最終的獲勝者將為NASA建造宇宙飛船并將其送入太空。
當克里斯?弗格森(Chris Fergu-son)在2011年7月下達最后一個航天飛機任務指令時,他和他的隊員把某個東西忘在了國際空間站里:30年前執行第一次航天飛機任務時飄揚的那面小小的美國國旗。“希望在美國下一次將宇航員送入太空并與空間站對接之前,它能維持住我們的榮譽地位。”弗格森在執行此次任務時與奧巴馬總統在通話中如是解釋道。●“我知道,這將會是商業太空飛行的‘奪旗時刻’。”奧巴馬回應道。●作為波音公司的載人與航空任務運營主管,弗格森也是推動該公司開發和運營宇宙飛船的負責人之一,力圖將NASA的航天員送入空間站——完成奪旗。波音和美國太空探索技術(SpaceX)兩家公司正在爭奪這一榮譽,都希望在NASA和俄羅斯的合同到期之前爭分奪秒地把宇宙飛船送入太空。
利害攸關的還不僅是時間。如果太空飛行能夠逃離政府的溫室成為真正的商業行為,那么公司之間的價格競爭最終或許會使成本大大降低。2017年可能會在這方面取得一些重要進展。
NASA的商業載人計劃可以追溯至10年前,當時NASA正著手幫助航天公司開發商業貨運飛船。NASA并沒有采取傳統的政府合同制做法——由其負責飛船的設計,僅將飛船的制造業務承包給承包商——而是選擇全部交由公司自己去做。NASA會提供資金和技術支持,之后購買的是貨運服務,而不是飛船本身。
NASA的這一做法即形成了商業軌道運輸服務(COTS)計劃,其中還包括一項接送航天員服務的選擇權。盡管SpaceX聲稱其COTS提案能夠實現該服務,但NASA卻并沒有選擇它,而是決定將注意力放在飛船退役之后亟需的貨運服務上。SpaceX和當初的軌道科學公司(現名為ATK公司)均已按照COTS計劃的要求開發出了飛船,用于將物資、試驗和其他設備運送至空間站并從空間站運回。
作為其人類太空飛行計劃大改組的一部分,NASA在2010年宣布它正利用與COTS計劃相同的方法來開發船員運輸系統,并給予幾家公司(包括波音和SpaceX)一系列獎勵,為其關鍵飛船技術的早期開發提供支持。
2014年9月,NASA公布了與波音和SpaceX簽署的最終系列合同,合同總價值為68億美元。除了完成飛船的制造之外,合同還要求每家公司進行兩次試飛,一次載人飛行,一次無人飛行,執行6次任務,每次任務將兩名人員送至空間站并帶回。這兩家公司一直都在向這個目標努力。
波音公司名為“星際線”(Starliner)的CST-100宇宙飛船和SpaceX名為“龍二”(Crew Dragon,亦稱為Dragon v2)的飛船看上去非常相似。與航天飛機不同的是,這兩架飛船都是太空艙結構,置于火箭頂端發射,且最多可以搭載7人,盡管NASA的期望值僅為每次4人;公司可以把多出來的座位給其他人,用于商業飛行。
不過,它們之間的差異也不小。CST-100將搭載聯合發射同盟(洛克希德?馬丁與波音的合資公司)的阿特拉斯5號運載火箭。自2002年推出以來,阿特拉斯5號已經連續成功執行了約60次飛行任務。
“它和現有的阿特拉斯5號運載火箭沒有什么兩樣。”弗格森這樣描述CST-100的運載火箭。不過也會有一些不同,比如上面級采用兩個引擎,而不是一個;還增加了一個與太空艙中斷飛行系統相連的系統,可以測出即時故障,在發生問題時逃離。
在返回地球時,CST-100會落在NASA太空艙從未嘗試過的區域——陸地。之前的水星、雙子座和阿波羅太空艙均落入海洋,而CST-100將靠制動火箭、減速傘和氣囊在陸地上著陸。
該策略對于波音來說至關重要,因為這可以使CST-100飛船的重復利用次數達到10次。“我們覺得確實需要通過陸地降落來實現其重復使用。”波音CST-100計劃經理約翰?馬爾霍蘭(JohnMulholland)說。他還表示,落入海洋會帶來一些問題,比如海水會進入太空艙腐蝕元件。
此外,陸地降落也便于我們用卡車和直升機更快地找到船員,就像俄羅斯在“聯盟號”降落時所做的那樣。
與波音太空艙不同的是,SpaceX的“龍二”將搭載該公司自行設計的火箭,即“獵鷹9號”,該火箭自2010年服役以來已經完成了近30次飛行任務。不過就在2016年9月,SpaceX的一架“飛龍號”(貨運“龍二”)飛船發射失敗,并且“獵鷹9號”在發射臺發生了爆炸。
不過“飛龍號”本身在執行國際空間站貨運任務方面并沒有什么問題。此外,SpaceX從一開始就將“龍二”設計為人貨兩用。
“載人‘龍二’和貨運‘飛龍號’之間比較大的一個差別在于我們增加了這些SuperDraco推進器。”SpaceX公司載人任務管理主管本杰明?里德(BenjaminReed)說。那些裝在太空艙旁邊的推進器將作為飛船的緊急中斷飛行系統。2015年5月,公司對該設備進行了測試,當時有一個“龍二”太空艙僅靠其SuperDraco推進器即與其在弗羅里達的發射臺脫離,并在離岸飛行了一小段距離之后墜落。
不過,SpaceX對于這類推進器還有一些額外的計劃。前期的“龍二”回航時會落在海洋里,就像目前貨運“飛龍號”那樣。據里德描述,海上降落不應該成為太空艙重復利用的障礙。“在減速傘著陸和水上回收方面,我們的團隊擁有一些世界級專家。”他說。SpaceX計劃在新的一年里實現對貨運“飛龍號”的回收。
但最終,SpaceX還是計劃利用“龍二”的SuperDraco推進器來實現減速傘降落后的平臺動力著陸。里德表示,SpaceX將首先在之后的貨運任務中展示“推進式著陸”能力。“我們打算先在貨運任務上實現飛行和推進式著陸,這對于我們來說不是什么問題,之后再用于載人任務。”
兩家公司的計劃不太一樣。波音希望能夠廣泛利用其合作伙伴的優勢。它租下了肯尼迪航天中心用于航天飛機維修的一個飛機庫,現在計劃把它改為一個CST-100太空艙裝配工廠。波音還特聘負責休斯敦標志性的任務控制中心的NASA任務運營總司來主管CST-100飛行事務。
而SpaceX則幾乎全部都是自力更生,在制造太空艙和火箭之余,通過其在加利福尼亞州霍桑市的總部設施來負責其載人任務的管控,該設施目前正在執行貨運“飛龍號”任務。
“我們構建的并不只是載人‘龍二’,”里德說,“而是整個系統,需要通過認證來確保人類飛行安全的系統。”
自2014年NASA與波音和SpaceX簽訂承包合同以來,這兩家公司均一直忙于開發飛船。它們的開發工作包括減速傘和其他落地系統演示、SpaceX在2015年的緊急中斷試驗以及其他各類測試。
不過計劃趕不上變化快。NASA原先希望能在2015年底實現商業載人飛行。然而,對該計劃的質疑以及預算的縮緊迫使國會降低開銷,該目標也只得推遲到2017年底了。
2016年9月,NASA的監察長辦公室宣布計劃可能會進一步推遲。現在的問題已經不再是資金(國會現在已全資支持該計劃),而是技術了。
報告的結論為:“盡管承包商很樂觀,但基于我們在審計過程中所收集到的信息,我們認為在2018年末之前,波音和SpaceX都不太可能實現飛向國際空間站的認證載人飛行。”
該報告發布時,波音的計劃已經推遲了幾個月之久,它的計劃是在2018年初實現載人測試飛行。“我們將會在2018年中做好飛行服務的準備。”2016年9月中旬時弗格森這樣說道。
一個月后,波音宣布其計劃還要再推遲半年。原計劃在2018年2月完成的載人測試飛行現在已經改期到2018年8月,且首次任務將在2018年12月執行。波音把責任歸咎于CST-100太空艙導致的阿特拉斯5號空氣動力載荷問題。
“我們在技術開發過程中遇到了很多阻礙。”2016年10月中旬,波音宣布延期計劃后馬爾霍蘭這樣表示。他還樂觀地補充說自己相信公司能夠按新的時間表如期完成。
SpaceX對于其時間安排則比較慎重。2016年7月,NASA官方計劃顯示,該公司計劃在2017年5月實現“龍二”的無人測試飛行,2017年8月再進行載人測試。然而,此時間安排發布之后就發生了“獵鷹9號”發射臺爆炸事件,使得很多任務不得不推遲,包括上述測試飛行。
2016年12月中旬,NASA宣布SpaceX已將其無人示范飛行推遲至2017年11月,首次載人飛行推遲至2018年5月。因此,今年是肯定不會有航天員上天了。
NASA也感到了壓力。至少需要有一家公司能夠在2018年底之前能夠準備就緒,把航天員送入空間站,因為那時他們與俄羅斯火箭的飛行合約就要到期了。
NASA人類探索與行動副行政官威廉?葛斯坦邁亞(William Gerstenmaier)說,和俄羅斯續期是不太可能的。“他們需要一個3年期的前導時間。”他說,意思是現在再為2019年初的任務購買聯盟號座位已經太遲了。
波音和SpaceX能在2018年底做好飛行準備嗎?“還是有希望的。”葛斯坦邁亞說。空間站的未來仰仗于這兩家公司誰能夠完成奪旗。太空飛行的商業化發展需要這兩家公司以及其他公司共同參與競爭。
作者:Jeff Foust