不造飞船的NASA怎么搞大新闻

NASA一直依赖与私营太空企业的合作,至今没有独立建造过一艘宇宙飞船或火箭。但正是商业合作,改变了美国航空业的发展格局。

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MapleRecall 作者:于方

11月10日美国国会通过《美国商业太空发射竞争法案》(The U.S. Commercial Space Launch Competitiveness Act),25日奥巴马签字同意,法案正式生效。法案规定,未来8年将陆续给国内商业航天公司派发执照,允许私营航天企业进入外太空探索,以便促进商业航天发展、开发新能源,空间矿工对自己带回来的矿物质将保留所有权和使用权。

在《美国商业太空发射竞争法案》中,提出了很多“重商”措施,例如增加了保护私人太空公司“免受有害干扰”的原则,保护他们的探测行动免于美国政府、其他国家或其他竞争对手的监控或恶性干扰等。商业航天公司一直是美国航空探索历史中不可缺席的角色。

模拟机器人进行小行星采矿的构想/Wikipedia

美国太空探索起步于美苏冷战期间的装备竞赛。1961年苏联先把宇航员送上了地球轨道后,不甘落后的肯尼迪在1962年发表了登月计划演讲,NASA开始享受联邦政府优先拨款。到1965年,NASA预算占到联邦政府全部预算的4%,占非国防机动开支的19%。仅用了7年时间,就把宇航员阿姆斯特朗和奥尔德林送上了月球。

冷战期间的NASA是个金矿,而非制造工厂。

从冷战开始NASA的设备就一直依赖于私营太空企业的匿名合作,至今没有独立建造过一艘宇宙飞船或火箭,从50年前把John Glenn送入地球轨道的水星飞船,到刚刚意外结束使命的“Falcon 9(猎鹰9号)”

赫赫有名的“Apollo(阿波罗)”载人登月计划,其中主要设备的制造者也是商业公司。North American Aviation(北美航空公司)负责指令舱和服务舱的合同,负责将宇航员送到月球轨道而后再接回地球;从月球轨道到月球这一段路需要的登月艇,则由Grumman Aerospace Corporation(格鲁门航空太空公司)负责设计和建造;“阿波罗计划”后期使用的4轮“月球漫游车”则从1969年开始由波音公司研制,研发费用共计3800万美元。

在冷战结束之前,与NASA的合作中,商业合作公司仅仅是NASA的大型外包工厂,仅有承包其设备设计和组装的资格。与苏联的太空竞赛胜利完结后,NASA的预算经费一落千丈,不得不与其他政府部门一样,一同竞争联邦政府的有限经费。1977年至2012年,NASA平均预算经费仅占非国防机动开支的5%。

NASA局长查尔斯·博尔登解释,在美国财政预算拮据以至于几十年来发展太空技术的资金严重不足的时候,需要让私人机构充分参与进来。

在经费严重不足、研发持续低迷的状况下,NASA不得不考虑改革,在1994年推出了 “Technology Transfer Program(技术转移计划)”,并慷慨地拿出了每年预算的20%用来支持商业合作伙伴协助研发新技术,其中包括可重复使用的航天器方案,降低进入太空的成本,同时开创了一个新市场:太空商业。

在“技术转移计划中”,NASA重点扶持了两家老牌航天公司,波音公司和 Lockheed Martin Space Systems(洛·马公司),两家都是NASA的长期外包单位,拥有50多年的航天发射经验和实力。两家航天公司主要设计了两种用途类似但结构不同的的进化型一次性运载火箭(EELV),波音公司的Delta和洛马的Atlas。EELV从基础建设到火箭制造生产线都是按每周发射的思路设计的,冷战后其实已不需要那么高频的发射量。前期巨额投资无法回收,发射成本暴涨,到05年两家公司成立United Launch Alliance(ULA,联合发射联盟),彻底垄断了美国政府的发射业务后,联合涨价,让NASA头疼不已。

直到21世纪初,一批试图改变游戏规则的公司出现,并以“物美价廉”的设计方案,打破了NASA与ULA的垄断合作。

游戏规则的改变者包括Space Exploration Technologies(SpaceX,空间探索科技公司)、Orbital Sciences Corporation(Orbital,轨道科学公司)等。

SpaceX公司在进行整流罩分离测试/SpaceX.com

Elon Musk在成立SpaceX之初,就野心勃勃地宣称将会建造出一款全新运载火箭,足以挑战ULA得意之作Delta和Atlas的运载能力。06年至09年,SpaceX设计组装的第一个火箭被命名为“Falcon 1(猎鹰1号)”。当发射一艘550磅重的运载火箭进入太空的成本起价为3000万美元,Musk承诺“Falcon1(猎鹰1号)”的有效运载负荷将达到1400磅,而成本仅为690万美元,全世界没有任何一个国家或企业可以和它的价格竞争,正式叫板ULA。而ULA发射一次地球静止轨道(GEO)的要价是4.5亿美美元,同样SpaceX使用猎鹰发射一次地球静止轨道(GEO)的价格是5000多万美元,对本身经费紧张的NASA来说更愿意跟SpaceX这样性价比更高的商业公司合作。

2011年SpaceX和Orbital也成功争取到NASA的“商业轨道运输服务项目”,分别签署了16亿美元和19亿美元的转运合同。这两个航天发射市场“新贵”也由此声名大噪。在过去15年,美国商业太空业已经成为前景最好的高利润行业之一。

除了抢占NASA高额订单外,后起的商业公司重心更置于以回收火箭降低进入太空的成本。另一位电商创始人亚马逊Jeff Bezos投资的商业航天公司Blue Origin在11月26日发布消息称,成功发射并回收了一枚飞至太空边远的火箭,并且关键在于回收的降落点与发射点偏差仅有1.3米。SpaceX也在经历了猎鹰9号的多次回收尝试后,ULA也坐不住了,在加紧开发低成本、可回收的“Atlas 5(大力神5号)”火箭。

鼓励私营企业自由进驻航天探索,不仅让美国在太空探索领域以较低成本领先世界,也让参与到航天计划中的商业企业凭借技术优势成长为行业领袖,形成了国家太空探索与商业公司共赢的良性循环。

贝索斯公司研发的火箭成功飞回/ Blue Origin

参考资料

Young, Anthony (2015).”The Twenty-First Century Commercial Space Imperative”, Springer.

Chaplain, Cristina (2010). NASA: Commercial Partners are Making Progress, But Face Aggressive Schedules to Demonstrate Critical Space Station Cargo Transport Capabilities, DIANE Publishing.

National Aeronautics and Space Administration, Lyndon B. Johnson Space Center Staff, (2014). Commercial Orbital Transportation Services: A New Era in Spaceflight, Government Printing Office.

U.S. House of Representatives, Commercial Launch Vehicles, DIANE Publishing.

题图:阿姆斯特朗登月 /NASA .

登月计划演讲
美国总统约翰肯尼迪1962年12月12日在德克萨斯休斯顿莱斯体育场发表的“We choose to go to the moon(我们选择登陆月球)”主题演讲。
肯尼迪的目标要求扩大NASA的空间任务组扩展为载人飞船中心,得克萨斯州休斯顿被选为建造地址,1961年莱斯大学作为中介,说服了Humble石油公司捐赠土地。美国总统约翰肯尼迪1962年12月12日在德克萨斯休斯顿莱斯体育场发表了关于“莱斯大学对国家航天事业的贡献”的主题演讲,又名“We choose to go to the moon(我们选择登陆月球)”,阐述了他的太空计划。
“猎鹰9号”
由美国SpaceX公司研制的服务于NASA商业轨道运输项目的火箭。
由美国SpaceX公司研制。2012年5月22日,“Dragon(龙号)”飞船搭载该型火箭发射升空,作为第一架飞往“国际空间站”的商业运输飞船。此后,“猎鹰9号”将作为美国航空航天局商业轨道运输服务平台正式开始其太空之旅,取代航天飞机向“国际空间站”运送货物和人员。2013年12月3日,美国太空探索技术公司SpaceX成功向发射通信卫星,成为美国第一家进入商业卫星发射领域的民营企业。
“商业轨道运输项目”
Commercial Orbital Transportation Services,NASA的一项商业运输计划。
COTS项目是NASA的一项商业运输计划,旨在向国际空间站和近地轨道提供安全可靠成本低的运输服务。在COTS项目中,NASA的商业合作伙伴SpaceX公司和轨道科学公司开发的火箭和飞船,大大提高了NASA在国际空间站开展科学实验的能力。SpaceX 公司2006年入选NASA合作伙伴,开发了“龙”飞船和“猎鹰”9火箭。2012年,SpaceX 公司根据COTS项目的要求完成向国际空间站的验证性飞行,这是2011年航天飞机退役后美国首次具备向国际空间站往返货物的能力。
  • 1958年
    “Project Mercury(水星计划)”获得批准,北美航空公司被授权开发“Little Joe 1(小乔伊1号)”火箭做测试飞行之用。
  • 1959年1月
    McDonnell-Douglas Corporation(麦道飞机公司)被选为制造“水星”飞船的主承包商。
  • 1969年
    波音公司开始研制“阿波罗计划”后期使用的4轮“月球漫游车”则从由,研发费用共计3800万美元。
  • 1987年
    NASA宣布波音公司、GE(通用电气公司)、McDonnell-Douglas Corporation(麦道飞机公司)和Rocket dyne Propulsion & Power(洛克迪恩推进与动力分公司)获得了参与建造空间站的订单,也就是国际空间站的前身“自由空间站”计划。
  • 2003年2月1日
    Columbia号在准备穿过地球大气层,折返回肯尼迪航天中心时,航天飞机的左翼前端在上升过程中受损,再次试图进入大气层时,发生爆炸,整个项目团队亏损严重。
  • 2004年
    美国总统布什宣布将采用新的运载火箭、宇宙飞船后,与商业航天公司正式建立公私伙伴关系(Public-Private Partnership),共担风险、共享收益,以实现计划任务。
  • 2004年
    奥巴马政府宣布“21世纪太空计划”,不再仅仅局限于“登陆月球”的唯一目标,在未来五年增加60亿航空预算,探索方向转向其他小行星和新能源,以及最终实现“登录火星”的计划。
  • 2015年11月10日
    美国国会通过《美国商业太空发射竞争法案》,允许私营航天企业进入外太空合法探索小行星,寻找新能源。
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