,该委员会对NASA的航天计划进行了评估。“不管你怎么切,这都是一种进步。唯一不确定的是进展有多大——只有当我们有了一些后见之明,我们才会知道。”

到目前为止,商业乘员计划在实现其目标方面的记录好坏参半,但大多数分析人士认为,它为NASA和商业企业探索太空开辟了一条新的道路,这可能会从根本上改变未来十年的太空经济状况。

只要人类还在飞向太空,政府就一直负责把他们送到那里。在过去的半个世纪里,NASA雇佣了承包商来制造火箭,同时保留了对生产和设计各个方面的完全控制。当飞行器完成后,NASA拥有并操作硬件。

结果通常是非常昂贵的火箭。NASA的预算在20世纪60年代膨胀,目的是开发将宇航员送上月球的土星五号火箭。NASA曾希望它的下一个航天器——航天飞机——会更划算,但根据一项分析,这个项目最终让NASA每次飞行花费了大约16亿美元。

“在太空发展的头50年里,阻碍太空发展的是太空运输,”Garver说。“我们就是无法降低成本。加弗和其他一些人认为,NASA强大的安全文化把它束缚在了自己独特的做事方式上,这往往会让飞行器变得比需要的更复杂。她说,缺乏竞争并没有激励任何人降低成本。

当布什政府在2004年呼吁取消航天飞机计划时,试验的机会来了。一旦航天飞机停止运行,NASA仍然需要一种方法来为国际空间站提供补给。该机构想要一些便宜的东西——一些可以为更有雄心的项目释放资金的东西,比如探索深太空。因此,官员们建立了一种新的太空商业模式,称为商业轨道运输服务(COTS)。

通过COTS, NASA将成为投资者,而不是监督者。NASA会告诉这些公司它想要什么样的火箭或宇宙飞船,并为这个项目提供资金。这些公司将负责其车辆的设计和建造。

为了降低成本,参与其中的公司将不得不支付部分开发成本,以激励他们寻找降低成本的方法。NASA希望多家公司参与其中,以激发竞争。“随着成本下降,他们将不可避免地面临更多的竞争,这将允许NASA做更困难、更远的事情。这是他们的专长,”加弗说。最终,NASA将成为一个购买服务的常客,就像乘客购买飞机的机票一样。

“我们不想成为唯一的客户,”航空咨询师、美国国家航空航天局(NASA)商业乘务和货运项目前经理艾伦·林登莫耶(Alan Lindenmoyer)对the Verge网站说。“我们希望这是为了所有人的利益,为了整个美国的利益。我们非常想帮助降低进入太空的成本。因为降低成本是打开所有新市场的关键。”

现实就是这样。COTS选择SpaceX作为其最初的供应商之一,在NASA的帮助下,该公司开发了猎鹰9号火箭和货运龙太空舱。SpaceX公司继续使用它的猎鹰9号发射了许多商业卫星。

考虑到至少一家供应商的成功,NASA决定更进一步。在奥巴马执政期间,NASA的官员们想知道这种商业模式是否可以像运送货物一样运送宇航员。对于NASA和立法者来说,这是一个激进的概念。空间分析和工程公司Bryce Space and Technology的创始人兼首席执行官Carissa Christensen告诉The Verge网站:“我想说的是安全问题。”“在航天工业中,人们总是担心公司是否会在未来出现。”

2014年,NASA选择了两家公司——SpaceX和NASA长期承包商波音——为新的商业乘员计划制造飞行器。

快进到今天,商业船员计划现在离终点线只有几步之遥。但这一计划在实施过程中遇到了很多障碍。当NASA第一次将合同授予SpaceX和波音时,他们希望这两家公司的飞行器能在2017年首次搭载宇航员飞行。现在离截止日期已经过去三年了。SpaceX公司的猎鹰9号火箭爆炸了两次:一次是在飞行中,一次是在地面测试中。该公司的乘员龙在地面测试中爆炸。波音公司在2019年12月首次将其太空舱CST-100 Starliner送入太空时遭遇了大量软件故障。

最终,SpaceX在这场竞赛中领先,现在,NASA和其他机构正在回顾商业乘员计划是否在该公司首次飞行之前完成了它应该完成的任务。

从数字上看,与NASA的其他项目相比,开发“乘员之龙”的成本已经大幅降低。NASA大约投资了6.6美元。根据行星协会的一项分析,在过去的十年中,商业乘员计划花费了十亿美元。与NASA开发类似飞行器的成本相比,这是一个巨大的成本节约,大约是数百亿美元。“我知道这是一个不错的交易为NASA,载人航天项目,但是我不知道有多么疯狂好这笔交易的美国航天局正在了,”凯西德雷尔,首席倡导者和行星协会的高级空间政策顾问,告诉边缘。

当然,很难将这些飞行器与NASA的做法进行比较。“龙”号和“星”号是相对简单的运载工具,与NASA过去开发的复杂的深空运载工具大不相同。“飞行器以不同的方式做着不同的事情,”前航天飞机项目经理、现任美国宇航局顾问韦恩·黑尔在接受the Verge网站采访时表示。“当他们有如此不同的任务和能力时,很难将两者进行比较。波音和SpaceX都是出租车服务公司;它们是基本的保护,没有气闸,没有机械手臂。它们实际上是运载货物的交通工具,跟联盟号没什么不同。”

在创造这些流线型、可用的航天器的过程中,商业乘员计划也达到了创造竞争的目标。货运和乘务项目都帮助SpaceX成为了这个领域的主要参与者,这个领域几十年来一直由同一家承包商的重量级公司主导。加弗说,让波音公司参与进来,有利于保持成本的竞争力。“如果SpaceX是唯一一家,我不是说他们会尝试这么做,但从经济角度讲,他们不必保持低价;没有竞争,”加弗说。

但是商业乘员计划真的能生产出商业车辆吗?这是一个仍然难以回答的问题。这种方法的目的是让NASA远离设计会议,几乎没有监督。但专家们认为,由于这项计划的核心是将人类送入太空,NASA总是会更多地参与其中。在宇航员命悬一线的情况下,NASA采用什么样的合同方式并不重要——NASA将有自己的发言权。

“这不是一个千篇一律的方法,”曾在政府问责局(Accountability Office)负责审计商业剧组项目的克里斯蒂娜·查普兰(Christina Chaplain)对the Verge网站说。“每一种安排都可以是非常不同和量身定做的。在这个项目中,他们确实采取了很多措施来深入了解这些项目。“例如,NASA对商业机组人员供应商实施了非常严格的安全标准,规定这些飞行器造成机组人员严重受伤或死亡的几率不超过270次飞行中的一次。”(这是一个很高的门槛,因为航天飞机被认为有90%的几率在项目接近尾声时失去运载工具。)NASA还要求供应商满足一份非常详细的安全技术要求清单,这些要求指导了飞行器的设计。随着项目的进行,许多需求也发生了变化或演进。

NASA的安全顾问还辩称,SpaceX和波音都不可能独立做到这一点,他们表示,NASA不得不“大力干预”,在整个过程中帮助这两家公司。航天安全顾问小组主席帕特里夏·桑德斯(Patricia Sanders)在今年5月的一次会议上说:“NASA继续拥有深厚的专业知识,这些知识应该继续被用于美国最复杂、最具挑战性的太空系统开发和执行的成功。”

对一些人来说,这并不等于商业交易;它仍然是政府监视公司并实时指出变化。“我们还没有将载人航天完全商业化,”Greason说。“在商业世界中,服务是有价格的。你买了票,如果你不喜欢那张票,那你就不坐飞机。我认为我们还没到那一步。”

NASA很快表示,这种方式并不适用于所有项目。一些分析人士认为,NASA之所以能够在载人航天领域尝试这种方法,唯一的原因是该机构有一个备用方案:俄罗斯的联盟号火箭(Soyuz)。Chaplain说:“如果你没有这种选择,这只会增加风险。”“政府必须愿意它不工作,如果它不工作。”

但是考虑到商业乘员的明显成功,NASA现在希望将这种更轻触的模式用于更雄心勃勃的计划——尤其是将人类送上月球表面。4月底,NASA与包括SpaceX在内的三家主要公司签订了初步合同,共同开发人类月球着陆器。

专家表示,这可能会帮助NASA节省资金——就像它对商业宇航员所做的那样——但目前还不清楚人类登月存在什么样的市场。“月球活动没有明确的商业市场,”克里斯坦森说。“今天没有,也没有明确的途径。但是有一个非美国政府市场,对吧?当然,也有其他国家可能想要开展月球活动,但无法接近部署自己的完整计划。”

在NASA展望下一个项目的时候,除了NASA之外,商业载人飞行器是否还有市场还有待观察。这种模型在COTS计划中如此成功的原因是已经有一个成熟的市场和火箭的需求:发射卫星。德雷尔说:“这与商业货运计划正好相反,在商业货运计划中,将货物直接送入(近地轨道)已经有了一个众所周知的市场。”这完全是倒退。而是:‘如果我们只是建立能力,也许市场会出现呢?’”

目前在近地轨道运营的企业并不多,因此SpaceX和波音的出租车服务目的地有限。“现在是一个进退两难的问题,先有鸡还是先有蛋的问题,”黑尔说。“在近地轨道没有业务的原因之一是运输成本太高。然后,通过帮助公司建立一个更便宜的交通系统,成本降低了,企业就会填补空缺。所以这就是理论。”

SpaceX公司已经宣布,有一些人对乘坐乘员龙的普通公民感兴趣。该公司已经向2021年将驾驶该汽车环游地球的乘客出售了4个座位。他们还计划最终将客户送到一家名为Axiom的商业公司开发的私人空间站。很多证据表明,有一天SpaceX公司将汤姆·克鲁斯送上国际空间站拍摄一些未知的电影。

事情似乎在朝着正确的方向发展,但一些公告并不意味着任务已经完成。就像任何一个新兴的市场一样,最终需要时间来检验一种模式是否形成,以及这种旅行是否可持续。

“令人鼓舞的是,已经有一些最初的商业客户发布了这些声明,”Greason说。“当然,如果结果不只是三次(旅行),而是每年三次或每六个月三次,我会很激动。然后我们得到了我们想要的一切。我不确定结果会是这样,但我当然希望会是这样。”