编者注(5/27/20):由于不利的天气条件,两名 NASA 宇航员乘坐 SpaceX 载人舱和火箭的历史性发射已推迟至 5 月 30 日星期六下午 3:22(美国东部时间)。
如果天气良好或没有最后一刻的技术故障,今天下午 4:30 刚过(美国东部时间),一艘载有两名宇航员的宇宙飞船将从佛罗里达州肯尼迪航天中心的火箭上发射升空。这次飞行将前往国际空间站 (ISS),但其真正的目的地是太空史册:这将是自 2011 年航天飞机计划最后一次飞行以来,美国宇航员首次从美国本土发射升空,也是首次有人使用商业建造的载人舱和火箭飞往太空。
自从人类上次从美国本土飞往太空以来,发生了很多变化。最明显的是,美国与俄罗斯的关系变得紧张,尽管两国都将各自的太空计划与政治隔离开来。他们继续保持着强有力的伙伴关系,将 NASA 宇航员送往国际空间站,使用的是俄罗斯联盟号火箭。保护生命的加压服也发生了变化:这次新飞行的两名宇航员,NASA 资深宇航员罗伯特·本肯和道格拉斯·赫利,将不会穿上航天飞机时代的荧光橙色套装。取而代之的是,他们将身着时尚的单色一体式服装,这种服装更轻便、更灵活,而且外观更好看。这些宇航服,就像这次任务的载人龙飞船和可重复使用的猎鹰 9 号火箭一样,都是由航空航天公司 SpaceX 设计和制造的。老式的“太空车”——经过改装的房车,在过去半个世纪的大部分时间里,它们将 NASA 宇航员从宇航员宿舍运送到发射台——也不复存在。为了到达用于这次示范任务 2 (Demo-2) 测试飞行的火箭,本肯和赫利将乘坐 SpaceX 姊妹公司特斯拉提供的全电动 Model X 运动型多用途车,尽显时尚风范。
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这就是美国太空飞行的新时代,在这个时代,联邦政府寻求更廉价、更安全、更可靠的进入轨道的方式,不是直接建造和运营宇宙飞船和火箭舰队,而是将税款用于购买私营公司提供的发射服务。之前所有载人航天计划都是基于政府航天机构开发、拥有和运营的系统。现在,通过其商业载人计划——该计划本身是 2000 年代中期启动的商业轨道运输服务计划的后续行动——NASA 转而购买 SpaceX 资产上的座位和存储空间。这种策略应该可以腾出资金,供该机构用于其他项目——深空探索和变革性科学任务——这些项目目前仍是私营企业无法触及的。
希望联邦政府对低成本、可靠和安全的太空运输的投资将刺激快速创新,并为经济增长创造全新的机遇。这种方法在商业卫星产业的发展中有一个先例,截至 2019 年,商业卫星产业的价值超过 2770 亿美元,这在很大程度上归功于早期阶段强有力的政府财政支持。“商业载人计划是 NASA 进行的一项伟大实验,旨在看看商业公司是否能够胜任这项特殊的工作,”前航天飞机项目经理韦恩·黑尔说,他现在是工程公司 Special Aerospace Services 的顾问 。
自 2010 年启动以来,NASA 已向商业载人计划投入了超过 82 亿美元。其中大部分资金流向了波音公司和 SpaceX 公司,这两家公司分别在 2014 年获得了开发和服务飞行合同。NASA 商业航天飞行主管菲尔·麦卡利斯特说,这种商业伙伴关系方法为该机构节省了大约 200 亿至 300 亿美元,否则该机构将不得不花费这些资金,按照传统的承包方法开发新型载人火箭和宇宙飞船。
NASA 局长吉姆·布里登斯廷认为,Demo-2 是证明公私合作商业模式成功降低成本的最后一步。“这将使我们不仅能够登上月球,而且能够可持续地登上月球,使用可重复使用的着陆器登上月球表面,”他在最近的一次新闻发布会上说。“所有这一切,最终都是为了到达火星。”
SpaceX 公司由技术企业家和特斯拉首席执行官埃隆·马斯克创立和运营,该公司花了一段时间才学会如何与 NASA 合作——反之亦然。但在 2015 年 6 月 28 日,猎鹰 9 号火箭在发射过程中爆炸,摧毁了一艘前往国际空间站的货船之后,这种关系大大缓和。在那次事故之后,SpaceX 寻求并找到了 NASA 的坚实技术后盾。
NASA 航空航天安全咨询小组主席帕特里夏·桑德斯说:“一开始,双方都有很多需要学习的地方——SpaceX 更多,因为他们是与 NASA 合作的新手,甚至波音公司也是如此。这是一种定义需求的不同方式。他们会提出标准,但不一定是以 NASA 能够接受的方式。他们会发送一些东西过来,NASA 会退回,然后他们会再次发送过来。他们真的在互相了解。”
对于 NASA 来说,沉浸在 SpaceX 的科技初创企业文化中也需要一段时间才能适应。“你可以通过‘硬件丰富’——拥有大量的类飞行测试品,一次又一次地进行测试,并且如果你推动某个东西 [当] 你不知道它是否会工作 [去] 看看它是否通过或失败,从而快速学习,”NASA 工程师约翰·波西说,他负责监督载人龙飞船的设计和性能。“由于这是一个合作伙伴关系,而不是传统的承包商客户,我们拥有设计权,我们 Dictate 他们做什么,我们总是尽量避免说,‘哦,我们以前从未这样做过’或‘这种方式对我们来说更好’。我们试图利用我们在 [航天] 飞机和其他项目中学到的东西,并通过说,‘如果你要走那条路,这里有一个你可能想要检查的陷阱’或类似的东西来应用它。”
“这也比我们在 NASA 工作期间工作得最辛苦的一次,只是为了跟上 SpaceX 的节奏,”波西补充道。“我觉得我还年轻——我 39 岁——但那些家伙,他们中的很多人只有我一半的年龄,所以他们真的可以比我更快地完成更多的工作。”
NASA 的商业载人计划从十年前的 humble 开始已经走过了漫长的道路,当时该机构向五家公司(不包括 SpaceX)授予了 5000 万美元的开发合同。到 2014 年 9 月,NASA 对公私合作模式的信心足以让该机构向 SpaceX 和波音公司授予总价值 68 亿美元的太空出租车合同。当时的希望是,其中一家或两家公司将在 2017 年底前准备好接替俄罗斯为国际空间站宇航员提供的渡轮飞行任务。
SpaceX 和波音公司遇到了技术障碍,将载人飞行测试分别推迟到 2020 年和 2021 年。SpaceX 公司发生了两起猎鹰 9 号火箭事故,其中包括一次发射台爆炸,这促使该公司重新设计了火箭加压系统的一部分。然后,在 2019 年 4 月——就在无人龙飞船前往国际空间站的里程碑式测试飞行一个月后——SpaceX 遭受了另一次挫折:一枚龙飞船在佛罗里达州的一个测试台上,在进行静态发动机点火准备工作时发生爆炸。
与此同时,波音公司的 CST-100 星际客机在 2019 年 12 月首次轨道亮相时遭遇失败后,因软件验证和质量控制升级而停飞。一个计时错误阻止了飞船到达空间站,任务提前四天结束。该公司现在计划在今年晚些时候重复进行无人飞行测试。与波音公司的克里斯托弗·弗格森以及 NASA 的迈克尔·芬克和妮可·奥纳普·曼的载人测试很可能会在 2021 年进行。
这些延误正在国际空间站造成人员短缺,因为 NASA 在联盟号火箭上的付费搭乘即将结束。今年 5 月,该机构与俄罗斯达成协议,将一名俄罗斯宇航员从即将于 2020 年 10 月发射的联盟号飞往国际空间站的任务中撤出,为 NASA 宇航员腾出一个座位,以防 SpaceX 和波音公司进一步延误。这项安排将确保国际空间站至少有一名美国宇航员驻守。11 月将标志着人类在空间站持续驻留 20 年。
尽管技术问题大大减缓了 NASA 商业载人计划的步伐,但该机构官员表示,这些延误可能会有所回报,最终有助于简化可重复使用飞行器在测试飞行完成后获得进一步操作任务认证的流程。这些延误还让 NASA 及其宇航员队伍以外的个人和组织有更多时间来设计他们自己的雄心勃勃的太空飞行壮举,以利用该机构的商业载人投资。例如,SpaceX 总裁兼首席运营官格温妮·肖特韦尔说,目前有一个计划,让演员汤姆·克鲁斯最早在明年乘坐猎鹰 9 号火箭发射的龙飞船到达国际空间站。
SpaceX 还与 Axiom Space 公司签订了合同,该公司正在开发一个将连接到国际空间站的商业舱段,并与 Space Adventures 公司签订了合同,该公司此前曾促成了八次前往国际空间站的游客飞行,使用的是俄罗斯联盟号飞船。日本企业家前泽友作已为 SpaceX 的下一代星舰飞船(目前正在德克萨斯州布朗斯维尔附近开发)的绕月包机飞行支付了定金。
今年 4 月,NASA 决定向星舰投资 1.35 亿美元,以了解该系统是否可用于在 2024 年将两名宇航员运送到月球表面,这是特朗普政府要求的加速时间表。与 NASA 一样,月球作为目的地也在 SpaceX 的关注范围内。但马斯克创立这家公司的目的是开发在火星上建造和维持城市所需的技术。Demo-2 将是 SpaceX 的第 85 次猎鹰 9 号发射,也是首次载人发射。
马斯克说:“如果没有 NASA 之前的工作,我们不可能走到今天——正如谚语所说,‘站在巨人的肩膀上’。而且,如果没有真正经历龙飞船的道路,我们也不可能到达星舰。”