王景泉（北京空間科技信息研究所）

□□經(jīng)過多次推遲，2012年5月22日，美國私營航天公司—太空探索技術(shù)公司（SpaceX）研制的獵鷹－9（Falcon－9）火箭終于第二次把“龍”（Dragon）貨運飛船發(fā)射升空。經(jīng)過3天飛行，“龍”貨運飛船成功與“國際空間站”對接。5月31日，“龍”貨運飛船在完成為“國際空間站”運送補給的任務(wù)后，成功濺落在太平洋海面。這是航天飛機退役后美國首次向“國際空間站”運送貨物的驗證飛行，并意味著美國面向“國際空間站”的載人航天發(fā)展逐步走向商業(yè)化途徑，為長遠(yuǎn)的載人航天發(fā)展開辟了新道路，使美國航天商業(yè)化邁上新臺階。

1 美國載人航天商業(yè)化的國家級決策

21世紀(jì)以來，美國三屆總統(tǒng)的沃克、奧爾德里奇和奧古斯丁專門委員會都對本屆政府的航天計劃進行了考查，得出的共同結(jié)論是，發(fā)展商業(yè)載人航天非常迫切，未來的私營部分必須成為載人航天發(fā)展的突出角色。3個總統(tǒng)專門委員會都認(rèn)為，強勢的空間工業(yè)要求更多地依賴非政府的投資和私營企業(yè)視野的不斷拓寬。

盡管航天業(yè)內(nèi)對今后的航天商業(yè)化十分認(rèn)同，但當(dāng)奧巴馬政府宣布民用航天特別是載人航天將較大程度地實施商業(yè)化時，在國會還是引起了激烈爭論。美國航空航天局（NASA）航天新方向的反對派主張，如果放棄“舊的航天路線”，就會失去占具領(lǐng)先地位的機會。然而3個總統(tǒng)專門委員會的結(jié)論剛好相反，認(rèn)為未來的太空領(lǐng)先地位主要取決于將商業(yè)部分引入國家太空目標(biāo)的進程，以及由此引發(fā)的民用和軍用航天系統(tǒng)經(jīng)證實的綜合能力。2001－2002年的未來美國航空航天工業(yè)總統(tǒng)委員會曾建議，對實現(xiàn)國家太空目標(biāo)采用太空商業(yè)化的實質(zhì)性途徑勢在必行。必須看到民用和軍用空間計劃向商業(yè)空間活動拓展的基本需求，政府和投資機構(gòu)必須對可利用的商業(yè)機會更加重視和十分敏感。

2012年5月25日，“國際空間站”上的遙控機械臂成功捕獲了“龍”飛船

當(dāng)年小布什總統(tǒng)提出載人重返月球然后飛往火星時，他就要求由前空軍部長彼得·奧爾德里奇牽頭的月球、火星及地球軌道以遠(yuǎn)其他目標(biāo)的總統(tǒng)委員會，研究怎樣的構(gòu)想能夠在現(xiàn)實的投資范圍內(nèi)實現(xiàn)。奧爾德里奇委員會的報告清楚地闡明，在可實現(xiàn)的和財政合理的計劃內(nèi)，商業(yè)航天必須充當(dāng)主要角色。實際上當(dāng)時圍繞新構(gòu)想，美國航空航天局重構(gòu)的重返月球計劃就開始支持商業(yè)化發(fā)展。當(dāng)時提出的具體建議是，將為低地球軌道（LEO）開發(fā)的商業(yè)發(fā)射飛行器作為基礎(chǔ)并進行拓展，將低地球軌道逐漸變成商業(yè)性的航天軌道區(qū)域。根據(jù)奧巴馬總統(tǒng)的要求，美國載人航天飛行計劃評審委員會直白地提出了美國民用航天計劃發(fā)展的新思路，認(rèn)為國家機構(gòu)必須將一部分計劃讓給商業(yè)投資者，國家隊伍主要從事大型探索性的新計劃。載人的星座計劃存在空想性等問題，面臨巨大的技術(shù)和經(jīng)濟挑戰(zhàn)，特別是由于本國財政無力支持，加之沒有更多地集中于促進商業(yè)發(fā)射能力的開發(fā)，未來的許多年不得不依賴俄羅斯進行“國際空間站”的補給發(fā)射，使得奧巴馬政府面臨著新方向的決擇。毫不奇怪，美國航空航天局轉(zhuǎn)向奧古斯丁委員會提出的方案，也在一定程度上繼承了上一屆政府更多地依賴商業(yè)航天提供者的思路。為此也必須取消星座計劃的主要部分，做出了國會中傳統(tǒng)的美國航空航天局支持者不歡迎的商業(yè)化決策。承包商、美國航空航天局中心和航天員英雄都批評該計劃，由于這時的商業(yè)航天建議更像與舊的航天途徑在爭奪經(jīng)費，因而對擴展私營部分的開發(fā)引來了嚴(yán)厲的批評。也由于商業(yè)發(fā)射工業(yè)服務(wù)在未來向“國際空間站”運送貨物和人員，是美國航空航天局構(gòu)想的作為私營公司的主要任務(wù)，因此引起了激烈的辯論。但商業(yè)途徑在爭論中越發(fā)凸顯，國會為美國航空航天局的未來構(gòu)建了新的計劃，包括若干商業(yè)航天的投資，初期主要焦點是美國航空航天局研制新的重型運載火箭。

2 以商業(yè)貨運飛船開路

2006年1月18日，美國航空航天局宣布為驗證軌道運輸業(yè)務(wù)的商業(yè)機會，計劃到2010年前投資5億美元支持私營公司發(fā)展向“國際空間站”運送有效載荷的能力。由于這種業(yè)務(wù)要求精確的入軌和與其他飛行器交會對接，因此面臨著更大的挑戰(zhàn)。參與的商業(yè)公司必然要在具體的服務(wù)領(lǐng)域參與競爭，這是必要的過程，小布什政府的美國航空航天局局長格里芬就表示，沒有提供得起的商業(yè)軌道運輸服務(wù)(COTS)，美國航空航天局就將忙于“國際空間站”的運行，就沒有足夠的資金來實現(xiàn)太空探索新構(gòu)想的目標(biāo)。

“龍”貨運飛船飛往“國際空間站”示意圖

2006年8月，美國航空航天局宣布，根據(jù)商業(yè)軌道運輸服務(wù)計劃，太空探索技術(shù)公司和火箭飛機公司（Rocketplane Kistler）分別獲得2.78億美元和2.07億美元承擔(dān)“國際空間站”運貨飛行器研制任務(wù)?；鸺w機公司不能按期執(zhí)行承諾，遂于2008年8月美國航空航天局終止其合同（花去了3200萬美元），并于2008年12月將剩下的1.7億美元轉(zhuǎn)授軌道科學(xué)公司（OSC），用于研制向“國際空間站”運貨的飛行器。

太空探索技術(shù)公司研制商業(yè)貨運飛船

根據(jù)2006年太空探索技術(shù)公司和美國航空航天局簽訂的協(xié)議，太空探索技術(shù)公司研制“龍”貨運飛船和獵鷹－9中型運載火箭。2009年初期，美國航空航天局又簽訂了2個商業(yè)軌道運輸服務(wù)合伙協(xié)議，合同金額5億美元，進行商業(yè)貨物運輸驗證飛行。通過競爭選擇的公司是軌道科學(xué)公司和太空探索技術(shù)公司。

太空探索技術(shù)公司自2004年國會授權(quán)美國聯(lián)邦航空局（FAA）簽發(fā)商業(yè)軌道再入許可證以來，該公司是第一個曾經(jīng)由FAA批準(zhǔn)大氣層再入許可證的公司。在發(fā)射許可證正式生效以前，還必須獲得飛行器大氣層再入許可證。根據(jù)和美國航空航天局的2.78億美元的商業(yè)軌道運輸服務(wù)協(xié)議，在2012年定期向“國際空間站”補給飛行以前，太空探索技術(shù)公司必須完成3～4次逐漸增加復(fù)雜性的中型獵鷹－9和“龍”貨運飛船的驗證飛行。該公司獲得了這些交付的獨立合同，包括12次飛行，合同金額16億美元。獵鷹－9火箭已經(jīng)進行了一次攜帶“龍”貨運飛船的鑒定飛行?！褒垺必涍\飛船往“國際空間站”運送低價值的貨物，并設(shè)計為每次任務(wù)以后回收，重復(fù)使用。

2008年9月，太空探索技術(shù)公司和美國航空航天局簽訂第一個獵鷹－9和“龍”貨運飛船的驗證飛行商業(yè)軌道運輸服務(wù)協(xié)議。同年12月美國航空航天局授予太空探索技術(shù)公司貨物運送合同，合同要求在12次飛行中，向“國際空間站”運送貨物20t。合同金額基數(shù)16億美元，根據(jù)情況可最多增加到31億美元。

“龍”飛船分為載貨型與載人型2種形式，載人“龍”飛船未列入本階段計劃。載貨型“龍”飛船被稱為“龍飛船實驗室”（DragonLab），是可重復(fù)使用和自由飛行的飛行器，能夠運載加壓和非加壓有效載荷。主要分系統(tǒng)包括推進、電源、熱和環(huán)境控制、電子、通信、防熱、飛行軟件、制導(dǎo)和導(dǎo)航系統(tǒng)，以及再入、下降、著陸、回收系統(tǒng)。發(fā)射質(zhì)量6000kg，返回質(zhì)量3000kg。

2010年12月，太空探索技術(shù)公司成功進行了第一次飛行驗證。后續(xù)的飛行任務(wù)，要求“龍”貨運飛船在地球軌道飛行過程中，能發(fā)射遙測數(shù)據(jù)、接收指令、機動，并與“國際空間站” 進行交會對接，完成任務(wù)后再入大氣層在太平洋海域安全著陸回收。

美國航空航天局原要求在正式提供日常軌道運輸服務(wù)前進行3次飛行驗證，并從2012年開始，向“國際空間站”運送貨物。第1次飛行驗證獵鷹－9中型運載火箭將“龍”貨運飛船送入軌道，拉開載人航天商業(yè)軌道運輸服務(wù)的序幕?！褒垺必涍\飛船的驗證雖然不要求對接，但除應(yīng)具有精確軌道機動能力外，還必須具有接近操作能力。第2次飛行驗證將飛行時間延長到5天，使得“龍”貨運飛船和“國際空間站”接近到10km以內(nèi)，并能利用無線電交叉鏈路允許空間站機組人員可以接收“龍”貨運飛船的遙測信號和向該飛船發(fā)出遙控指令。第3次即最后一次驗證飛行，安排“龍”貨運飛船和“國際空間站”第一次進行軌道對接。但實際情況是，第二次飛行驗證就進行了第一次軌道對接。

軌道科學(xué)公司研制商業(yè)貨運飛船

“龍”貨運飛船

軌道科學(xué)公司是另一個商業(yè)軌道運輸服務(wù)的提供者，正在研制“天鵝座” （Cygnus）貨運飛船和“心大星”（Antares）運載火箭?！疤禊Z座”飛船包括服務(wù)飛船和貨運飛船兩部分。服務(wù)飛船總質(zhì)量1800kg，利用肼和氧化氮推進，砷化鎵太陽電池陣提供4kW電力。貨運飛船有2種類型，一種是基于意大利研制的多用途后勤飛船而設(shè)計的壓力貨運飛船，總質(zhì)量3500kg，有效載荷2000kg，總壓力容積18.7m3。另一種是基于美國航空航天局快車后勤搬運器的壓力貨運飛船。該貨運飛船經(jīng)軌道機動靠近“國際空間站”后，利用加拿大機械臂－2（Canadarm－2）抓住它，并利用與日本H－2轉(zhuǎn)移飛行器（HTV）相似的方式，連接到“國際空間站”和諧號節(jié)點艙的通用連接機構(gòu)實現(xiàn)對接。盡管這兩種貨運飛船都不具備返回能力，它們卻都能像俄羅斯進步號貨運飛船一樣，裝載廢舊設(shè)備和將再入大氣層有破壞性影響的垃圾運出軌道。利用機械設(shè)計的改變，“天鵝座”貨運飛船還可變成適合支持“國際空間站”、其他空間站和推進劑軌道倉庫的空間拖船。

商業(yè)化貨運飛船將安全問題放在首位

商業(yè)化貨運飛船是向“國際空間站”運送貨物而首先開發(fā)的商業(yè)能力，主要目的是刺激私營部門開發(fā)和驗證安全、可靠和高效費比的空間運輸系統(tǒng)。

太空探索技術(shù)公司研制的“龍”貨運飛船在允許?？俊皣H空間站”以前，必須驗證其滿足“國際空間站”對接要求的精確軌道機動能力，以保證安全，而不真正進行對接。2個接近操作驗證目標(biāo)完成評估后，才實施交會對接的第三個驗證目標(biāo)。綜合性商業(yè)軌道運輸服務(wù)驗證飛行分析發(fā)現(xiàn)，“龍”貨運飛船將有足夠的燃料完成上述飛行，保證安全。

在“國際空間站”參與機構(gòu)范圍內(nèi)，這些活動正在進行協(xié)調(diào)與對話。俄羅斯作為“國際空間站”的關(guān)鍵成員，其空間機構(gòu)載人航天負(fù)責(zé)人表示，在可靠性和安全性必須的水平得到證實以前，俄羅斯不同意美國新的商業(yè)飛船和空間站對接，認(rèn)為到目前為止，還沒有證據(jù)證明新的商用飛船符合載人航天飛行安全可接受的標(biāo)準(zhǔn)。

對此美國航空航天局官員表示，太空探索技術(shù)公司公司以及研制“天鵝座”貨運飛船和心大星運載器的軌道科學(xué)公司等商業(yè)軌道運輸服務(wù)提供者都將執(zhí)行和歐洲的自動轉(zhuǎn)移飛行器（ATV）和日本的H－2轉(zhuǎn)移飛行器（HTV）等訪問飛行器相同的安全標(biāo)準(zhǔn)?！褒垺必涍\飛船和“天鵝座”貨運飛船還將采用和所有“國際空間站”的訪問飛行器一樣的程序，“國際空間站”的參與者例行公事的協(xié)調(diào)就是為了保證，任何造訪的貨運和載人飛行器都不能危及乘員和空間站的安全。

“天鵝座”貨運飛船接近“國際空間站”示意圖

“國際空間站”的所有合作伙伴需要經(jīng)常進行協(xié)調(diào)，保證乘員和空間站的安全，不能由于載人和運貨飛行器的任何訪問而受到威脅。從這個意義上說，美國商業(yè)飛行器不能例外，必須都通過標(biāo)準(zhǔn)程序驗證，保證各種操作的安全?！皣H空間站”的合作伙伴不可避免的會遇到與空間站的接近和對接等安全問題，這些在訪問飛行器的設(shè)計要求中都已明確安全要求。目的是所有活動中都必須考慮對訪問飛行器對接的支持。

3 載人飛船商業(yè)化的投資方式

較之傳統(tǒng)投資方式發(fā)展途徑的主要突破

所謂載人航天的商業(yè)化，實際上就是采購方式的改變。具體說，商業(yè)采購采用空間項目協(xié)議（SAA）代替聯(lián)邦采購規(guī)則（FAR），采用固定價格的基本時間節(jié)點途徑而不再是傳統(tǒng)的成本加合同途徑，要求私營公司投資，使承擔(dān)公司進入競賽狀態(tài)。這種采購策略已經(jīng)通過商業(yè)軌道運輸服務(wù)計劃和商業(yè)乘員發(fā)展計劃（CCDev）前兩輪的過程進行了成功的驗證。

合同策略發(fā)生了重大改變。商業(yè)乘員發(fā)展計劃是一個多階段的空間技術(shù)發(fā)展計劃，主要目的是鼓勵低地球軌道乘員飛行器的私營化發(fā)展，支持有能力的商業(yè)實體研究系統(tǒng)方案、突破關(guān)鍵技術(shù)，最終實現(xiàn)商業(yè)化載人運輸系統(tǒng)。但要求在協(xié)議的時間框架內(nèi)，使得美國長期的領(lǐng)先能力、技術(shù)和商業(yè)乘員風(fēng)險緩解有重大進步。該計劃由美國政府投資，美國航空航天局負(fù)責(zé)管理，并成立了商業(yè)乘員和貨物計劃辦公室具體運轉(zhuǎn)。最終將至少選擇兩家提供者向“國際空間站”運送人員。

商業(yè)乘員發(fā)展計劃的投資方式與航天飛機、“阿波羅”、“雙子星”和“水星”時代傳統(tǒng)空間工業(yè)承包商投資方式完全不同，這是所謂商業(yè)化的實質(zhì)。合同明確規(guī)定只為希望用于美國航空航天局目的的具體分系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)目標(biāo)投資，所有其他系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)則由商業(yè)承包者自己投資。提出的合同采用固定價格方式，即只為里程碑的性能付費，美國航空航天局的投入是固定的。

商業(yè)乘員發(fā)展計劃的第一和第二輪，采用的合同機制稱為空間項目協(xié)議(SAA)，這是一種非傳統(tǒng)的合同方式，特點是實施“另外的處理授權(quán)”，在某種程度上可以說是傳統(tǒng)投資方式迂回的合同規(guī)則。特點是確定的里程碑實現(xiàn)后，承擔(dān)公司才能獲得資金。

空間項目協(xié)議的優(yōu)勢是多方面且各種各樣的，如承認(rèn)私營部分投資，建立私營部分能力等。根據(jù)空間項目協(xié)議，允許參與公司保留其知識產(chǎn)權(quán)，可防止這些產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)手歸政府所有或由競爭公司享用。這種專利權(quán)保護對任何公司在該領(lǐng)域的獨立開發(fā)都是關(guān)鍵的。此外，控制問題也十分重要?？臻g項目協(xié)議的固有靈活性可提供一個設(shè)計決策由私營公司決定而不是政府監(jiān)管指定決策的框架，商業(yè)乘員飛行器提供者進行設(shè)計決策的能力，是商業(yè)乘員計劃非常核心的問題，因為當(dāng)政府改變要求時，公司可自主決定應(yīng)對措施，因此可免除多層次官僚主義的約束造成的放慢進度和提高成本問題。

管理模式的艱難選擇

商業(yè)載人飛船若是建立在空間項目協(xié)議基礎(chǔ)之上，所采用的這種具有強烈法律色彩的飛行器研制模式，優(yōu)點是原則上允許美國航空航天局采用清楚管理的途徑，可更好地和可能的商業(yè)乘員飛行器提供者接觸，避免采用聯(lián)邦采購規(guī)則數(shù)千頁密集規(guī)則的繁瑣。甚至連國會都承認(rèn)，采用聯(lián)邦采購規(guī)則，要實現(xiàn)低成本的創(chuàng)新開發(fā)和驗證是不可能的。這也是美國航空航天局為什么初期同意采用空間項目協(xié)議的原因。

然而后來發(fā)現(xiàn)，在這種方式下美國航空航天局不能及時調(diào)整要求，甚至乘員安全等關(guān)鍵問題，也只能向工業(yè)部門提出參考性要求，承擔(dān)任務(wù)的商業(yè)單位自主性過強。工業(yè)部門如果選擇了符合要求的設(shè)計，美國航空航天局就無法做到對空間項目協(xié)議中涉及里程碑節(jié)點的任何一項進行小的改動，更不能調(diào)整要求。這就意味著，根據(jù)空間項目協(xié)議，美國航空航天局無法接受這些要求的認(rèn)可程序和為商業(yè)乘員飛行器所設(shè)計的驗證系統(tǒng)的途徑。總之，盡管這種途徑對參與公司和納稅人都有好處，但出現(xiàn)的明顯問題是，美國航空航天局面臨逐漸失去關(guān)鍵棟梁的角色。

由于空間項目協(xié)議對美國航空航天局的權(quán)利有潛在的威脅，有人曾提出采用聯(lián)邦采購規(guī)則方式的動意。同空間項目協(xié)議相反，聯(lián)邦采購規(guī)則方式則是全部權(quán)利由政府控制和約束。聯(lián)邦采購規(guī)則方式實際上是政府規(guī)則的文字具體化，采用的基于聯(lián)邦采購規(guī)則的途徑也將代表設(shè)計權(quán)利從商業(yè)乘員提供商退回到美國航空航天局的權(quán)力平衡的基本轉(zhuǎn)移。這種轉(zhuǎn)移將從基本原則和最終重大途徑上改變商業(yè)乘員計劃的真正性質(zhì)。更重要的是，聯(lián)邦采購規(guī)則方式需要花費許多錢。甚至連基于聯(lián)邦采購規(guī)則途徑的支持者都承認(rèn)，實行聯(lián)邦采購規(guī)則方式將意味著更多的官樣文章，這同時就要求資金從工程師及其硬件研制中轉(zhuǎn)向會計師、核算師和律師等，以驗證是否遵守大量和廣泛的法規(guī)要求，不僅涉及到所參與的商業(yè)乘員系統(tǒng)提供商，而且涉及到所有子承包商。

波音公司的乘員航天運輸－100飛船透視圖

由于聯(lián)邦采購規(guī)則方式在時間和空間上存在的諸多挑戰(zhàn)，當(dāng)從工業(yè)部門接收到眾多反饋后，美國航空航天局承認(rèn)聯(lián)邦采購規(guī)則方式難以實行?？峙轮辽賾?yīng)采取混合途徑，即在未來的合同中，聯(lián)邦采購規(guī)則的成本核算標(biāo)準(zhǔn)要取消或修訂。但只是簡單地改變成本核算標(biāo)準(zhǔn)并以此期望采用聯(lián)邦采購規(guī)則方式能夠成功也是不現(xiàn)實的，因為即使成本核算標(biāo)準(zhǔn)和專利權(quán)問題都能夠解決，矯正聯(lián)邦采購規(guī)則存在的問題也太復(fù)雜，需要太長的時間。因此國會還是將給出美國航空航天局授權(quán)以空間項目協(xié)議作為首選，融進聯(lián)邦采購規(guī)則的合理因素，形成混合途徑。公正地區(qū)別兩種途徑，期望采用聯(lián)邦采購規(guī)則方式促進商業(yè)乘員發(fā)展計劃是困難的，要獲得法規(guī)的許可改變所有的問題幾乎是不可能的。相反，如果將聯(lián)邦采購規(guī)則的多數(shù)內(nèi)容加到空間項目協(xié)議，若不引入數(shù)千頁不很切題的條款，都可能引起可怕的結(jié)果。

美國航空航天局最后決定采用混合途徑，即結(jié)合空間項目協(xié)議的某些部分，也要融入管理更多傳統(tǒng)合同的聯(lián)邦采購規(guī)則。這種非傳統(tǒng)合同方式，既能保持基于里程碑式的付費方式，又能使承擔(dān)公司免除基于聯(lián)邦采購規(guī)則合同的有代表性的成本計算標(biāo)準(zhǔn)。這種途徑“綜合了空間項目協(xié)議合同特點的最好部分，使得美國航空航天局能夠批準(zhǔn)可裁剪的要求，并能鑒定飛行器”。

“追夢者”空間飛機

美國航空航天局的商業(yè)乘員計劃，開始考慮商業(yè)乘員發(fā)展計劃－第三輪繼續(xù)采用空間項目協(xié)議方式。商業(yè)乘員發(fā)展計劃－第三輪設(shè)計要求建議（RFP）提出以后，美國航空航天局決定不再實施第三輪空間項目協(xié)議，結(jié)果商業(yè)乘員發(fā)展計劃－第三輪變成混合模式的商業(yè)乘員計劃。它由一系列競爭性的授權(quán)合同組成，美國航空航天局2011底為商業(yè)乘員計劃發(fā)布最后的設(shè)計要求建議。

4 載人飛船商業(yè)化的主要步驟與階段

商業(yè)乘員發(fā)展計劃的第一輪實施

2010年期間實施商業(yè)乘員發(fā)展計劃的第一階段，美國航空航天局支持5家公司加速私營部門對載人飛船方案和技術(shù)途徑的研究與開發(fā)。2010年2月，通過進一步的開放性競爭，支持5家以上的公司，美國航空航天局與之簽訂5000萬美元的空間法案協(xié)議。這不是使用美國航空航天局的預(yù)算，而是利用來自于2009年美國經(jīng)濟復(fù)蘇和再投資法案。主要是設(shè)計載人飛行器和進行相關(guān)的技術(shù)驗證，探索未來載人航天的商業(yè)化途徑。

這一輪采用空間項目協(xié)議的方式實施商業(yè)乘員發(fā)展計劃，主要目的是刺激私營部門開發(fā)和驗證載人航天能力。這些公司及其獲得的合同金額分別是：

藍(lán)色起源公司370萬美元，進行推進創(chuàng)新的發(fā)射中斷系統(tǒng)（LAS）和復(fù)合材料壓力容器研制。截止2011年2月，該公司已經(jīng)完成了合同規(guī)定的推進逃逸系統(tǒng)的所有工作，包括復(fù)合材料壓力容器降低風(fēng)險的研究。

波音公司耗資1800萬美元，正在研制乘員航天運輸－100（CST－100），截止2011年2月，完成了計劃里程碑的94%，3月全部完成。

模范空間開發(fā)公司140萬美元，正在研制插拔式環(huán)境控制和生命保證系統(tǒng)（ECLSS）、空氣再生系統(tǒng)（ARS）的工程研制單元。到2010年底，完成了商業(yè)乘員運輸空氣再生系統(tǒng)、可用于多種不同的商業(yè)乘員飛行器生保系統(tǒng)等合同規(guī)定的所用工作。

內(nèi)華達山脈公司耗資2000萬美元，正在研制“追夢者”（Dream Chaser），一種可重復(fù)使用的空間飛機（spaceplane），具有向低地球軌道運送貨物和最多運送8名乘員的能力。到2010年底，完成了工程的結(jié)構(gòu)試驗。

聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟ULA公司670萬美元，研制演進型一次性運載火箭（EELV），用于載人發(fā)射緊急情況監(jiān)測系統(tǒng)（EDS）。截止2011年2月完成了合同規(guī)定的所有工作，12月進行緊急情況監(jiān)測系統(tǒng)的驗證。

商業(yè)乘員發(fā)展計劃的第二輪實施

商業(yè)乘員發(fā)展計劃第二階段的工作于2010年10月開始，周期大約14個月，主要對運載火箭和飛行器提出新方案和建議，加快提高系統(tǒng)設(shè)計和研制的成熟度。美國航空航天局從工業(yè)部門收到22份建議，選出了4家優(yōu)勝者公司。藍(lán)色起源、波音、內(nèi)華達山脈和太空探索技術(shù)4家公司獲得總額2.69億美元的合同，研制乘員運輸軌道飛行器。其中波音公司獲得9230萬美元，對乘員航天運輸－100進行優(yōu)化設(shè)計；藍(lán)色起源公司獲得2200萬美元；內(nèi)華達山脈公司獲得8000萬美元；太空探索技術(shù)公司獲得7500萬美元。

用1年的時間研究航天飛機退役后，新一代載人航天運輸系統(tǒng)。期間，太空探索技術(shù)公司將其“龍”貨運飛船送入軌道，并安全返回地球，而且該設(shè)計遠(yuǎn)低于那些典型的軌道計劃成本。其他的太空公司，如內(nèi)華達山脈公司、軌道科學(xué)公司和波音公司都要在此過程中建造自己的飛行器。2011年8月，美國航空航天局檢查了4家公司的里程碑式進度。其中部分里程碑將從2011年第2季度延長到2012年第2季度，使每家公司能達到基本性能要求。4家公司的情況是：

藍(lán)色起源公司獲得2200萬美元，提出支持雙錐型鼻錐設(shè)計軌道飛行器的先進技術(shù)，包括發(fā)射中斷系統(tǒng)和可重新啟動的液氫液氧發(fā)動機（hydrolox）。可重復(fù)使用的乘員空間飛行器，首先用宇宙神－5（Atlas－5）火箭發(fā)射，然后用本公司自己的可重復(fù)使用的助推器系統(tǒng)推進，該助推器系統(tǒng)就是新型低成本的液氫液氧發(fā)動機。該公司目前的主要工作是進一步設(shè)計飛行器、研制航天員逃逸系統(tǒng)和為火箭助推器加速發(fā)動機的研制。

內(nèi)華達山脈公司獲得8000萬美元，主要任務(wù)是進行“追夢者”空間飛機技術(shù)的擴展。跟軌道科學(xué)公司的設(shè)想類似，“追夢者”也采用升力體設(shè)計，是一種可重復(fù)使用的、有翼空間飛機，類似于航天飛機而不是太空飛船設(shè)計。利用維京公司的銀河系統(tǒng)支持“追夢者”進入市場的商業(yè)服務(wù)，將利用維京公司的白騎士－2運載飛行器作為在2012年進行“追夢者”大氣層試驗飛行器降落試驗的平臺。以滿足美國航空航天局的載人鑒定和降低風(fēng)險等。

太空探索技術(shù)公司獲得7500萬美元，為“龍”飛船進行“集成化發(fā)射中斷系統(tǒng)設(shè)計”，2011年10月獲得美國航空航天局的初步設(shè)計批準(zhǔn)，這是載人航天的不可缺少的要求，促進發(fā)展側(cè)面安裝的發(fā)射中斷系統(tǒng)和乘員運輸飛船，號稱比所有以前載人空間飛船更傳統(tǒng)的拖運塔途徑具有優(yōu)勢。美國航空航天局和太空探索技術(shù)公司的合同期是2011年4月－2012年5月驗證飛行，目標(biāo)是2016年實現(xiàn)向“國際空間站”的商業(yè)飛行。

“天鵝座”飛船示意圖

該公司是第二輪遴選的4家公司中已經(jīng)向地球軌道發(fā)射飛行器進行試驗唯一一家公司。2010年12月，該公司利用獵鷹－9火箭向太空發(fā)射了“龍”飛船，在地球軌道運行2圈后，安全降落到太平洋上，證明了私營公司向地球軌道發(fā)射飛行器并返回地球的基本能力。目前正根據(jù)美國航空航天局的鑒定要求進行評審，確定所有系統(tǒng)的設(shè)計狀態(tài)。

波音公司獲得9230萬美元，提出在商業(yè)乘員發(fā)展計劃 1800萬美元目標(biāo)以外，對7人的乘員航天運輸－100進一步研制。該飛船具有載人和運貨兩種配置，并明確設(shè)計成可由多個不同運載器發(fā)射，可重復(fù)使用達10次以上。2011年5月，波音公司完成“德爾他”系統(tǒng)定義評審，其中包括對乘員航天運輸－100方案的設(shè)計計劃進行改進和完善，提高防護太空垃圾能力等。這種全部從集成系統(tǒng)角度的評審，主要保證設(shè)計和研制安全可接受的系統(tǒng)。

航天飛機退役后，只有俄羅斯具有向“國際空間站”運輸?shù)哪芰?。俄羅斯給美國留出希望，為此俄羅斯也借機抬高價格，已宣布了運送航天員的新價格從5600萬增加到6300萬美元。如果美國商業(yè)化途徑成功，一旦美國商業(yè)發(fā)射提供者具備了乘員運送飛行器的能力，每位航天員只需2000萬美元。從預(yù)計的時間表來看，具備這種能力的時間明顯短于美國航空航天局重新研制重型發(fā)射飛行器。

商業(yè)乘員發(fā)展計劃開發(fā)的第三輪

商業(yè)乘員發(fā)展計劃的第三計劃的正式名稱為集成化設(shè)計階段。這是商業(yè)乘員發(fā)展計劃全面研制階段，持續(xù)時間為2年，通過關(guān)鍵設(shè)計評審（CDR），使飛行器設(shè)計達到較高的成熟度。

第三輪的周期主要是2011年底－2012年。美國航空航天局希望參與公司不僅確定飛行器，而且選定運載火箭。提出設(shè)計要求建議以后，希望商業(yè)乘員系統(tǒng)能用于向“國際空間站”的往返運送，并提供救援服務(wù)。

2011年底美國航空航天局進入第三輪商業(yè)乘員系統(tǒng)開發(fā)階段后，美國航空航天局計劃于2012年初向工業(yè)部門征詢第三輪投資協(xié)議的建議，加快商業(yè)乘員飛行器的研制計劃。商業(yè)乘員發(fā)展計劃－第三輪將投資于“端到端”設(shè)計的運輸系統(tǒng)（直接服務(wù)于用戶），用于在低地球軌道運輸航天員和私人乘客，并希望在航天飛機退役以后，依靠美國航空航天局自己的能力實現(xiàn)“國際空間站”的國內(nèi)訪問。通過落實投資工業(yè)建議，使硬件部分投產(chǎn)后，通過關(guān)鍵的設(shè)計評審，建立研制的里程碑。最終專門機構(gòu)希望市場能支持多個提供者對美國航空航天局貨物和乘員運輸服務(wù)開展競爭。將商業(yè)乘員運輸業(yè)務(wù)合同向下拓展，提高美國航空航天局投資多個公司的能力。到目前為止，美國航空航天局在前兩輪商業(yè)乘員發(fā)展計劃活動中，總共將3.2億美元投向已建立和剛建立的空間公司，解決實現(xiàn)商業(yè)空間運輸目標(biāo)的成熟技術(shù)。

如果美國立法機構(gòu)批準(zhǔn)奧巴馬總統(tǒng)發(fā)給國會的2012年預(yù)算藍(lán)圖，美國航空航天局將在2012年的商業(yè)乘員發(fā)展計劃－第三輪中投資8.5億美元。2011年美國航空航天局預(yù)算申請曾提出今后5年向3～4家公司投資60億美元。但迫于減少聯(lián)邦赤字的壓力，未來幾年投資私營研制空間渡船的投資被否決。但美國航空航天局商業(yè)乘員計劃的負(fù)責(zé)人表示，即使如此也要和1家以上的乘員運輸服務(wù)商簽訂合同，用維持競爭實現(xiàn)低成本。如果市場能夠支持一家以上的提供者，將實現(xiàn)美國航空航天局、美國納稅人、工業(yè)部門和用戶的最大利益，在2011年4月18日，美國航空航天局宣布了商業(yè)乘員發(fā)展計劃－第二輪贏家公司后看到了希望，隨著市場的成熟，預(yù)計一家以上的提供商將有足夠的商業(yè)機會，美國航空航天局有信心使市場化隨著事業(yè)的前進而出現(xiàn)。

當(dāng)務(wù)之急，美國空間機構(gòu)要選出4家公司建造航天飛機退役以后向低地球軌道和“國際空間站”運送航天員的商業(yè)軌道運輸器。美國航空航天局授出商業(yè)乘員發(fā)展計劃的第二批合同后增強了信心。希望這種低地球軌道的商業(yè)性替代，能使美國航空航天局騰出精力集中研制運送航天員到小行星和火星的系統(tǒng)。

商業(yè)乘員發(fā)展計劃的第四輪

其正式名稱為研制、試驗、評估和鑒定階段(DTEC)，包括這些飛行器的建造和初期的試驗飛行。

5 各商業(yè)公司的特點與系統(tǒng)狀況

美國4家研制商業(yè)軌道運輸器的優(yōu)勝公司是藍(lán)色起源公司、內(nèi)華達山脈公司、太空探索技術(shù)公司和波音公司。然而時間表并不樂觀，準(zhǔn)備載人到軌道的商業(yè)飛行器最早也到2014－2015年。這些公司具有不同的水平和處于不同的研制階段。

（1）太空探索技術(shù)公司成為飛行驗證的首家公司

太空探索技術(shù)公司是一家進行過一種軌道飛行器試驗飛行的公司。2010年12月，太空探索技術(shù)公司利用其獵鷹－9火箭發(fā)射了“龍”飛船，并在海上著陸安全返回。2012年5月25日，“龍”飛船成為歷史上第一種與“國際空間站”成功對接的商業(yè)飛行器。5月31日，“龍”飛船在完成為“國際空間站”運送補給的任務(wù)后，返回地球。

（2）波音將進行乘員航天運輸－100乘員飛船飛行

波音公司正在研制稱為乘員航天運輸－100的載人飛船，可以和包括太空探索技術(shù)公司的獵鷹－9火箭、聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA）的宇宙神－5和德爾他－4火箭等多種火箭兼容。其特點是簡單，以保證安全可靠和低成本。

利用刺激資金和早期從商業(yè)乘員發(fā)展計劃競爭中獲得的資金，波音公司加快發(fā)展新的乘員航天運輸－100，根據(jù)商業(yè)乘員開發(fā)空間法案協(xié)議，獲得美國航空航天局 1800萬美元的投資開展研制。波音公司選擇了乘員飛船的加速設(shè)計與研制，該乘員飛船稱作乘員航天運輸－100，其中100是指從地面到低地球軌道100km。該計劃的主要目的是為研制能向“國際空間站”或其他低地球軌道目標(biāo)運送航天員的商業(yè)乘員空間運輸系統(tǒng)，進行概念和技術(shù)開發(fā)。

乘員航天運輸－100飛向“國際空間站”

13m長的乘員航天運輸－100發(fā)射到“國際空間站”和其他低地球軌道目的地，可用聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的德爾他－4和宇宙神－5火箭、太空探索技術(shù)公司的獵鷹－9火箭、歐洲阿里安－5火箭、ATK研制的自由公司號火箭和阿斯特留姆空間運輸公司的Les Mureaux火箭。選擇火箭后，再研制適配器，進行試驗飛行。該飛船采用可膨脹技術(shù)。波音的設(shè)計師曾在20世紀(jì)六七十年代設(shè)計過飛往月球的“阿波羅”指令飛船和天空實驗室空間站。后來所設(shè)計發(fā)射的這種飛船于1975年7月和聯(lián)盟號空間飛行器交會和對接。有“阿波羅”、“軌道空間飛機”和“獵戶座”飛船等設(shè)計經(jīng)驗。乘員航天運輸－100能載7人。錐形飛船與美國航空航天局阿波羅和“獵戶座”飛船相似。

乘員航天運輸－100由乘員飛船和非加壓單元的服務(wù)飛船兩部分組成。其尺寸介于“阿波羅”和“獵戶座”飛船之間，“阿波羅”指令飛船為底部直徑3.9m的錐體，“獵戶座”飛船底部直徑5.02m，乘員航天運輸－100底部直徑為4.5m居兩者之間。但其簡單性特點更像“阿波羅”。其原因有二，一是飛行器設(shè)計為可從空間站短暫的返回飛行，往返時間只需1天；其二是保持為研制和生產(chǎn)成本較低。該飛船設(shè)計為兩排座容納7人，窗口的設(shè)計是指令長和駕駛員具有交會可見度，其他乘員可以通過前方和側(cè)面窗口看到窗外。飛船的中央是主發(fā)動機和再入飛船口，底座周圍安裝了推力器。波音采用有專利權(quán)的燒蝕材料熱屏蔽層覆蓋整個大底。降落傘系統(tǒng)存儲在椎體頂部，安全氣袋著陸系統(tǒng)儲存在熱屏蔽層上面，降落時可以彈出。整個飛船設(shè)計為可在硬陸地表面著陸，但必要時也可在水上回收。較小體積的服務(wù)飛船呈長方體，其表面安裝了4臺熱輻射器，4個角安裝推力器，熱屏蔽覆蓋大底，與整個飛船也有臍帶連接。服務(wù)飛船最突出的特點是2個噴嘴各從兩側(cè)伸出。饋送給發(fā)動機的是可自燃的雙組元系統(tǒng)，也作為推力器的燃料。發(fā)動機提供唯一的發(fā)射逃逸系統(tǒng)，實現(xiàn)高推力點火，當(dāng)助推器故障時可將指令飛船和服務(wù)飛船推出，而后服務(wù)飛船拋棄，指令飛船利用降落傘著陸。

（3）內(nèi)華達山脈公司的“追夢者“空間飛機獨具特色

內(nèi)華達山脈公司正在研制稱作“追夢者”空間飛機，用宇宙神－5火箭發(fā)射，它雖然也有太空飛船的外形，但卻像飛機或航天飛機那樣滑翔著陸。公司進行該飛行器的設(shè)計和試驗已經(jīng)超過12年。

（4）藍(lán)色起源公司的新謝帕德號和“太空飛行器”

最不為人知的是藍(lán)色起源公司，該公司2000年創(chuàng)立，旨在發(fā)展安全的和經(jīng)濟適中的商業(yè)載人飛行器，是一家最秘密的空間公司。藍(lán)色起源公司亞軌道飛行器名為新謝帕德號（New Shepard）。新謝帕德號由乘員艙和推進模塊兩個可重復(fù)使用的部分組成。發(fā)射后幾分鐘推進模塊分離并返回地球，最終在發(fā)射場火箭動力垂直著陸在發(fā)射場附近。乘員模塊設(shè)計能攜帶3人以上，劃過天際后返回地球，將張開降落傘緩慢降落。2006年以來，藍(lán)色起源公司已經(jīng)利用亞軌道試驗飛行器進行了多次飛行，2011年進行了2次亞軌道飛行。2011年第二次飛行于8月24日進行，但以失敗告終。 藍(lán)色起源公司為新謝帕德號設(shè)想了多種用途，如運送太空游客，并希望科學(xué)家預(yù)定飛行，以便將實驗送往太空。研制成功后，新謝帕德號將允許人們更快、更高效地進入太空。

藍(lán)色起源公司還在從事用于軌道飛行的載人飛行器的工作，其雙錐形的飛船名為“太空飛行器”（SV）。藍(lán)色起源公司官員表示：“這項工作以亞軌道新謝帕德乘員太空艙的發(fā)展為基礎(chǔ)?！薄疤诊w行器”設(shè)計用于運送最多7名航天員進入低地球軌道，也可以同時運送航天員和貨物。藍(lán)色起源公司希望飛行器在陸地著陸，將水上著陸作為備選方案。藍(lán)色起源公司尚未公布項目進程時間表，但藍(lán)色起源公司官員稱如果進展順利，太空飛行器可能在5年之內(nèi)實現(xiàn)運送航天員往返國際太空站。

4家公司還有一個共同的愿望，關(guān)于搭乘他們飛行器的前景，他們不希望美國航空航天局是唯一的客戶，而且都有向太空游客銷售座位的意愿，為還沒有本國載人太空飛行器的國家運送航天員。這些公司絕對相信，最終會出現(xiàn)太空旅行的市場?？蛻艨筛鶕?jù)價格選擇，若開辟出飛往軌道有多個供應(yīng)商的市場，價格是最有競爭力的要素。■