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波音和SpaceX竞相把宇航员送入太空

时间:2024-02-04

 最终的获胜者将为NASA建造宇宙飞船并将其送入太空。


当克里斯弗格森(Chris Fergu-son)在2011年7月下达最后一个航天飞机任务指令时,他和他的队员把某个东西忘在了国际空间站里:30年前执行第一次航天飞机任务时飘扬的那面小小的美国国旗。“希望在美国下一次将宇航员送入太空并与空间站对接之前,它能维持住我们的荣誉地位。”弗格森在执行此次任务时与奥巴马总统在通话中如是解释道。“我知道,这将会是商业太空飞行的‘夺旗时刻’。”奥巴马回应道。作为波音公司的载人与航空任务运营主管,弗格森也是推动该公司开发和运营宇宙飞船的负责人之一,力图将NASA的航天员送入空间站——完成夺旗。波音和美国太空探索技术(SpaceX)两家公司正在争夺这一荣誉,都希望在NASA和俄罗斯的合同到期之前争分夺秒地把宇宙飞船送入太空。

利害攸关的还不仅是时间。如果太空飞行能够逃离政府的温室成为真正的商业行为,那么公司之间的价格竞争最终或许会使成本大大降低。2017年可能会在这方面取得一些重要进展。 

NASA的商业载人计划可以追溯至10年前,当时NASA正着手帮助航天公司开发商业货运飞船。NASA并没有采取传统的政府合同制做法——由其负责飞船的设计,仅将飞船的制造业务承包给承包商——而是选择全部交由公司自己去做。NASA会提供资金和技术支持,之后购买的是货运服务,而不是飞船本身。

NASA的这一做法即形成了商业轨道运输服务(COTS)计划,其中还包括一项接送航天员服务的选择权。尽管SpaceX声称其COTS提案能够实现该服务,但NASA却并没有选择它,而是决定将注意力放在飞船退役之后亟需的货运服务上。SpaceX和当初的轨道科学公司(现名为ATK公司)均已按照COTS计划的要求开发出了飞船,用于将物资、试验和其他设备运送至空间站并从空间站运回。

作为其人类太空飞行计划大改组的一部分,NASA在2010年宣布它正利用与COTS计划相同的方法来开发船员运输系统,并给予几家公司(包括波音和SpaceX)一系列奖励,为其关键飞船技术的早期开发提供支持。

2014年9月,NASA公布了与波音和SpaceX签署的最终系列合同,合同总价值为68亿美元。除了完成飞船的制造之外,合同还要求每家公司进行两次试飞,一次载人飞行,一次无人飞行,执行6次任务,每次任务将两名人员送至空间站并带回。这两家公司一直都在向这个目标努力。

波音公司名为“星际线”(Starliner)的CST-100宇宙飞船和SpaceX名为“龙二”(Crew Dragon,亦称为Dragon v2)的飞船看上去非常相似。与航天飞机不同的是,这两架飞船都是太空舱结构,置于火箭顶端发射,且最多可以搭载7人,尽管NASA的期望值仅为每次4人;公司可以把多出来的座位给其他人,用于商业飞行。

不过,它们之间的差异也不小。CST-100将搭载联合发射同盟(洛克希德马丁与波音的合资公司)的阿特拉斯5号运载火箭。自2002年推出以来,阿特拉斯5号已经连续成功执行了约60次飞行任务。

“它和现有的阿特拉斯5号运载火箭没有什么两样。”弗格森这样描述CST-100的运载火箭。不过也会有一些不同,比如上面级采用两个引擎,而不是一个;还增加了一个与太空舱中断飞行系统相连的系统,可以测出即时故障,在发生问题时逃离。

在返回地球时,CST-100会落在NASA太空舱从未尝试过的区域——陆地。之前的水星、双子座和阿波罗太空舱均落入海洋,而CST-100将靠制动火箭、减速伞和气囊在陆地上着陆。

该策略对于波音来说至关重要,因为这可以使CST-100飞船的重复利用次数达到10次。“我们觉得确实需要通过陆地降落来实现其重复使用。”波音CST-100计划经理约翰马尔霍兰(JohnMulholland)说。他还表示,落入海洋会带来一些问题,比如海水会进入太空舱腐蚀元件。

此外,陆地降落也便于我们用卡车和直升机更快地找到船员,就像俄罗斯在“联盟号”降落时所做的那样。

与波音太空舱不同的是,SpaceX的“龙二”将搭载该公司自行设计的火箭,即“猎鹰9号”,该火箭自2010年服役以来已经完成了近30次飞行任务。不过就在2016年9月,SpaceX的一架“飞龙号”(货运“龙二”)飞船发射失败,并且“猎鹰9号”在发射台发生了爆炸。

不过“飞龙号”本身在执行国际空间站货运任务方面并没有什么问题。此外,SpaceX从一开始就将“龙二”设计为人货两用。

“载人‘龙二’和货运‘飞龙号’之间比较大的一个差别在于我们增加了这些SuperDraco推进器。”SpaceX公司载人任务管理主管本杰明里德(BenjaminReed)说。那些装在太空舱旁边的推进器将作为飞船的紧急中断飞行系统。2015年5月,公司对该设备进行了测试,当时有一个“龙二”太空舱仅靠其SuperDraco推进器即与其在弗罗里达的发射台脱离,并在离岸飞行了一小段距离之后坠落。

不过,SpaceX对于这类推进器还有一些额外的计划。前期的“龙二”回航时会落在海洋里,就像目前货运“飞龙号”那样。据里德描述,海上降落不应该成为太空舱重复利用的障碍。“在减速伞着陆和水上回收方面,我们的团队拥有一些世界级专家。”他说。SpaceX计划在新的一年里实现对货运“飞龙号”的回收。

但最终,SpaceX还是计划利用“龙二”的SuperDraco推进器来实现减速伞降落后的平台动力着陆。里德表示,SpaceX将首先在之后的货运任务中展示“推进式着陆”能力。“我们打算先在货运任务上实现飞行和推进式着陆,这对于我们来说不是什么问题,之后再用于载人任务。”

两家公司的计划不太一样。波音希望能够广泛利用其合作伙伴的优势。它租下了肯尼迪航天中心用于航天飞机维修的一个飞机库,现在计划把它改为一个CST-100太空舱装配工厂。波音还特聘负责休斯敦标志性的任务控制中心的NASA任务运营总司来主管CST-100飞行事务。

而SpaceX则几乎全部都是自力更生,在制造太空舱和火箭之余,通过其在加利福尼亚州霍桑市的总部设施来负责其载人任务的管控,该设施目前正在执行货运“飞龙号”任务。

“我们构建的并不只是载人‘龙二’,”里德说,“而是整个系统,需要通过认证来确保人类飞行安全的系统。”

自2014年NASA与波音和SpaceX签订承包合同以来,这两家公司均一直忙于开发飞船。它们的开发工作包括减速伞和其他落地系统演示、SpaceX在2015年的紧急中断试验以及其他各类测试。

不过计划赶不上变化快。NASA原先希望能在2015年底实现商业载人飞行。然而,对该计划的质疑以及预算的缩紧迫使国会降低开销,该目标也只得推迟到2017年底了。

2016年9月,NASA的监察长办公室宣布计划可能会进一步推迟。现在的问题已经不再是资金(国会现在已全资支持该计划),而是技术了。

报告的结论为:“尽管承包商很乐观,但基于我们在审计过程中所收集到的信息,我们认为在2018年末之前,波音和SpaceX都不太可能实现飞向国际空间站的认证载人飞行。”

该报告发布时,波音的计划已经推迟了几个月之久,它的计划是在2018年初实现载人测试飞行。“我们将会在2018年中做好飞行服务的准备。”2016年9月中旬时弗格森这样说道。

一个月后,波音宣布其计划还要再推迟半年。原计划在2018年2月完成的载人测试飞行现在已经改期到2018年8月,且首次任务将在2018年12月执行。波音把责任归咎于CST-100太空舱导致的阿特拉斯5号空气动力载荷问题。

“我们在技术开发过程中遇到了很多阻碍。”2016年10月中旬,波音宣布延期计划后马尔霍兰这样表示。他还乐观地补充说自己相信公司能够按新的时间表如期完成。

SpaceX对于其时间安排则比较慎重。2016年7月,NASA官方计划显示,该公司计划在2017年5月实现“龙二”的无人测试飞行,2017年8月再进行载人测试。然而,此时间安排发布之后就发生了“猎鹰9号”发射台爆炸事件,使得很多任务不得不推迟,包括上述测试飞行。

2016年12月中旬,NASA宣布SpaceX已将其无人示范飞行推迟至2017年11月,首次载人飞行推迟至2018年5月。因此,今年是肯定不会有航天员上天了。

NASA也感到了压力。至少需要有一家公司能够在2018年底之前能够准备就绪,把航天员送入空间站,因为那时他们与俄罗斯火箭的飞行合约就要到期了。

NASA人类探索与行动副行政官威廉葛斯坦迈亚(William Gerstenmaier)说,和俄罗斯续期是不太可能的。“他们需要一个3年期的前导时间。”他说,意思是现在再为2019年初的任务购买联盟号座位已经太迟了。

波音和SpaceX能在2018年底做好飞行准备吗?“还是有希望的。”葛斯坦迈亚说。空间站的未来仰仗于这两家公司谁能够完成夺旗。太空飞行的商业化发展需要这两家公司以及其他公司共同参与竞争。


作者:Jeff Foust