▲ 波音公司研發(fā)的CST-100載人飛船和太空探索公司的載人型龍飛船飛往國(guó)際空間站藝術(shù)想象圖

2011年7月8日，“阿特蘭蒂斯號(hào)”執(zhí)行了航天飛機(jī)計(jì)劃中的最后一次飛行。自此之后，美國(guó)的國(guó)土上已經(jīng)整整7年沒(méi)有起飛過(guò)載人航天器。美國(guó)航天員來(lái)往國(guó)際空間站需要搭乘俄羅斯的聯(lián)盟號(hào)飛船，并以每年水漲船高的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)“船票”。在暫時(shí)失去載人航天能力的7年多中，美國(guó)一直在積極進(jìn)行下一代載人航天飛船的研發(fā)。8月3日，美國(guó)宇航局（NASA)公布了參與商業(yè)載人航天任務(wù)的第一批航天員名單，其載人航天的新策略也愈發(fā)明晰：將近地軌道交給商業(yè)航天，將自身的研發(fā)力量集中到星際載人飛行上。

老玩家與新選手

即將為NASA執(zhí)行商業(yè)載人航天任務(wù)的兩種飛船是波音公司研發(fā)的CST-100載人飛船和太空探索技術(shù)（SpaceX）公司的載人型龍飛船。

相比于近幾年頻頻搶占航天新聞?lì)^條的SpaceX公司，波音公司更為人熟知的業(yè)務(wù)是各類民航客機(jī)的研發(fā)。波音737、747、777、787等經(jīng)典機(jī)型占據(jù)了國(guó)際民航業(yè)的半壁江山。其實(shí)在航天領(lǐng)域，波音公司也是老資格的“資深玩家”。早在阿波羅登月任務(wù)開(kāi)展時(shí)，波音公司就作為承包商承擔(dān)了重要的工作。土星5號(hào)火箭是登月成功的關(guān)鍵因素，蘇聯(lián)則因火箭設(shè)計(jì)不過(guò)關(guān)而輸?shù)袅说窃赂?jìng)賽。而提供“土星5號(hào)”起飛時(shí)高達(dá)35000千牛強(qiáng)大推力的火箭第一級(jí)，就是由波音公司制造的。后來(lái)，波音公司還兼并了曾經(jīng)負(fù)責(zé)阿波羅飛船設(shè)計(jì)制造的北美公司、負(fù)責(zé)航天飛機(jī)軌道器設(shè)計(jì)制造的羅克韋爾公司等。目前，波音公司是“聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟”（ULA）的主要成員，其研發(fā)的德?tīng)査盗谢鸺袚?dān)了不少NASA和美國(guó)軍方的發(fā)射任務(wù)。

▲ 內(nèi)華達(dá)山脈公司研發(fā)的追夢(mèng)者航天飛機(jī)也曾入選商業(yè)載人航天計(jì)劃，但在最終階段的PK中落敗

▲ 波音公司CST-100飛船在太空中飛行的效果圖

此次波音公司入選的CST-100飛船采用了比航天飛機(jī)簡(jiǎn)單得多的兩艙式設(shè)計(jì)，其外觀與不連接登月艙的阿波羅飛船十分相似。CST-100每次飛行最多可以搭載七名航天員，每艘飛船可重復(fù)使用十次。在航天飛機(jī)之前，美國(guó)的“阿波羅”“雙子座”等載人飛船返回地球時(shí)均在海上回收，而CST-100則首次采用陸上回收的方式，由飛船在著陸時(shí)彈出的氣墊提供緩沖。

航天新秀SpaceX公司的載人型龍飛船采用的也是兩艙設(shè)計(jì)。龍飛船的貨運(yùn)型是第一種成功為國(guó)際空間站提供補(bǔ)給的商業(yè)航天飛船。載人型龍飛船也被稱為龍飛船2代，一次最多可以搭載7名航天員，具備10次左右的可重復(fù)使用能力。載人型龍飛船的主要回收方式為海上著陸，但預(yù)留了未來(lái)開(kāi)發(fā)陸上著陸技術(shù)的空間。與CST-100相比，載人型龍飛船的體態(tài)相對(duì)纖瘦，船艙直徑較小，但船艙高度更高，因此船艙的實(shí)際容積與CST-100相差不大。此外，相比可以由多種美國(guó)現(xiàn)役火箭發(fā)射的CST-100，龍飛船未來(lái)將僅由SpaceX公司自己研發(fā)的獵鷹系列火箭發(fā)射。

相比于將發(fā)射、貨運(yùn)、載人功能融為一體的航天飛機(jī)，CST-100飛船和載人型龍飛船的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單得多。這很大程度上來(lái)自于航天飛機(jī)的教訓(xùn)：過(guò)于復(fù)雜的航天器將降低可靠性，增加每次發(fā)射前所需進(jìn)行的工作量，使每次發(fā)射的費(fèi)用飆升。在新一代飛船的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師們意識(shí)到飛船本身主要是航天員往返天地的運(yùn)輸工具，不要在載人功能之外為其賦予太多的其他功能。因此，NASA對(duì)新一代商業(yè)飛船提出的設(shè)計(jì)要求僅僅是能夠安全地搭載航天員來(lái)往于國(guó)際空間站。不過(guò)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的新一代飛船仍有一些超越航天飛機(jī)的指標(biāo)。兩種飛船均能在國(guó)際空間站上駐留210天以上，大大超過(guò)了航天飛機(jī)的12天。長(zhǎng)期駐留的飛船可以作為國(guó)際空間站的“救生艇”，在緊急情況下撤回航天員。

▲ 載人型龍飛船的飛行效果圖

飛船研發(fā)的新模式

在美國(guó)以往的航天器研發(fā)制造中，波音、格魯曼等私營(yíng)航天業(yè)巨頭也會(huì)參與到項(xiàng)目中來(lái)，航天器的制造最終是由這些企業(yè)而不是NASA來(lái)完成的。但在研發(fā)過(guò)程中，NASA始終對(duì)航天器的設(shè)計(jì)保持控制，NASA的科學(xué)家和工程師會(huì)參與到研發(fā)、制造、測(cè)試和發(fā)射的各個(gè)過(guò)程中來(lái)，主導(dǎo)設(shè)計(jì)方案和技術(shù)路線的的確定，并確保航天器的安全和可靠性。最終，制造出的航天器、其附帶的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和航天器的運(yùn)營(yíng)設(shè)施屬于NASA，研發(fā)的全部預(yù)算也由NASA承擔(dān)。

由于航天活動(dòng)的未知性和風(fēng)險(xiǎn)性，這種一切由政府買(mǎi)單的模式有助于推動(dòng)新的航天技術(shù)發(fā)展，開(kāi)辟新的探索領(lǐng)域。但在這種模式下，作為政府機(jī)構(gòu)的NASA因官僚主義而導(dǎo)致的內(nèi)耗增加了管理成本。由于項(xiàng)目的成敗由NASA負(fù)責(zé)，承包商通過(guò)技術(shù)開(kāi)發(fā)降低成本的動(dòng)力不強(qiáng)，而幾個(gè)大公司對(duì)航天業(yè)的壟斷也使市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的作用無(wú)法體現(xiàn)，使得NASA進(jìn)行航天活動(dòng)的成本不斷增加，項(xiàng)目超支幾乎成了一定要發(fā)生的事情。

2009年，作為經(jīng)濟(jì)危機(jī)后美國(guó)重振法案的一部分，NASA開(kāi)始了商業(yè)載人航天項(xiàng)目的運(yùn)作。通過(guò)此項(xiàng)目，NASA不但可以再次獲得去往國(guó)際空間站的載人發(fā)射能力，還能刺激本國(guó)的商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在這個(gè)項(xiàng)目框架下，NASA將選擇性地資助一部分企業(yè)，開(kāi)展近地軌道載人航天飛船的研發(fā)。與以往不同的是，企業(yè)拿到NASA的資助后，對(duì)飛船的設(shè)計(jì)擁有自主權(quán)，可以采用一切他們認(rèn)為合理的設(shè)計(jì)方案和技術(shù)路線。同時(shí)，NASA只為自身的需求付費(fèi)，且投資總額一般不足以完全支撐飛船研發(fā)，企業(yè)必須投入自身的資金到飛船項(xiàng)目中去。

無(wú)論飛船研發(fā)最終的成本是多少，NASA的付費(fèi)是固定的。在這種模式下，企業(yè)將自發(fā)地提高研發(fā)的效費(fèi)比，并盡力進(jìn)行成本控制。用NASA內(nèi)部一本刊物的話說(shuō)，“當(dāng)花他們自己的錢(qián)時(shí)，企業(yè)往往會(huì)變得更加精明”。迄今為止，NASA已經(jīng)在此項(xiàng)目上資助了波音公司約48億美元、SpaceX公司約31億美元。花完這些錢(qián)后，兩家企業(yè)需要完成飛船的研發(fā)和各項(xiàng)測(cè)試，達(dá)到NASA對(duì)飛船提出的各項(xiàng)指標(biāo)及安全可靠性的要求，執(zhí)行去往國(guó)際空間站的一次載人測(cè)試飛行和至少兩次一般載人飛行。

▲ NASA商業(yè)載人航天項(xiàng)目的LOGO和宣傳海報(bào)

▲ 商業(yè)載人航天計(jì)劃海報(bào)

同時(shí)，企業(yè)擁有飛船本身和附加的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。除了為NASA提供服務(wù)外，他們還可以使用飛船開(kāi)展其他商業(yè)航天業(yè)務(wù)。波音公司在CST-100飛船上為未來(lái)可能出現(xiàn)的太空游客設(shè)置了座位，可以在執(zhí)行NASA任務(wù)時(shí)順便“捎”上付費(fèi)的游客。而SpaceX公司則計(jì)劃用載人型龍飛船進(jìn)行去往月球的太空旅游，載著旅客們飛行到地月之間的大橢圓軌道上，使他們?cè)陲w掠月球時(shí)可以一睹月球上的景致。

NASA瞄準(zhǔn)深空載人飛行

▲ 獵戶座飛船在太空中飛行示意圖

目前，國(guó)際空間站等載人航天器都運(yùn)行在距離地面約400公里的近地軌道（LEO軌道）上。對(duì)于美俄這兩個(gè)擁有載人航天能力較早的國(guó)家來(lái)說(shuō)，向LEO軌道發(fā)射載人飛船已是家常便飯，技術(shù)已比較成熟。在商業(yè)載人航天計(jì)劃開(kāi)始實(shí)施時(shí)，NASA提出的需求就是向LEO軌道上的國(guó)際空間站輸送航天員。在CST-100飛船和載人型龍飛船研發(fā)的同時(shí)，NASA自己研制的獵戶座飛船也在研發(fā)過(guò)程中，而這艘飛船則將目標(biāo)瞄準(zhǔn)了更遠(yuǎn)的星際飛行。

獵戶座飛船同樣采用了兩艙構(gòu)型，可以搭載2～6名航天員。未來(lái)，這艘飛船將主要承擔(dān)去往月球、火星的深空飛行任務(wù)。在計(jì)劃中的飛行任務(wù)中，“獵戶座”將首先測(cè)試在地月轉(zhuǎn)移軌道上的飛行能力和高速再入大氣層時(shí)的防熱能力。之后，它將承擔(dān)起NASA的月球軌道空間站——“深空門(mén)戶”的建設(shè)任務(wù)，運(yùn)送航天員到月球附近。未來(lái)，NASA還計(jì)劃將它與“深空棲息艙”進(jìn)行組合，執(zhí)行運(yùn)載航天員去往火星軌道的任務(wù)。在未來(lái)的計(jì)劃中，NASA并沒(méi)有安排獵戶座飛船進(jìn)行LEO軌道的飛行，表面上NASA有信心將這部分任務(wù)完全交給商業(yè)航天。

▲ 作為“美國(guó)制造成就展”主展品的獵戶座飛船乘員艙正在白宮展覽

作為一艘深空飛船，“獵戶座”需要實(shí)現(xiàn)不少LEO軌道飛行所不需實(shí)現(xiàn)的技術(shù)。例如，LEO軌道上飛行的航天器可以通過(guò)地面上的測(cè)控網(wǎng)和同步軌道上的天基測(cè)控衛(wèi)星確定自己的位置，并與地面保持通信，而獵戶座飛船一旦遠(yuǎn)離地球，就不得不依靠NASA的深空探測(cè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，使用深空測(cè)控手段來(lái)進(jìn)行定位。為了以防萬(wàn)一，獵戶座上還布置了一套應(yīng)急的定位系統(tǒng)，航天員們可以根據(jù)觀測(cè)到的地球、太陽(yáng)和恒星的相對(duì)位置獨(dú)立確定自身位置。在深空飛行中，失去了地球磁場(chǎng)保護(hù)的飛船將承受比LEO軌道更加強(qiáng)烈的太陽(yáng)高能粒子和宇宙線輻射。為了保證航天員的飛行安全，獵戶座飛船必須采用比LEO軌道飛船更先進(jìn)可靠的輻射防護(hù)技術(shù)。 獵戶座飛船的研發(fā)仍采用NASA的傳統(tǒng)模式進(jìn)行，目前已經(jīng)花費(fèi)了美國(guó)納稅人125億美元經(jīng)費(fèi)。

如果獵戶座飛船計(jì)劃和LEO軌道的商業(yè)航天計(jì)劃均進(jìn)展順利的話，將為我們樹(shù)立商業(yè)航天運(yùn)作模式的示范：政府所屬的航天機(jī)構(gòu)可以將技術(shù)已經(jīng)成熟的領(lǐng)域交給企業(yè)進(jìn)行自負(fù)盈虧的項(xiàng)目運(yùn)作，政府機(jī)構(gòu)只根據(jù)需要采購(gòu)航天服務(wù)并給予一定資助，而不再主導(dǎo)項(xiàng)目運(yùn)作。這樣一方面能夠?yàn)檎?jié)省開(kāi)支，另一方面也能創(chuàng)造新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，繁榮商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)。此外，對(duì)于航天企業(yè)的扶持應(yīng)該根據(jù)企業(yè)本身的技術(shù)能力有選擇地進(jìn)行。在NASA商業(yè)航天載人計(jì)劃的CCDev1階段中，共有多達(dá)36家企業(yè)提出了自己的方案，其中不乏一些PPT公司，而最終獲得資助的僅有5家。在經(jīng)過(guò)隨后的CCDev2、CCiCap、CPC1、CPC2四個(gè)階段的方案深化與遴選后，最終能夠?qū)w船發(fā)射上天的只有資金和技術(shù)實(shí)力均相當(dāng)雄厚的波音公司和SpaceX公司。