美国商业载人竞争白热化,SpaceX公司飞船竟后来居上

今年8月2日,美国航天局公布了商业载人航天未来的日程表,波音公司和SpaceX公司都将进行新飞船的首次发射,美国商业载人航天的竞争已经白热化,但也即将进入尾声。令人意外的是,SpaceX公司居然翻盘成功,美国新一代飞船首次发射的荣誉,将属于最晚启动研制的龙2飞船。

SpaceX公司闪耀的历史

SpaceX公司在过去十几年里创造了诸多奇迹:起初,业内外人士普遍认为他们只是玩票,大家不相信初创私人公司也能造出运载火箭,但猎鹰一号屡射屡败后,于2008年9月发射成功了,这增强了NASA对其的信心,12月即授予SpaceX价值16亿美元的空间站货运补给合同;接下来很多人认为私营公司只能小打小闹,结果猎鹰九号中型火箭2010年6月发射成功,宣告了商业航天公司也能进军主流发射市场;总有人打赌商业飞船不成,结果2010年12月龙飞船就发射上天,随后两次试验飞行合并为一次,2012年5月龙飞船交会并对接空间站,成为历史上第一个对接空间站的商业飞船。

洛克达因公司负责人曾称嘲笑马斯克说得多、做得少,自吹2011年发射14次,讽刺SpaceX同一年零发射,没想到几年后,SpaceX占据了商业市场半壁江山,而洛克达因已经被PW公司转手甩卖。

波音和SpaceX入围

为了响应政府最大限度地使用商业航天服务与能力的要求。NASA启动了商业乘员开发(CCDev)计划,2010年NASA向蓝色起源、波音、内华达山脉、联合发射联盟和Paragon等五家公司发布了总价值5000万美元的合同,开始商业载人飞船的技术预研,SpaceX公司并没有入选,但这只是因为他早已遥遥领先。

2011年4月,NASA发布第二阶段价值2.7亿美元的合同,蓝色起源、内华达山脉、SpaceX和波音入围,同年8月发布第三阶段也就是商业载人集成能力(CCiCap)的合同,美国商业载人飞船竞争开始最后的冲刺。三个方案中波音和SpaceX是传统的飞船方案,而内华达山脉是有翼的升力体布局。

如果说载人航天是航天事业的皇冠,那么载人飞船就是皇冠上的明珠。载人飞船要求极高的可靠性,以保证航天员天地往返的生命安全,它的研制生产和发射,对技术管理和组织提出了极高的要求。或许正因为如此,尽管在美国著名的航天网络论坛投票中,龙飞船和追梦者飞机最被看好,但波音公司的CST100飞船反而赢得大单。

2014年9月,美国航天局把商业载人飞船的合同授予SpaceX公司和波音公司,其中SpaceX公司得到了价值26亿美元的合同,而波音公司的合同高达42亿美元。按照计划,两种飞船将在2017年底实现首飞,让美国航天摆脱对俄罗斯联盟号载人飞船的依赖。

为何美国航天局给出的两份合同价值悬殊?很多评论认为,波音是经验丰富的老牌航天公司,虽然CST100飞船设计保守,但是胜在研制发挥稳定,而SpaceX公司的载人龙飞船相当激进,进度也未必能保证。美国航天局不能把鸡蛋装在一个篮子里,哪怕给波音的合同金额高得多也是值得的,但有趣的是,波音公司虽然文书工作娴熟,但工程上却连续出了不小的岔子,这简直是黑色幽默了。

你追我赶的竞争

2014年获得载人飞船合同后,两家公司展示了各自的飞船:波音公司是CST100飞船,而SpaceX是新的龙二代飞船。CST100飞船源自波音早期参加猎户座飞船竞争的败选方案,而龙2飞船则几乎是全新设计的飞船。

虽然马斯克吹牛说龙式货运飞船可以直接运人,但美国航天局可不敢冒这个风险,他们要求的人员损失指标是1/270,即270次飞行不损失超过1名宇航员。而俄国联盟号飞船的该项指标仅为1/110,可见美国要求之高。这个高安全性要求正是后来导致载人飞船项目推迟拖延的重要原因。

龙2飞船使用推式逃逸方式,还打算用这套系统返回时垂直,降落另外发射它的猎鹰九号火箭还曾出现发动机涡轮叶片裂纹的问题,而且猎鹰九号火箭先上人、再加注,而且是预冷推进剂的模式,安全性存在不小的问题,可以说整套载人飞船系统设计相当激进,这另美国航天局心存疑虑。相较而言,波音公司的设计就比较稳妥。2015年5月底,波音得到了首次空间站人员轮换合同订单,而直到当年11月底SpaceX才拿到同样的订单,但是最终谁先进行首次发射仍有待确认。

由于预算支持不足外加技术难度超过预期,两家公司的研制进度和飞行计划都不出意外地推迟了,特别是SpaceX推迟了半年多,但双方进度咬得很紧。2016年3月公布的主要里程碑中,SpaceX公司两次验证飞行安排在2017年5月和8月,波音公司则是6月和10月,SpaceX公司已经暂时领先了。

值得一提的是,2015年5月SpaceX公司就进行了发射台逃逸试验,而波音的试验却遥遥无期,2016年5月由于风洞测试发现飞船和火箭的连接器存在问题而需要进行重新设计测试,这导致波音公司的首次无人飞行推迟到2018年,比SpaceX公司晚了大半年。

不仅如此,两家公司各还有其他的烦恼:波音公司面临CST100飞船超重的问题,而SpaceX公司的龙2飞船准备进行海上回收要面对进水的困扰,这都将继续造成进度推迟。SpaceX公司曾经野心勃勃地要在2017年发射第一艘龙2飞船,但一方面飞船环境控制和生命保障系统迟迟不过关,飞船进度不如预期,另一方面肯尼迪中心的LC39A工位要安装乘员摆臂,但高风险的重型猎鹰发射前不可能安装摆臂。

美国航天局还要求猎鹰九号火箭积累足够的发射数量,这都造成了发射计划的推迟,最终飞船首次发射也推迟到2018年。由于两家公司的载人飞船迟迟无法投入使用,美国航天局不仅花高价买俄罗斯飞船船票,而且船票只买到2019年上半年,一旦两家公司研制进度继续超期,甚至可能出现2019年下半年无法送人上天的糟糕局面。

姜还是老的辣,波音发挥了老牌公司的雄厚实力,2018年后来居上在研制进度上超过了SpaceX公司,但两家公司首飞进度比原计划大幅推迟,未来是否仍将推迟不得而知,美国航天局不得不构思应急计划:他们想把波音公司CST100飞船的第二次飞行(第一次载人飞行),从半个月的测试任务改变为正常的3人6个月的飞行人员轮换任务。

天有不测风云,2018年CST100飞船终于开始进行发射台逃逸试验,却在试验中发生肼泄漏事故,导致飞船服务舱受到污染,首次无人飞行推迟半年直到2019年初才能进行,波音公司也在8月初承认了这个噩耗。万幸的是,这次事故看起来并非推式逃逸系统的设计问题,否则需要重新设计逃逸系统,耽误的时间就更多了。

尘埃落定SpaceX胜出

SpaceX公司的飞船很早就进行了发射台逃逸试验,而波音公司的飞船不仅试验时间远远落后,还出现意外导致飞行计划大幅度延期,紧赶慢赶超过SpaceX公司的进度,一下又化为乌有。

根据最新的发射飞行计划,SpaceX公司的龙2飞船将在今年11月进行首次无人飞行发射,明年4月进行首次载人飞船发射。相比之下,波音公司首次无人飞行推迟到2019年初,载人至少要到2019年年中。更重要的是,龙2飞船的测试工作也明显领先:第一艘飞船将在今年9月底做好发射准备,第二艘飞船将在2019年1月做好发射准备,而波音的飞船尚未完成测试,发射飞行时间落后已成定局。

美国航天局曾和波音商量将载人测试飞行转为人员轮换飞行,SpaceX公司同样对此兴趣浓厚,当年龙飞船货运测试就曾将两次飞行合二为一,现在NASA已经宣布龙2飞船首次无人飞行顺利的话,接下来的首次载人就将是半年的人员轮换飞行。龙2飞船是美国新一代飞船中最晚出现的型号,但它却在研制和发射中走到了最前面,成为航天飞机的第一个接班人!

卫网君很早之前收藏的,国外网友绘制的航天飞机与龙飞船“交班”漫画。一语中的!

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