文/張晨

2023年5月，歐空局提出了“商業(yè)貨物運(yùn)輸計(jì)劃”（CCTI），旨在為國(guó)際空間站和未來的商業(yè)空間站提供高效率、低成本的貨運(yùn)服務(wù)。顯然，CCTI主要對(duì)標(biāo)美國(guó)宇航局的“商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)計(jì)劃”，而美國(guó)這項(xiàng)計(jì)劃堪稱太空探索技術(shù)公司“崛起之源”，因此外界認(rèn)為，歐空局可能也想借助CCTI培育商業(yè)航天力量發(fā)展。

▲ 貨運(yùn)飛船返回艙再入大氣層想象圖

▲ 歐洲新型貨運(yùn)飛船對(duì)接國(guó)際空間站想象圖

限制更嚴(yán)要求高

歐空局為CCTI劃分了3個(gè)階段，向20個(gè)成員國(guó)和其他國(guó)家廣泛征集方案，從參與投標(biāo)的航天企業(yè)中預(yù)選出4家。隨后，歐空局將在2023年9月～2024年6月實(shí)施CCTI的1-1階段，從投標(biāo)企業(yè)中選出2家中標(biāo)者，并提供200萬(wàn)歐元作為穩(wěn)定支持資金，確保中標(biāo)者完成CCTI貨運(yùn)飛船演示任務(wù)的初步設(shè)計(jì)。

接下來，進(jìn)入CCTI的1-2階段，預(yù)計(jì)持續(xù)到2025年12月，歐空局將輔助中標(biāo)者進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，攻克技術(shù)難關(guān)，進(jìn)一步鞏固其資金鏈安全。

之后，進(jìn)入CCTI的第二階段，目標(biāo)是在2028年12月前發(fā)射演示飛船。歐空局在此階段不僅會(huì)支持第一階段的中標(biāo)者發(fā)射演示飛船，還會(huì)采購(gòu)其他公司的飛船，前提是這些“幸運(yùn)兒”在CCTI第一階段未中標(biāo)，但仍自行研發(fā)貨運(yùn)飛船。

根據(jù)CCTI要求，發(fā)射服務(wù)方需要將2噸加壓貨物運(yùn)輸至近地軌道上的國(guó)際空間站和未來商業(yè)低軌目的地（一般理解為商業(yè)空間站），并在2028年將1噸加壓貨物下行到地球，不限制飛船大小。如果發(fā)射服務(wù)方滿足了CCTI的要求，歐空局將與其簽訂后續(xù)合同。

值得注意的是，歐空局將為CCTI的演示任務(wù)提供資金和技術(shù)支持，但僅支持貨運(yùn)飛船研制和飛行的部分開支。而且，歐空局要求中標(biāo)者公布貨運(yùn)飛船的研制計(jì)劃和項(xiàng)目進(jìn)展節(jié)點(diǎn)，選定適合自身技術(shù)水平的研發(fā)路線，包括每個(gè)階段的研發(fā)內(nèi)容和預(yù)算、涉及技術(shù)轉(zhuǎn)讓等。

歐空局雖然向中標(biāo)者提供了絕對(duì)的自主權(quán)，但不會(huì)放任自流，反而會(huì)深入?yún)⑴c每個(gè)項(xiàng)目，了解開發(fā)情況，評(píng)估其技術(shù)優(yōu)勢(shì)和第三方經(jīng)費(fèi)是否充裕，確保項(xiàng)目不會(huì)采用過激技術(shù)而導(dǎo)致超支或拖延。歐空局還表示，對(duì)CCTI每個(gè)階段提供的資金額度是固定的，如果產(chǎn)生任何超支情況，均由中標(biāo)者自行負(fù)擔(dān)；如果中標(biāo)者未完成某個(gè)節(jié)點(diǎn)，歐空局有權(quán)撤回所有支持。

▲ 貨運(yùn)飛船奔向預(yù)定軌道示意圖

這樣看來，CCTI的商業(yè)限制比美國(guó)宇航局的“商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)計(jì)劃”更加嚴(yán)格。當(dāng)初，軌道科學(xué)公司研發(fā)新型火箭遇到了技術(shù)問題，直接向美國(guó)宇航局申請(qǐng)推遲1年發(fā)射。而CCTI不容忍任何明顯的項(xiàng)目進(jìn)度推遲，為此甘愿放棄可能過于激進(jìn)的新技術(shù)，這就對(duì)參與競(jìng)爭(zhēng)者的初始技術(shù)水平提出了較高的要求。

投標(biāo)方案大比拼

盡管CCTI的限制不少，但利潤(rùn)前景可觀，因此吸引了不少商業(yè)航天公司參與競(jìng)爭(zhēng)，一些方案頗有亮點(diǎn)。

奧格斯堡火箭工廠（簡(jiǎn)稱RFA公司）提交了Argo商業(yè)貨運(yùn)飛船的概念方案。Argo命名源自古希臘神話中的亞爾古舟，英雄乘坐這艘船尋找到了稀世之寶金羊毛。此外，Argo也可以指代南船座。

▲ Argo貨運(yùn)飛船設(shè)計(jì)具備加壓艙和重啟式返回艙

Argo商業(yè)貨運(yùn)飛船采用不銹鋼船體以降低成本，可攜帶3.4噸貨物至近地軌道，擁有13立方米加壓空間，其最明顯的特征是采用了柔性充氣隔熱盾的可返回式貨艙。飛船配置推進(jìn)系統(tǒng)，具備自主接近空間站并實(shí)施對(duì)接的能力，遵循西方航天器通用的對(duì)接適配器標(biāo)準(zhǔn)。

RFA公司躊躇滿志地稱，該飛船不僅有望恢復(fù)歐洲空間貨物運(yùn)輸能力，還具備強(qiáng)大的下行能力，是“歐洲航天的游戲規(guī)則改變者”。雖然該公司正在研制RFA One小火箭，但這款火箭無(wú)法發(fā)射Argo商業(yè)貨運(yùn)飛船。RFA表示，該飛船沒使用和火箭一體化設(shè)計(jì)，因此可以搭載其他國(guó)家或組織的火箭發(fā)射。

▲ Nyx貨運(yùn)飛船設(shè)計(jì)采用常規(guī)兩艙布局和貼片式太陽(yáng)能電池板

▲ 美國(guó)公理航天公司規(guī)劃的商業(yè)空間站想象圖

2021年成立的探索公司提出了Nyx商業(yè)貨運(yùn)飛船方案。Nyx是古希臘神話中黑夜女神的名字。

這款飛船使用模塊化設(shè)計(jì)，包括錐形返回艙和服務(wù)艙，可攜帶4噸貨物前往近地軌道，工作6個(gè)月左右，還能將2.5噸加壓貨物和100千克非加壓貨物送回地面，甚至服務(wù)艙可以掛運(yùn)1.4噸載荷。飛船首飛計(jì)劃攜帶300千克載荷，而未來業(yè)務(wù)成本預(yù)計(jì)為15000歐元/千克。

按探索公司的原計(jì)劃，阿里安6火箭首飛時(shí)，將攜帶質(zhì)量約40千克的比基尼號(hào)再入返回演示器。但阿里安6火箭進(jìn)度延遲，這個(gè)演示器將在2024年9月改由印度PSLV火箭發(fā)射。探索公司計(jì)劃在2027年完成CCTI的演示飛船貨運(yùn)任務(wù)。

▲ SUSIE軌道器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

除了投標(biāo)歐空局的商業(yè)貨運(yùn)計(jì)劃外，探索公司還在2023年9月和美國(guó)公理航天公司簽訂合同，爭(zhēng)取在2025年達(dá)到任務(wù)節(jié)點(diǎn)。這很可能是曾計(jì)劃于2024年第四季度發(fā)射的一個(gè)更大的再入返回演示器。按合同約定，自2027年第四季度起，Nyx商業(yè)貨運(yùn)飛船將向美國(guó)公理航天公司帶頭籌建的商業(yè)空間站提供補(bǔ)給，而該公司2/3訂單來自商業(yè)空間站項(xiàng)目。按設(shè)計(jì)，Nyx商業(yè)貨運(yùn)飛船可以方便地兼容多國(guó)運(yùn)載火箭，甚至不排除未來改為載人飛船。

2022年，阿里安集團(tuán)提出了SUSIE“革命性創(chuàng)新智能上面級(jí)”概念方案，本質(zhì)上是一種多用途可復(fù)用軌道器，同樣參與了CCTI競(jìng)標(biāo)。

SUSIE軌道器使用體襟翼作為再入段的氣動(dòng)控制舵面，繼承了早期赫爾墨斯航天飛機(jī)設(shè)計(jì)方案的“技術(shù)基因”。此外，SUSIE軌道器將采用垂直反推著陸技術(shù)。歐空局研究認(rèn)為，相比降落傘，這種模式可以降低失效概率。由于不需要跑道來滑翔降落，該軌道器并未配置大翼面，似乎具備了“星艦”的某些技術(shù)特點(diǎn)。

SUSIE軌道器計(jì)劃由阿里安6火箭送入預(yù)定軌道，重達(dá)25噸，擁有40立方米加壓空間，可搭載7噸貨物或5名航天員，也考慮到了經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。未來，它有可能搭配新型火箭，實(shí)現(xiàn)更高比例的回收復(fù)用。不過，由于阿里安6火箭不支持復(fù)用，加上SUSIE軌道器的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，下行質(zhì)量偏小，很可能不符合CCTI的規(guī)范要求。對(duì)此，阿里安集團(tuán)準(zhǔn)備發(fā)展更大的運(yùn)輸航天器。

重現(xiàn)輝煌有難度

▲ “生不逢時(shí)”的ATV貨運(yùn)飛船

過去，歐空局曾擁有頂級(jí)貨運(yùn)飛船，那就是ATV“自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器”。該飛船在1998年開始研制，克服了阿里安5火箭故障、飛船軟件重寫等不利因素后，2008年成功首飛。當(dāng)時(shí)，ATV是航天史上最大的貨運(yùn)飛船，發(fā)射質(zhì)量達(dá)20.75噸，可攜帶7667千克加壓貨物前往國(guó)際空間站，并擁有48立方米加壓空間。除了運(yùn)貨外，ATV還負(fù)責(zé)將國(guó)際空間站從340千米高的組裝軌道提升至400千米高的工作軌道，展示了強(qiáng)悍的能力。不過，ATV需要使用特定的對(duì)接口，無(wú)法使用容納標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜的對(duì)接口，導(dǎo)致大件貨物運(yùn)輸能力很差，而當(dāng)時(shí)國(guó)際空間站對(duì)較小的散件貨物需求不大，導(dǎo)致ATV的運(yùn)載需求受到了限制。最終，ATV僅入軌飛行5次，2015年執(zhí)行了最后一次任務(wù)。

▲ “太空騎士”入軌想象圖

2022年，阿里安集團(tuán)推出了綽號(hào)“太空騎士”的小型可重復(fù)使用航天器方案，采用升力體和體襟翼來減少包絡(luò)尺寸。該航天器計(jì)劃采用織女星-C火箭發(fā)射，還與該火箭第四級(jí)形成了一體化設(shè)計(jì)。雖然“太空騎士”不適合為空間站提供大規(guī)模貨運(yùn)服務(wù)，但可以作為任務(wù)持續(xù)數(shù)月的太空試驗(yàn)平臺(tái)。

盡管技術(shù)積累不少，新方案頗具亮點(diǎn)，但談到CCTI的發(fā)展前景，恐怕不能忽視歐空局的現(xiàn)狀及未來規(guī)劃。當(dāng)前，歐空局處于“深低谷期”：阿里安5火箭已退役；阿里安6火箭首飛一再推遲，商業(yè)發(fā)射訂單已被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手搶走了很多；織女星-C火箭處于更換部件、重新測(cè)試、排除故障的漫長(zhǎng)過程中；早期型織女星火箭依靠庫(kù)存發(fā)射，顯得“獨(dú)木難支”；至于被寄予厚望的“阿里安”Next，仍處于漫長(zhǎng)的完善設(shè)計(jì)、驗(yàn)證測(cè)試過程中，涉及各參與國(guó)的利益分配爭(zhēng)奪，參考以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，成功不易。在這種形勢(shì)下，歐空局力推CCTI，很可能是為了效仿美國(guó)，另辟蹊徑，嘗試培養(yǎng)商業(yè)化軌道發(fā)射投送能力。

外界認(rèn)為，盡管CCTI獲得歐空局大力倡導(dǎo)，投標(biāo)響應(yīng)者不少，但對(duì)這個(gè)項(xiàng)目的前景不宜過于樂觀。太空探索技術(shù)公司的獵鷹系列火箭和龍系列飛船雖然為追隨者指明了方向，但其成就建立在美國(guó)宇航局從技術(shù)、資金、政治等多方面提供支持的基礎(chǔ)上，歐空局很難提供這么大的幫助。美國(guó)早年一系列宏偉的航天項(xiàng)目也培育了深厚的航天技術(shù)儲(chǔ)備和眾多航天產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)商，歐洲同樣無(wú)法相比。所以，CCTI的競(jìng)標(biāo)方案能否滿足指標(biāo)要求，目前仍不確定。

其實(shí)，拋開歐洲航天的內(nèi)部問題不談，從國(guó)際市場(chǎng)需求的角度來看，CCTI就面臨不小的挑戰(zhàn)。CCTI的目標(biāo)是向國(guó)際空間站和未來商業(yè)空間站提供運(yùn)輸服務(wù)，但國(guó)際空間站主要由美國(guó)和俄羅斯的艙段組成，兩國(guó)都擁有強(qiáng)大的航天運(yùn)輸保障能力，而歐空局僅有1個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，在國(guó)際空間站運(yùn)營(yíng)和資源分配中缺乏話語(yǔ)權(quán)，那么CCTI收獲大量國(guó)際空間站運(yùn)輸訂單的希望相當(dāng)渺茫，也就難以大規(guī)模提升歐洲航天運(yùn)輸能力，更不用說新飛船、新火箭服役初期成本不占優(yōu)勢(shì)了。

▲ Nyx貨運(yùn)飛船等計(jì)劃執(zhí)行探月任務(wù)

至于商業(yè)空間站，雖然探索公司和美國(guó)公理航天公司簽訂了合同，但美國(guó)公理航天公司規(guī)劃的商業(yè)空間站規(guī)模有限，對(duì)貨運(yùn)飛船的需求不會(huì)太大。何況這家公司與太空探索技術(shù)公司長(zhǎng)期密切合作，提供商業(yè)載人航天服務(wù)，很難再給予歐洲企業(yè)太多支持。

此外，歐空局或許希望借助西方多國(guó)合作的繞月空間站項(xiàng)目，提高航天貨運(yùn)能力。但這個(gè)繞月空間站在規(guī)劃上不要求航天員長(zhǎng)期駐留，貨物需求相對(duì)有限，加上已有日本HTV-XG貨運(yùn)飛船和美國(guó)龍-XL貨運(yùn)飛船參與競(jìng)爭(zhēng)，留給歐洲貨運(yùn)飛船的發(fā)揮空間似乎不大。因此，歐空局必須持續(xù)補(bǔ)貼商業(yè)航天公司，支持到繞月空間站的航天運(yùn)輸需求充分釋放之時(shí)。

總體來看，CCTI是歐洲航天借鑒美國(guó)宇航局發(fā)展路徑的大膽嘗試，有望促進(jìn)更廣泛的社會(huì)力量投入航天領(lǐng)域，加速商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。但受限于多方面因素，該項(xiàng)目本身可能無(wú)法達(dá)成預(yù)定目標(biāo)，需要?dú)W空局更多支持，努力拓展市場(chǎng)。