SpaceX 的“龙飞船”预示着美国太空飞行的变革

一次前往国际空间站的无人试飞将是该公司私人太空飞行宏伟愿景的关键里程碑

SpaceX 的“龙飞船”宇宙飞船停放在该公司猎鹰 9 号火箭的顶部,毗邻 NASA 肯尼迪航天中心 SpaceX 建造的宇航员通道。

它看起来像一颗巨大的白色子弹,而且速度会更快。SpaceX,其制造商,称这艘飞船为“龙飞船”,它坐落在佛罗里达州 NASA 肯尼迪航天中心 39A 发射台的猎鹰 9 号火箭上,等待升空。

如果一切顺利,“龙飞船”将于周六黎明前出发前往国际空间站——这是在首次实际载人飞行前的最后一次试飞。此前,没有一家美国公司在其自己的飞船上将太空旅行者送入轨道。“再次感受到准备飞行的感觉真是太棒了,”NASA 人类探索与行动部门副署长威廉·格斯滕迈尔在 2 月 22 日的最后一次飞行准备审查后说道。

所以又怎么样呢,您可能会说?此前已有不少于 109 艘宇宙飞船从 39A 发射台发射升空,其中大部分——从阿波罗登月任务到后来的航天飞机——体积更大、动力更强,并且旨在搭载宇航员进行更雄心勃勃的飞行。它们只是恰好是政府项目。“这是朝着商业太空飞行迈出的适度一步,但您必须强调“适度”这个词,”乔治·华盛顿大学空间政策荣誉退休教授约翰·洛格斯顿说。


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这是一个合理的论点。“龙飞船”目前是一个以不同方式组织的政府项目。但 SpaceX 及其盟友表示,这是朝着更大目标迈出的一步。“这是一件大事,”专注于太空初创企业的 5000 万美元风险投资基金 Space Angels 的首席执行官查德·安德森说。“SpaceX 开创了创业太空时代。我不是给予他们一点赞扬,而是给予他们很多赞扬。”

正如 NASA 局长吉姆·布里登斯廷所说,眼前的目标是“自 2011 年航天飞机退役以来,美国宇航员首次从美国本土乘坐美国宇宙飞船飞行”——这意义重大,因为自那时以来,美国不得不租用俄罗斯联盟号火箭上的座位来运送宇航员。假设首次飞行成功,NASA 宇航员罗伯特·本肯和道格拉斯·赫尔利 将在 7 月乘坐下一次“龙飞船”任务飞行。

“龙飞船”长 27 英尺,能够搭载 7 名宇航员,但在此次指定为 Demo 1 的飞行中,仅携带约 400 磅的货物。它计划在发射后的第二天到达并与空间站对接,在那里停留五天,然后返回佛罗里达州海岸附近的 大西洋溅落。

它及其助推器旨在可重复使用——这是 SpaceX 降低成本的商业模式的关键方面,该模式将公司数百万美元的硬件视为可重复使用的投资,而不是作为“一次性”产品飞行一次然后丢弃。该公司发布了令人震惊的视频,展示了其火箭经常实现曾经看起来纯粹是幻想的事情,即从太空飞回并在发射场附近安全地尾部着陆。

本着美国进取精神,NASA 已安排 SpaceX 拥有竞争对手。波音公司拥有一款名为 CST-100“星际班轮” 的类似舱室,目前计划在 4 月进行一次无人试飞。如果顺利,预计宇航员埃里克·博厄、妮可·奥纳普·曼恩和克里斯托弗·弗格森将于 8 月跟随。(博厄和曼恩是 NASA 宇航员;弗格森是一位从 NASA 退役的前航天飞机指挥官,他将成为波音公司第一位乘坐飞行的员工宇航员。)

波音公司是一家历史悠久的航空航天承包商,这反映在 NASA 与波音公司和 SpaceX 签订的合同中。为了完成基本上相同的工作,波音公司获得了约 42 亿美元的合同,而 SpaceX 获得了高达 26 亿美元的合同。首次波音公司发射将使用一次性的宇宙神 5 号火箭,这使其本身就更加昂贵。考虑到发射计划的调整频率,波音公司的宇航员很可能在首次 SpaceX 宇航员之前赢得吹嘘的权利。“商业载人飞行的根本意义在于重建美国进入太空的能力,”洛格斯顿说。“它可以使我们摆脱对俄罗斯的依赖,这很重要。”

对于像埃隆·马斯克这样的企业家,这位色彩鲜艳、备受争议的 SpaceX 首席执行官来说,更大的愿景是拉近天空的距离。想想亚马逊创始人杰夫·贝索斯,他也在资助自己的一家变革性太空运输公司蓝色起源。或者理查德·布兰森,这位从音乐界转行到航空公司,再到维珍银河的充满活力的商人——他试图使亚轨道“太空旅游”成为现实。在过去的四分之一世纪里,其他雄心勃勃的太空公司来了又去,但很少有公司像马斯克那样拥有如此宏大而大胆的愿景。他说他的目标是让我们成为一个太空物种,让火星殖民者成群结队地在那里定居,作为地球生命的备用计划。“不同之处在于参与的公司以及它们的资本化或融资方式,”航空航天市场情报公司 Teal Group 的高级太空分析师马可·卡塞雷斯说。“20 年前,他们没有像贝索斯那样富有,没有像马斯克那样有魅力,也没有像布兰森那样敢于冒险。”

在太空时代的早期,当人类太空飞行成为冷战竞争的一部分时,最大的冒险者是 NASA,它派遣宇航员进行危险的航行,以在登月方面击败苏联。这反映在其支出中;航空航天公司从所谓的成本加成政府合同中受益匪浅——基本上保证即使它们远远超出预算也能赚钱,因为每次任务都被视为对国家安全至关重要。没有人真正知道太空旅行应该花费多少钱。当立法者和纳税人抱怨时,总有人回答说,自由的未来危在旦夕。

但后来尼尔·阿姆斯特朗登上了月球,随着太空竞赛“获胜”,NASA 努力寻找新的方向。突然间,所有的冒险行为都变得难以辩解。航天器越来越多地由委员会设计,希望使飞行更安全,但也使其效率降低。可能降低成本的新技术被久经考验的成熟技术所取代。因此,尽管 NASA 的航天飞机旨在降低成本,但飞行仍然非常昂贵——而且仍然很危险。1986 年的挑战者号爆炸事件使航天飞机计划停顿了两年,而 2003 年哥伦比亚号的失事最终结束了该计划。

安德森说,NASA 的问题是系统性的。“我们已经开发太空技术 60 年了,主要由政府资助。只有少数承包商——和一个客户。结果是:我们得到了与创新相反的结果。我们从无到有地进入了近地轨道,再到月球——然后又回到近地轨道,最终又回到无处。直到 SpaceX 出现,情况才有所改变。”

安德森说,突破悄然发生在 2009 年。这不是一项技术进步或备受瞩目的发射——而是一份清单。SpaceX 公布了其发射有效载荷的价格。现在,如果一家公司想要发射卫星,它就知道要筹集多少资金,并且可以围绕它进行规划。他说,在此之前,有几十家公司愿意投资新的太空事业。从那时起,他的公司统计了 412 家公司投资的 180 亿美元。

这仍然是一项艰难的业务。SpaceX 挣扎了六年才将其首个有效载荷送入轨道,并在 2015 年和 2016 年遭受了惊人的火箭故障,损失了数亿美元。今年 1 月,有消息传出,该公司正在裁减 6000 人员工中的 10%——SpaceX 表示,这是应对“未来极其困难的挑战”的必要举措。人们想起了一个愤世嫉俗的老笑话:任何人都可以通过太空发一笔小财——你所要做的就是花费一大笔钱。

但创业太空的天空已经打开,部分原因是像 SpaceX 这样积极进取的企业,部分原因是华盛顿更欢迎轨道上的私营企业。现在,也许 SpaceX 发射宇航员最重要的事情是,它实际上根本没有那么重要。“他们降低价格这一事实至关重要,”空间与技术政策集团总裁玛西娅·史密斯说。“他们用助推器着陆给人们带来了震撼。他们做了一些非常困难的事情。但他们也以更高的效率和更低的成本做到了这一点。”

如果进入太空的成本不再难以逾越,那么在太空做什么呢?想法(不一定涉及宇航员)已经——确确实实地——起飞了。以色列非营利组织 SpaceIL 刚刚在 SpaceX 火箭上发射了世界上首个私人开发的月球着陆器。地球观测卫星通常是放置在较高轨道上的庞然大物,每天仅经过给定地点一次,但正在被较低轨道飞行的、更小、更灵活的卫星群所取代,这些卫星群发送实时读数。诸如此类,不胜枚举。

卡塞雷斯说,近期太空业务需求的最大单一驱动因素可能是互联网流量:在许多情况下,通过卫星传输数据比通过陆地传输数据更便宜。长期以来,高轨道上一直有通信卫星,但信号上下传输存在明显的延迟。2015 年,SpaceX 宣布了一项名为“星链”的宽带网络计划,信号将由 11,943 颗低轨道卫星组成的星座发送和接收。没有人眨眼。

当然,卫星比人类更容易和更安全地飞行;即使是马斯克也说过,他有一天会在火星上退休的几率只有 70%。迄今为止,政府仍然是唯一将人类送入太空的实体。这种情况会在短期内改变吗?

史密斯对此表示怀疑:“如果存在需求,早就有人来了。”约翰·洛格斯顿对此也持怀疑态度:“这些公司原则上可以自行飞行,但他们会去哪里呢?”

马斯克和他的企业家同伴说,会去遥远的地方。假设他们成功了,他们认为自己会将乘客送往火星——而且很快。“他们有持久的生命力,长远的眼光,”Teal 公司的卡塞雷斯说。“他们看到了我们真正生活在太空中的那一天。他们对太空和自己都充满无限的信心。”

内德·波特,一位来自纽约市的作家,曾在 ABC 新闻和 CBS 新闻担任记者超过 25 年,报道科学、技术、太空和环境。

更多作者:内德·波特
大众科学杂志 第 320 卷 第 4 期本文最初以“SpaceX's Crew Dragon Signals Sea Change in U.S. Spaceflight”为标题发表于《大众科学杂志》第 320 卷 第 4 期(
doi:10.1038/scientificamerican042019-68BwtqQeq3K7czBEHZSWGf
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