Chris Palmer

Senior Technology Writer

圖1. SpaceX公司的“龍飛船”太空艙于2020年5月30日從美國佛羅里達州NASA的肯尼迪航天中心發(fā)射升空，將宇航員Robert Behnken和Douglas Hurley帶到國際空間站。來源：NASA（公共領域）。

圖2. “龍飛船”于2020年2月13日到達NASA的肯尼迪航天中心后接受檢查。來源：SpaceX（公共領域）。

2020年5月30日，美國國家航空航天局（NASA）的兩名宇航員Robert Behnken和Douglas Hurley創(chuàng)造了歷史，成為第一批乘坐私人航天器前往國際空間站（ISS）的人（圖1）。9周后，即2020年8月2日，SpaceX公司（位于美國加利福尼亞州霍索恩市）建造并運營了“龍飛船”（Crew Dragon），將Behnken和Hurley送回地球，安全完成了任務。

“只有三個國家擁有向地球軌道運載人類的能力，即俄羅斯、美國和中國”，總部設在美國加利福尼亞州帕薩迪納市的行星協(xié)會的高級空間政策顧問兼首席倡導者Casey Dreier說。SpaceX公司現(xiàn)在是這個非常小的團體的一部分。

“龍飛船”（圖2）與國際空間站對接任務的完成標志著自2011年航天飛機（Space Shuttle）計劃結束以來，美國首次發(fā)射運載美國宇航員的火箭。在過去的9年中，所有NASA的宇航員都乘坐俄羅斯飛船到達國際空間站，每人的費用高達9000萬美元，比SpaceX公司的收費高出3500萬美元[1]?？偛课挥诿绹糁蝸喼輥喬靥m大市的太空咨詢公司Astralytical的創(chuàng)始人Laura Forczyk說：“NASA無法運載自己的宇航員到達國際空間站，因此不得不依靠俄羅斯人，這使美國有些尷尬。”SpaceX公司的較低價格很大程度上是由于該公司在另一項技術，即火箭零件的回收和再利用上取得了空前的成功，從而節(jié)省了大量費用[2]。

圖3. 測試結果顯示，“龍飛船”使用四件式降落傘系統(tǒng)將太空艙輕輕帶回地球。來源：SpaceX（公共領域）。

在NASA成立的前半個世紀中，其將建造火箭的工作承包給私人航空航天公司，同時監(jiān)督生產和設計的各個方面。然后，NASA將擁有、運營和維護已制造完成的飛行器。NASA在2004年宣布取消航天飛機計劃的經費，并且開始尋找更便宜的替代品，以便將資金重新分配給其他優(yōu)先任務，包括深空探測。NASA還提出了一個名為商業(yè)軌道運輸服務（COTS）的公私合作計劃 [3]。

2006年，COTS選擇SpaceX公司作為其向國際空間站運送貨物的原始提供商之一。COTS為SpaceX公司的Cargo Dragon太空艙和獵鷹9號火箭的研發(fā)提供了資金。自2012年以來，SpaceX公司持續(xù)使用獵鷹9號火箭發(fā)射了許多商業(yè)衛(wèi)星，并完成了給國際空間站提供20次補給的任務[3]。SpaceX公司還用獵鷹重型火箭發(fā)射了數(shù)十顆衛(wèi)星。這款火箭結合三枚獵鷹9號助推器[2]組成了目前世界上功能最強大的火箭。

鑒于獵鷹9號火箭的成功，NASA官員制定了類似的運載人類計劃。2014年，除了SpaceX公司，NASA還選擇了它的長期承包商波音公司（位于美國伊利諾伊州芝加哥市），委托其制造將宇航員送往國際空間站的飛行器。兩家公司都經歷了重大挫折（SpaceX公司的獵鷹9號火箭在2015年和2016年連續(xù)發(fā)生兩次爆炸，波音公司的CST-100 Starliner太空艙在2019年的首次無人太空之旅中出現(xiàn)了許多軟件故障）。截至2020年年初，仍不確定哪家公司會率先將人類運載至國際空間站[4]。

但是，作為一家相對較新的公司，SpaceX堅定地宣稱自己是商業(yè)航天領域的領跑者?！癗ASA對SpaceX公司以及整個航天工業(yè)下了很大賭注，認為SpaceX公司能夠如期交付任務，”Dreier說，“這次發(fā)布肯定贏得了賭注。”

在將宇航員送往國際空間站之前，SpaceX公司的測試清單中的最后一個系統(tǒng)是“龍飛船”太空艙的飛行中止系統(tǒng)。如果獵鷹9號火箭經歷異常發(fā)射（由發(fā)動機故障或油箱破裂等因素引起），中止系統(tǒng)將啟動4個小型發(fā)動機以拋棄太空艙，讓宇航員安全地離開火箭[4]。波音公司的Starliner太空艙使用了與俄羅斯和中國分別運營的聯(lián)盟號（Soyuz）和神舟（Shenzhou）載人太空艙類似的發(fā)射中止系統(tǒng)。NASA的Mercury和Apollo航天器也使用了這種系統(tǒng)，但航天飛機計劃顯然沒有使用該系統(tǒng)[5]。2019年4月，在對“龍飛船”太空艙的中止系統(tǒng)進行測試期間，由于一團液體推進劑猛烈撞擊鈦閥，導致太空艙燃燒。經過大量的修改和測試，系統(tǒng)終于在2020年1月成功進行了飛行中止試驗[6]。

SpaceX公司要測試的“龍飛船”的最后一個組件是其四件式降落傘系統(tǒng)，該系統(tǒng)會把膠狀的太空艙輕輕帶回地球（圖3）。為了了解降落傘的早期版本為何會出現(xiàn)不對稱膨脹，并導致2019年4月的墜毀事故[7]，SpaceX公司在其降落傘中安裝了傳感器，以便在部署時測量載荷，并使用該數(shù)據更新降落傘的設計。該公司在2019 年年底和2020年年初對該系統(tǒng)進行了多達12次的測試，之后宣布他們于2020年5月1日（正好是最終運載宇航員至空間站日期的前幾周）成功完成了最終的降落傘測試[7]。

“美國航天工業(yè)一直非常保守，因為它與NASA步調保持一致，”蒂爾集團的空間分析師Marco Caceres表示，“SpaceX公司在其文化中更具進取精神，他們也一直愿意在技術進步方面突破極限。”

Caceres聲稱，SpaceX公司最重要的創(chuàng)新是將獵鷹火箭設計為可以在部署有效載荷后垂直降落回地球，以便重復使用，而其他火箭則不這樣做[2]。除了大幅降低成本外，該公司的火箭再利用能力使得SpaceX公司的火箭發(fā)射頻率更高，因此可以更快地進行創(chuàng)新。

SpaceX公司自己會制造許多零件，從而減少了對分布式供應商網絡的依賴。這種縱向整合可以使公司在不顯著延遲生產的情況下進行設計更改。該公司還借鑒了創(chuàng)始人Elon Musk創(chuàng)立的另一家公司，即電動汽車和電池制造商特斯拉（位于美國加利福尼亞州帕洛阿爾托市）的生產線思路。Caceres說：“通過Musk在特斯拉公司的經驗，他知道如何通過創(chuàng)建生產線來提升效率和經濟激勵，而不是一次性創(chuàng)建專用硬件。”

Dreier表示，除了設計和生產方法外，SpaceX公司在吸引有才華的工程師方面還具有明顯的優(yōu)勢。他說：“SpaceX公司散發(fā)著獨特的光芒，這是一個很酷的地方。他們正在制造火箭前往火星，以拯救人類。這種組織原則使他們能夠真正聘請到最優(yōu)秀的人才，并使他們比波音公司更具絕對優(yōu)勢?！?/p>

至于SpaceX公司的下一步發(fā)展，該公司宣布將進軍太空旅游業(yè)務，加入了包括Blue Origin公司和Virgin Galactic公司在內的許多競爭對手行列，Virgin Galactic公司已經實現(xiàn)了讓人們在亞軌道上飛行的目標[8]。SpaceX公司已經出售了“龍飛船”上的4個座位，計劃2021年安排普通公民繞地球旅行[9]。它還與一家名為Axiom（位于美國得克薩斯州休斯頓市）的創(chuàng)業(yè)公司合作，將客戶運送到國際空間站[10]。

基于“龍飛船”的成功，NASA已決定依靠工業(yè)來執(zhí)行人類登月任務。2020年4月，NASA與SpaceX公司和另外兩家公司簽定了初步合同，開發(fā)一種著陸器，以便在2024年之前將人類帶入月球表面[11]。

SpaceX公司已經在研發(fā)一種名為Starship的巨型火箭，希望有一天能將人類帶入火星?！八麄儾恢皇窍虢ㄔ炱渲械囊粌蓚€，他們希望在這條生產線上制造出許多個火箭，”Dreier說，“如果它在未來3～4年內能真正發(fā)揮作用，那么每一個火箭都將比我們有史以來所制造的大得多。”