張蕊 （北京空間科技信息研究所）

?

美國(guó)載人航天商業(yè)化研究（中）

張蕊 （北京空間科技信息研究所）

隨著近地軌道實(shí)現(xiàn)大規(guī)模設(shè)施的建造部署，人類長(zhǎng)期駐留等技術(shù)的日臻成熟，以及可重復(fù)使用技術(shù)的快速發(fā)展，商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化逐步具備條件，太空旅游、近地軌道商業(yè)運(yùn)輸和空間應(yīng)用成為未來發(fā)展熱點(diǎn)。以美國(guó)為主的航天國(guó)家積極推進(jìn)載人航天商業(yè)化，近地軌道載人航天私營(yíng)機(jī)構(gòu)能力建設(shè)已初見成效，太空探索技術(shù)公司、軌道科學(xué)公司（現(xiàn)更名為軌道-阿連特技術(shù)系統(tǒng)公司，簡(jiǎn)稱軌道-ATK公司）實(shí)現(xiàn)近地軌道貨物運(yùn)輸常態(tài)化；波音公司、太空探索技術(shù)公司有望于2017年實(shí)現(xiàn)近地軌道商業(yè)乘員運(yùn)輸；XCOR宇航公司、維珍銀河公司等多家商業(yè)公司即將提供太空旅游產(chǎn)品和服務(wù)。此外，美國(guó)提出商業(yè)空間站計(jì)劃，并積極拓展月球以遠(yuǎn)的商業(yè)探索模式。載人航天領(lǐng)域的商業(yè)化是隨著美國(guó)商業(yè)航天市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大、體系不斷完善衍生出來的，也是美國(guó)載人航天降低成本、鼓勵(lì)創(chuàng)新、提升競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)重要途徑。

俄羅斯聯(lián)盟 TMA-15M與“國(guó)際空間站”對(duì)接

2　美國(guó)主要商業(yè)載人航天項(xiàng)目

在載人航天領(lǐng)域，隨著近地軌道技術(shù)日臻成熟，美國(guó)在2004年“太空探索新構(gòu)想”中，將未來的目標(biāo)定位于任務(wù)更復(fù)雜、成本更高的載人深空探索。另一方面，航天飛機(jī)退役后，美國(guó)只能依賴俄羅斯的“聯(lián)盟”（Soyuz）飛船執(zhí)行任務(wù)，這筆費(fèi)用十分昂貴并逐年增加，而且長(zhǎng)期依賴俄羅斯的飛船也會(huì)削弱美國(guó)對(duì)“國(guó)際空間站”的主導(dǎo)權(quán)。針對(duì)當(dāng)時(shí)的情況，美國(guó)航空航天局（NASA）認(rèn)為，商業(yè)公司比政府機(jī)構(gòu)更能有效地承擔(dān)得起開發(fā)和運(yùn)營(yíng)近地軌道項(xiàng)目，而NASA可以將主要資金用來實(shí)現(xiàn)“太空探索新構(gòu)想”的目標(biāo)。為此，NASA于2005年成立了商業(yè)乘員與貨物項(xiàng)目辦公室（C3PO），購(gòu)買由商業(yè)公司提供的新型、低成本空間站乘員和貨物運(yùn)輸服務(wù)，2006年啟動(dòng)了“商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)”（COTS）計(jì)劃，并在2009年啟動(dòng)了“商業(yè)乘員開發(fā)”（CCDev）計(jì)劃。由于資金不足，2010年2月，NASA在2011財(cái)年預(yù)算申請(qǐng)中取消了“星座”計(jì)劃，支持商業(yè)運(yùn)輸系統(tǒng)執(zhí)行空間站任務(wù)，發(fā)展商業(yè)乘員運(yùn)輸系統(tǒng)，并最終在《2010 NASA授權(quán)法案》中以法律形式肯定了商業(yè)乘員計(jì)劃，明確NASA將繼續(xù)執(zhí)行商業(yè)乘員計(jì)劃，商業(yè)運(yùn)輸系統(tǒng)繼續(xù)穩(wěn)步向前發(fā)展。

近地軌道商業(yè)運(yùn)輸項(xiàng)目

（1）項(xiàng)目情況及進(jìn)展

在近地軌道，美國(guó)正在開展商業(yè)貨物和乘員運(yùn)輸項(xiàng)目，由商業(yè)公司完成“國(guó)際空間站”的貨物和乘員運(yùn)輸。商業(yè)乘員和貨物運(yùn)輸項(xiàng)目包括“商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)”計(jì)劃、“商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)”（CRS）和“商業(yè)乘員開發(fā)”計(jì)劃，均由NASA的商業(yè)乘員和貨物項(xiàng)目辦公室負(fù)責(zé)管理?！吧虡I(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)”計(jì)劃為貨物運(yùn)輸計(jì)劃，向空間站提供貨物補(bǔ)給；“商業(yè)乘員開發(fā)”計(jì)劃已于2009年啟動(dòng)，是乘員運(yùn)輸計(jì)劃。

1）商業(yè)軌道貨物運(yùn)輸服務(wù)。該計(jì)劃的目標(biāo)是鼓勵(lì)發(fā)展商業(yè)運(yùn)輸服務(wù)和相關(guān)市場(chǎng)。NASA作為用戶之一，在市場(chǎng)上購(gòu)買運(yùn)輸服務(wù)，其直接目標(biāo)是為空間站尋求備選貨物運(yùn)輸方案。該計(jì)劃的最大特點(diǎn)是由NASA選定的商業(yè)公司研制航天器和運(yùn)載火箭，并承擔(dān)主要的研制資金，航天器和運(yùn)載火箭屬于商業(yè)公司，NASA直接采購(gòu)商業(yè)公司提供的運(yùn)輸服務(wù)。

商業(yè)軌道貨物運(yùn)輸計(jì)劃包括2個(gè)階段：

第一階段為“商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)”（2006-2013年），推動(dòng)私營(yíng)公司開發(fā)和驗(yàn)證往返近地軌道的各種航天運(yùn)輸能力。在該階段，NASA提供8.89億美元的資金和技術(shù)支持，通過“空間行動(dòng)協(xié)議”（SAA）與航天公司定下承諾，以資金資助和非資金資助形式推動(dòng)商業(yè)航天運(yùn)輸市場(chǎng)的發(fā)展。NASA允許有資金資助的商業(yè)合作伙伴后續(xù)可以執(zhí)行空間站驗(yàn)證飛行，這些商業(yè)公司只有在完成了開發(fā)中的一系列重大事件并獲得NASA授權(quán)后，才能繼續(xù)開展商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)。而非資金資助的商業(yè)合作伙伴不能開展空間站驗(yàn)證飛行，但可以利用軌道試驗(yàn)平臺(tái)模擬空間站及其接口。在“商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)”計(jì)劃下，太空探索技術(shù)公司開發(fā)了“龍”（Dragon）飛船與獵鷹-9（Falcon-9）火箭，軌道科學(xué)公司開發(fā)了“天鵝座”（Cygnus）飛船與中型“安塔瑞斯”（Antares）火箭。2013年，隨著“天鵝座”飛船成功完成空間站驗(yàn)證任務(wù)后，“商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)”計(jì)劃圓滿結(jié)束。

第二階段是向商業(yè)公司競(jìng)爭(zhēng)采購(gòu)用于空間站后勤支持的軌道運(yùn)輸服務(wù)，開展空間站“商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)”，向空間站運(yùn)輸貨物。2008年12月，NASA最終把合同授予太空探索技術(shù)公司和軌道科學(xué)公司。合同規(guī)定，太空探索技術(shù)公司和軌道科學(xué)公司將在2015年前分別完成12次和8次飛行任務(wù)。

2）“商業(yè)乘員開發(fā)”計(jì)劃。2009年NASA啟動(dòng)該計(jì)劃，目的是支持未來空間站的乘員運(yùn)輸。

第一輪“商業(yè)乘員開發(fā)”計(jì)劃于2010年2月啟動(dòng)，目的是完成系統(tǒng)概念、關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)。NASA通過“空間行動(dòng)協(xié)議”授予5家公司共5000萬美元，其中：藍(lán)色起源公司負(fù)責(zé)開發(fā)新型推力器發(fā)射逃逸系統(tǒng)和復(fù)合材料壓力容器；波音公司負(fù)責(zé)開發(fā)乘員空間運(yùn)輸-100（CST-100）飛船［2015年9月更名為“星際客車”（Starliner）］；帕拉根太空研發(fā)公司負(fù)責(zé)開發(fā)環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)（ECLSS）；內(nèi)達(dá)華山脈公司負(fù)責(zé)開發(fā)“追夢(mèng)者”（Dream Chaser）太空飛機(jī)；聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司負(fù)責(zé)為“改進(jìn)型一次性運(yùn)載火箭”（EELV）的載人發(fā)射系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)急檢測(cè)系統(tǒng)。

第二輪“商業(yè)乘員開發(fā)”計(jì)劃于2010年10月啟動(dòng)，主要開展航天器和運(yùn)載火箭的設(shè)計(jì)和成熟度研究，加速商業(yè)“乘員運(yùn)輸系統(tǒng)”（CTS）技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。NASA向波音公司、內(nèi)華達(dá)山脈公司、太空探索技術(shù)公司和藍(lán)色起源公司授出3.162億美元的合同，其中，波音公司繼續(xù)研制“星際客車”、內(nèi)華達(dá)山脈公司研制“追夢(mèng)者”太空飛機(jī)。此外，在“商業(yè)乘員開發(fā)”計(jì)劃中，非資金資助的公司還有阿連特技術(shù)系統(tǒng)公司、聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司和?？怂箍ɡぐ栺R公司，其中阿連特技術(shù)系統(tǒng)公司負(fù)責(zé)開發(fā)“自由”（Liberty）乘員運(yùn)輸系統(tǒng)。

波音公司的“星際客車”準(zhǔn)備與充氣式太空旅館對(duì)接示意圖

第三輪“商業(yè)乘員開發(fā)”計(jì)劃于2012年2月啟動(dòng)，也稱為“商業(yè)乘員綜合能力”（CCiCap）計(jì)劃，完成商業(yè)“乘員運(yùn)輸系統(tǒng)”的綜合設(shè)計(jì)，包括航天器、運(yùn)載火箭、地面運(yùn)營(yíng)和任務(wù)控制，幫助NASA和美國(guó)實(shí)現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地載人進(jìn)入太空的方案。NASA在2012年8月向太空探索技術(shù)公司、波音公司和內(nèi)華達(dá)山脈公司授出合同，用于繼續(xù)研制和測(cè)試。

2013年11月，NASA發(fā)布“商業(yè)乘員運(yùn)輸能力”（CCtCap）新合同的最終需求建議書，旨在確保商業(yè)公司建造的“乘員運(yùn)輸系統(tǒng)”滿足NASA關(guān)于運(yùn)送航天員的安全性要求?！吧虡I(yè)乘員運(yùn)輸能力”是商業(yè)建造、運(yùn)行一體化乘員運(yùn)輸系統(tǒng)的2個(gè)階段認(rèn)證計(jì)劃中的第二階段；其前一階段為“認(rèn)證產(chǎn)品合同”（CPC），于2012年12月授予波音公司、內(nèi)華達(dá)山脈公司和太空探索技術(shù)公司。認(rèn)證計(jì)劃將評(píng)估空間運(yùn)輸系統(tǒng)生產(chǎn)和測(cè)試的全過程，包括火箭、航天器和地面運(yùn)行。這3家公司據(jù)此制定了認(rèn)證計(jì)劃和數(shù)據(jù)集，以證明各自系統(tǒng)符合安全性和任務(wù)要求。

最終，“商業(yè)乘員運(yùn)輸能力”合同于2014年9月塵埃落定。NASA最終授出價(jià)值68億美元的“商業(yè)乘員運(yùn)輸能力”合同，由太空探索技術(shù)公司（獲得26億美元）和波音公司（獲得42億美元）共同為其執(zhí)行空間站載人運(yùn)輸任務(wù)。依照“商業(yè)乘員運(yùn)輸能力”合同，波音公司和太空探索技術(shù)公司被要求通過嚴(yán)格的認(rèn)證過程，各包括5個(gè)認(rèn)證里程碑：①認(rèn)證基線評(píng)審；②設(shè)計(jì)認(rèn)證評(píng)審；③試飛就緒評(píng)審；④運(yùn)行就緒評(píng)審；⑤認(rèn)證評(píng)審。每家公司都將根據(jù)實(shí)現(xiàn)認(rèn)證里程碑和其他關(guān)鍵里程碑的情況獲得資金支付。原計(jì)劃首次載人飛行任務(wù)于2017年進(jìn)行，但目前面臨推遲。

3）投資情況。太空探索技術(shù)公司和軌道科學(xué)公司近地軌道運(yùn)輸系統(tǒng)的開發(fā)僅獲得NASA“商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)”計(jì)劃下7.88億美元的投資（其中5億美元為初始投資，2.88億美元為2011財(cái)年追加的投資）。商業(yè)乘員與貨物項(xiàng)目辦公室利用其有限的預(yù)算實(shí)現(xiàn)目標(biāo)最大化，將超過93%的資金支付給合作伙伴的里程碑事件，其余資金用于項(xiàng)目管理、技術(shù)支持和日常開支。

在“商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)”計(jì)劃結(jié)束時(shí)，NASA為商業(yè)運(yùn)輸系統(tǒng)開發(fā)與驗(yàn)證提供的資金不到總資金的50%，其中政府給軌道科學(xué)公司的資金投入除了“商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)”計(jì)劃外，還包括發(fā)射和地面設(shè)施。

美國(guó)空軍成本模型（NAFCOM）基于NASA環(huán)境和文化，從低至4.43億美元到高至40億美元，對(duì)研制獵鷹-9火箭的成本進(jìn)行了評(píng)估。然而，最終用于開發(fā)、驗(yàn)證火箭的成本僅為4億美元，不到計(jì)劃的10%。這樣，NASA能夠獲得大大低于航天飛機(jī)成本的貨運(yùn)服務(wù)。

（2）主要商業(yè)運(yùn)輸系統(tǒng)概況

1）太空探索技術(shù)公司的“龍”飛船?！褒垺憋w船可執(zhí)行空間站的貨物和人員運(yùn)輸任務(wù)，航天飛機(jī)退役后，“龍”飛船成為世界上唯一能夠從空間站向地面運(yùn)回貨物的航天器。“龍”飛船的最大特點(diǎn)是可重復(fù)使用，其所有結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)均設(shè)計(jì)為能夠支持乘員運(yùn)輸，任務(wù)持續(xù)時(shí)間為1周～2年，滿足NASA所有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。飛船分為載人型和載貨型2種構(gòu)型。截至2016年 4月底，“龍”飛船已成功完成7次空間站補(bǔ)給服務(wù)任務(wù)。不過2015年6月28日，“龍”飛船執(zhí)行第7次貨運(yùn)補(bǔ)給任務(wù)時(shí)失敗，火箭發(fā)射爆炸，此次事故是獵鷹-9火箭投入使用以來的首次發(fā)射失敗。而在2016 年4月9日，“龍”飛船執(zhí)行第8次空間站貨運(yùn)補(bǔ)給任務(wù)獲得成功，并首次在海上平臺(tái)回收了火箭第一級(jí)。

準(zhǔn)備與“國(guó)際空間站”對(duì)接的太空探索技術(shù)公司載人型“龍”飛船示意圖

第二代“龍”（Dragon）飛船，即載人型“龍”（Dragon V2）飛船仍使用獵鷹-9火箭發(fā)射，最多可搭載7名乘員或可人、貨混裝，可著陸于地球上任意地點(diǎn)，有望于2017年前實(shí)現(xiàn)載人飛行?！褒垺憋w船的載人型號(hào)最初被稱為“馭龍者”（DragonRider），設(shè)計(jì)承載7人乘組或可人、貨混裝；具有完全自主執(zhí)行交會(huì)、對(duì)接的能力，并有手動(dòng)備份；采用NASA對(duì)接系統(tǒng)（NDS）與空間站對(duì)接。在2010年最早公開發(fā)布的設(shè)計(jì)方案中，太空探索技術(shù)公司已計(jì)劃采用集成推進(jìn)式發(fā)射逃逸系統(tǒng)，聲稱與大多數(shù)載人航天器采用的牽引可拆式逃逸塔相比有諸多優(yōu)勢(shì)，包括允許乘員在入軌的全過程中逃逸，逃逸系統(tǒng)可重復(fù)使用，由級(jí)間分離次數(shù)減少帶來的乘員安全性提升，以及返回時(shí)在著陸階段可用作精確著陸發(fā)動(dòng)機(jī)等。保留一套緊急降落傘作為水面著陸的冗余備份系統(tǒng)。

2）軌道科學(xué)公司的“天鵝座”飛船。其標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)型長(zhǎng)3.66m，直徑3.07m，質(zhì)量1500kg，加壓容積18.9m3，載貨質(zhì)量2000kg（滿載）。返回時(shí)可裝載1200kg廢物和空間站上不再需要的物品。截至2016 年4月底，“天鵝座”飛船已發(fā)射5次，用于執(zhí)行空間站補(bǔ)給服務(wù)任務(wù)，但其中失敗1次，即2014年10月28日，“天鵝座”飛船在執(zhí)行第3次空間站商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)任務(wù)時(shí)，遭遇火箭發(fā)射爆炸，飛船損毀，這是商業(yè)公司執(zhí)行空間站任務(wù)時(shí)首遭失敗重創(chuàng)。

3）波音公司的“星際客車”。它是波音公司為參與NASA的“商業(yè)乘員研究計(jì)劃”提出的航天器設(shè)計(jì)，概念研究開始于2010年，主要任務(wù)是為空間站和將來可能的商業(yè)空間站運(yùn)送乘員?！靶请H客車”由乘員艙和服務(wù)艙組成，外形類似于“獵戶座”（Orion）飛船。艙體直徑4.56m，略大于“阿波羅”（Apollo）指令艙，略小于“獵戶座”飛船。乘員艙采用與“阿波羅”飛船一致的鈍錐外形，乘組人數(shù)為7人，計(jì)劃2017年實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)。

4）內(nèi)華達(dá)山脈公司的“追夢(mèng)者”太空飛機(jī)。2014 年9月，NASA授予波音公司和太空探索技術(shù)公司空間站乘員運(yùn)輸任務(wù)合同，內(nèi)華達(dá)山脈公司落選。在NASA沒有將乘員運(yùn)輸最終合同授出之前，內(nèi)華達(dá)山脈公司已開始建造其第一架“追夢(mèng)者”，計(jì)劃于2016年底由宇宙神-5（Atlas-5）火箭發(fā)射進(jìn)行首次軌道飛行試驗(yàn)，目前仍在繼續(xù)研制?！白穳?mèng)者”是重復(fù)使用的帶翼太空飛機(jī)，繼承了航天飛機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)為可搭載2～7名乘員往返空間站，不載人時(shí)可運(yùn)送1000kg貨物到達(dá)空間站。2016年1月，內(nèi)華達(dá)山脈公司中標(biāo)NASA第二輪“商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)”合同，將在2019-2024年為空間站提供貨物補(bǔ)給?！白穳?mèng)者”將隨火箭垂直發(fā)射，以水平方式著陸。當(dāng)任務(wù)終止命令發(fā)出時(shí)，具備6h內(nèi)返回地球的能力。它擁有發(fā)射逃逸系統(tǒng)，并可根據(jù)需要自主飛行。其反作用控制系統(tǒng)推力器采用乙醇作為燃料，此種燃料不易爆炸，在“追夢(mèng)者”著陸后可立即對(duì)其控制，這點(diǎn)不同于航天飛機(jī)。

商業(yè)空間站計(jì)劃

目前，美國(guó)已有商業(yè)公司即將涉足空間站領(lǐng)域。

2013年1月，NASA宣布已經(jīng)和比格羅航天公司簽訂一份1780萬美元的合同，為空間站建造一個(gè)充氣式太空艙。該艙段已于2016年4月8日由“龍”飛船發(fā)射，抵站后由加拿大機(jī)械臂-2（Canadarm-2）安裝在寧?kù)o號(hào)節(jié)點(diǎn)艙（Tranquility Node）的尾向?qū)涌谏希猿浞謾z驗(yàn)“比格羅充氣式試驗(yàn)艙”（BEAM）技術(shù)。比格羅航天公司是一家為近地軌道建造廉價(jià)商業(yè)太空居住艙的企業(yè)，公司已經(jīng)發(fā)射2個(gè)艙段原型，此外他們還希望將其中一個(gè)艙段送至空間站。該公司計(jì)劃建立可獨(dú)立運(yùn)行的商業(yè)太空旅館，它采用多個(gè)BA330艙段對(duì)接而成，每個(gè)艙段可提供330m3的居住空間。

比格羅航天公司志在建造全由充氣式艙段組成的商業(yè)太空居住艙，可用作院校研究人員、太空旅客和其他非航天國(guó)家航天員的根據(jù)地。波音公司已與其建立合作伙伴關(guān)系，波音公司管理者曾表示過“星際客車”可支持比格羅航天公司的計(jì)劃。

比格羅航天公司的“比格羅充氣式太空艙”在軌飛行示意圖

商業(yè)月球計(jì)劃

（1）NASA計(jì)劃與商業(yè)公司合作開展“月球催化劑”計(jì)劃

當(dāng)前，商業(yè)月球貨物運(yùn)輸成為一個(gè)潛在的新興領(lǐng)域，可為公眾和私人用戶以及科學(xué)和探索任務(wù)提供服務(wù)，空間運(yùn)輸系統(tǒng)上的私人投資正在日益增加。

2014年1月，NASA宣布將開展“月球貨物運(yùn)輸與軟著陸方式降落”（Lunar CATALYST）計(jì)劃，也稱為“月球催化劑”計(jì)劃，目的是尋求商業(yè)合作伙伴共同發(fā)展可靠性高、成本效益好的商業(yè)化機(jī)器人月球著陸器，利用商業(yè)發(fā)射能力將小型（30～100kg）和中型（250～500kg）有效載荷運(yùn)送至月球表面。該計(jì)劃由NASA載人探索和運(yùn)營(yíng)任務(wù)部的先進(jìn)探索系統(tǒng)部管理。NASA選定的商業(yè)伙伴將驗(yàn)證開發(fā)具有商業(yè)可行性的月球表面貨物運(yùn)輸能力的可能性，商業(yè)公司將利用切實(shí)可行的方式實(shí)現(xiàn)月球著陸器開發(fā)能力，并利用現(xiàn)實(shí)的財(cái)政策略支持能力的開發(fā)、驗(yàn)證和最終的商業(yè)應(yīng)用。這種開發(fā)方式能夠支撐月球上的商業(yè)活動(dòng)，如NASA感興趣的新的科學(xué)和探索任務(wù)。NASA計(jì)劃將“月球催化劑”計(jì)劃應(yīng)用在下一步月球探測(cè)任務(wù)中。這些機(jī)器人著陸月面后，不但要分析月表數(shù)據(jù)，還要探測(cè)出水資源，未來火星計(jì)劃也會(huì)用到這些機(jī)器人。不同于近地軌道商業(yè)運(yùn)輸，在該計(jì)劃中，NASA將不提供項(xiàng)目的資金支持，而是提供技術(shù)專家、設(shè)施租賃、設(shè)備軟件等。目前，NASA沒有要求商業(yè)公司提供月球著陸器或月球貨物運(yùn)輸服務(wù)。

2014年4月，NASA宣布與太空機(jī)器人技術(shù)公司、麥?zhǔn)康呛教煜到y(tǒng)公司和月球快車公司協(xié)商“無資金交換伙伴關(guān)系”協(xié)議，該協(xié)議將提高有效載荷在月球表面的著陸能力，并實(shí)現(xiàn)NASA和科學(xué)與學(xué)術(shù)委員會(huì)感興趣的探測(cè)任務(wù)。NASA將與這3家美國(guó)公司協(xié)商的“空間法協(xié)議”作為“月球催化劑”倡議的一部分。NASA預(yù)計(jì)在3年的時(shí)間里為著陸器的研發(fā)和測(cè)試提供專業(yè)技術(shù)、測(cè)試設(shè)施以及設(shè)備租借與（或）軟件。其中，NASA先進(jìn)探索系統(tǒng)部主要負(fù)責(zé)樣機(jī)系統(tǒng)的快速研發(fā)、關(guān)鍵能力的驗(yàn)證和未來載人深空探索任務(wù)操作概念的演示。NASA先進(jìn)探索系統(tǒng)部主任杰森·庫(kù)魯森表示，NASA正努力拓展人類在太陽系內(nèi)探索的疆域，包括小行星和火星，并促進(jìn)商業(yè)航天領(lǐng)域的發(fā)展。

NASA與商業(yè)合作伙伴開展月球探測(cè)的合作模式，也適用于未來的探索任務(wù)。商業(yè)月球運(yùn)輸能力可幫助NASA實(shí)現(xiàn)科學(xué)和探測(cè)目標(biāo)，如樣品返回、地球物理網(wǎng)絡(luò)部署、資源探測(cè)和技術(shù)進(jìn)步。NASA官員格雷格·威廉斯在聲明中說：“我們?cè)谏虡I(yè)伙伴創(chuàng)新方面的戰(zhàn)略投資已經(jīng)成功給空間站帶來了商業(yè)化補(bǔ)給能力，接下來幾年還會(huì)有商業(yè)化載人運(yùn)輸能力?！虑虼呋瘎?jì)劃將會(huì)把我們帶向更遠(yuǎn)的目的地。”

（2）比格羅航天公司商業(yè)月球基地計(jì)劃

比格羅航天公司計(jì)劃與NASA合作，共同在月球上建立私人航天企業(yè)的月球基地。2013年11月，該公司主席羅伯特·比格羅已向美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）提出個(gè)人開采月球資源申請(qǐng)。

該公司表示，永久的月球基地建設(shè)會(huì)因商業(yè)設(shè)施永久性問題而被迫停滯，因此如果不明確財(cái)產(chǎn)權(quán)利，在空間探索中就很難有正當(dāng)?shù)谋ＷC，沒有人愿意承擔(dān)這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)。而聯(lián)邦航空管理局所負(fù)責(zé)事項(xiàng)僅為常規(guī)發(fā)射與火箭再入，航天器在軌運(yùn)行的日常監(jiān)督不在其職責(zé)范圍之內(nèi)。該公司創(chuàng)始人羅伯特說，他計(jì)劃要求聯(lián)邦航空管理局評(píng)估如何處理月球資源財(cái)產(chǎn)權(quán)，如果要開展商業(yè)月球基地計(jì)劃，公司和資金支持者必須能夠：一是享有與月球或其他星體上開展的活動(dòng)相關(guān)的勞動(dòng)成果；二是擁有已經(jīng)勘探、開發(fā)資源的所有權(quán)，并能實(shí)際應(yīng)用。沒有財(cái)產(chǎn)權(quán)，任何吸引私營(yíng)公司參與月球和深空探索的計(jì)劃最終都不會(huì)成功。

（3）“谷歌月球X大獎(jiǎng)”

X大獎(jiǎng)基金會(huì)于2007年設(shè)立“谷歌月球X大獎(jiǎng)”，鼓勵(lì)民間團(tuán)體和商業(yè)機(jī)構(gòu)發(fā)射月球探測(cè)器，獎(jiǎng)金總額為3000萬美元。

大獎(jiǎng)賽規(guī)定，第一個(gè)成功發(fā)射月球著陸器著陸月球并在月面行進(jìn)超過500m，按照規(guī)定發(fā)回高清晰度圖片和視頻的團(tuán)隊(duì)，將獲得一等獎(jiǎng)2000萬美元，第二名獲得500萬美元，此外還有400萬美元獎(jiǎng)勵(lì)給取得其他成果的團(tuán)隊(duì)，包括月球著陸器在經(jīng)歷月夜后還能繼續(xù)工作，在月面行進(jìn)超過5km，取得月球有水存在的證據(jù)等。最后100萬美元將獎(jiǎng)勵(lì)給在促進(jìn)太空探索多樣性方面做得最好的團(tuán)隊(duì)，特別是努力培養(yǎng)青少年對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科發(fā)生興趣的參賽隊(duì)伍。大獎(jiǎng)賽規(guī)定參賽經(jīng)費(fèi)來源90%以上必須是民間資金，但是不排除參賽團(tuán)隊(duì)以合理的價(jià)格向政府提供服務(wù)，搭載科研項(xiàng)目。

2015年1月，來自全球的5個(gè)團(tuán)隊(duì)獲得“谷歌月球X大獎(jiǎng)”的“里程碑大獎(jiǎng)”，價(jià)值525萬美元，這5個(gè)團(tuán)隊(duì)分別為：美國(guó)太空機(jī)器人技術(shù)公司、月球快車公司、印度團(tuán)隊(duì)、日本伯東公司和業(yè)余科學(xué)家跨國(guó)團(tuán)隊(duì)?！袄锍瘫螵?jiǎng)”重點(diǎn)關(guān)注成像、移動(dòng)性和著陸系統(tǒng)3個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，針對(duì)硬件與軟件的創(chuàng)新性進(jìn)行評(píng)估?！肮雀柙虑騒大獎(jiǎng)”的最后評(píng)選期限正式推遲到2016年12月底。

（4）金釘公司月球計(jì)劃

金釘公司計(jì)劃于2021年前提供私人月表表面探索之旅。該公司總裁是NASA主管科學(xué)的前副局長(zhǎng)艾倫·斯特恩，董事會(huì)由NASA約翰遜航天中心前副主任格里·格里芬領(lǐng)導(dǎo)。金釘公司將國(guó)外政府作為其主要市場(chǎng)，預(yù)計(jì)2人月球表面任務(wù)約為15.5億美元。該公司已與航天領(lǐng)域內(nèi)多家公司簽訂合同并開展合作，包括諾格公司、聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)推進(jìn)艙、月球著陸器和加壓服，并開展多種任務(wù)分析，公司計(jì)劃于2020年左右開展飛行試驗(yàn)。

商業(yè)小行星計(jì)劃

維珍銀河公司的白騎士-1/太空船-1

商業(yè)太空旅游計(jì)劃

太空旅游作為航天一個(gè)面向大眾的新興產(chǎn)業(yè)逐漸發(fā)展起來，主要從事太空旅游的公司及其產(chǎn)品主要有維珍銀河公司的太空船-2（SpaceShipTwo）、XCOR宇航公司的“山貓”（Lynx）飛行器和藍(lán)色起源公司的“新謝潑德”（New Shepard）亞軌道系統(tǒng)等，以及太空探險(xiǎn)公司提供的太空旅游服務(wù)。

（1）維珍銀河公司

維珍銀河公司致力于打造世界上第一條太空旅行商業(yè)航線，維珍集團(tuán)是一家英國(guó)公司，其下屬的維珍銀河公司在美國(guó)，其太空旅游的發(fā)射場(chǎng)地——航空航天機(jī)場(chǎng)也在美國(guó)。其載人航天飛行系統(tǒng)包括2種飛行器：白騎士-2（WhiteKnightTwo）和太空船-2，由美國(guó)斯卡爾德復(fù)合材料公司和維珍銀河公司合作研發(fā)。

太空船-2是在太空船-1基礎(chǔ)上發(fā)展而來，用于商業(yè)太空旅游。太空船-1作為首架由商業(yè)公司投資建造進(jìn)入太空的載人航天器，于2004年10月贏得1000萬美元的“安薩里X大獎(jiǎng)”。太空船-2與太空船-1相比，體積更大，全長(zhǎng)18.2m，翼展8.2m，可搭載8人，由載機(jī)攜帶至高空，采用空中發(fā)射方式，截至2011年5月，總開發(fā)成本約為4億美元。

（2）XCOR宇航公司

公式（2）中，τloop表示導(dǎo)航信號(hào)從地面站上行至衛(wèi)星，經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)后由地面站接收的環(huán)路傳播時(shí)延；τhw,tx和τhw,rx分別表示地面站發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備時(shí)延；τtr表示信號(hào)傳輸鏈路對(duì)流層時(shí)延；τio表示信號(hào)傳輸鏈路電離層時(shí)延；τsat表示轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)延；τsd表示星地時(shí)延。

XCOR宇航公司是一家美國(guó)私有火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和航天開發(fā)公司，總部設(shè)在加利福尼亞州莫哈韋航空航天港。該公司由前旋轉(zhuǎn)火箭公司火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制團(tuán)隊(duì)成員在1999年9月成立，致力于更安全、更可靠的可重復(fù)使用的運(yùn)載器、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和火箭推進(jìn)系統(tǒng)的研究、開發(fā)、項(xiàng)目管理、生產(chǎn)及維護(hù)。

“山貓”為XCOR宇航公司在研的水平起降（HTHL）、裝有火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的兩座亞軌道飛行器，是目前在研的唯一完全可重復(fù)使用的亞軌道飛行器?！吧截垺毕盗酗w行器根據(jù)不同構(gòu)型，可用于科學(xué)研究、太空旅游和微小衛(wèi)星發(fā)射?！吧截垺庇?jì)劃承載一名飛行員、一位購(gòu)票乘客和/或有效載荷進(jìn)入100km高度以上的太空。目前，該公司計(jì)劃將飛行票價(jià)從原來的10萬美元提高至15萬美元。

（3）太空探險(xiǎn)公司

太空探險(xiǎn)公司為美國(guó)太空旅游公司，公司定制了一系列私人航天飛行體驗(yàn)方案，以滿足不同人群的興趣和預(yù)算。項(xiàng)目包括目的地為空間站的軌道飛行任務(wù)、環(huán)月飛行任務(wù)、零重力飛行、航天員訓(xùn)練計(jì)劃等，未來還可能有亞軌道飛行任務(wù)。

（4）藍(lán)色起源公司

由亞馬遜公司創(chuàng)始人杰夫·貝索斯建立的藍(lán)色起源公司在載人航天領(lǐng)域頗有雄心，包括與NASA通過無資金資助的“空間行動(dòng)協(xié)議”在商業(yè)乘員項(xiàng)目方面的合作。在此期間，該公司開發(fā)了一種雙錐艙，最初打算利用宇宙神-5發(fā)射，后來決定采用自己研制的重復(fù)使用推進(jìn)系統(tǒng)（RBS）。公司計(jì)劃為客戶提供亞軌道旅行體驗(yàn)以及亞軌道科學(xué)載荷服務(wù)，一次飛行將持續(xù)15min，并有幾分鐘處于微重力環(huán)境下，乘員艙擁有自逃逸系統(tǒng)。該公司與聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司簽訂了開發(fā)BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)的合同，由此公司將深度參與旗艦任務(wù)“火神”（Vulcan）運(yùn)載火箭的研發(fā)。此外，該公司還計(jì)劃在太空海岸選址建造一座大型生產(chǎn)工廠。

2015年4月29日，藍(lán)色起源公司進(jìn)行了“新謝潑德”亞軌道系統(tǒng)的首次試射。該項(xiàng)目瞄準(zhǔn)太空旅游市場(chǎng)，整個(gè)系統(tǒng)包括一枚裝有BE-3發(fā)動(dòng)機(jī)的“新謝潑德”火箭，以及裝于火箭上的乘員艙，火箭將乘員艙加速到馬赫數(shù)為3，然后在94495m高度分離，乘員艙成功返回地面，但未能成功回收重復(fù)使用的火箭。該公司事后發(fā)表聲明稱將進(jìn)行更多試飛，并著手調(diào)整相關(guān)液壓系統(tǒng)。本次發(fā)射是該公司的一次重要里程碑，發(fā)射包含一臺(tái)推力器，推力器上裝有一臺(tái)可變節(jié)流的BE-3型液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī)，在設(shè)計(jì)上參照太空探索技術(shù)公司的灰背隼-1D（Merlin-1D）發(fā)動(dòng)機(jī)的工作方式，最終目標(biāo)是在未來任務(wù)中實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用。此次試飛中，雖然重復(fù)使用火箭未能成功回收，對(duì)此，貝索斯表示：假如以傳統(tǒng)一次性使用火箭的標(biāo)準(zhǔn)來衡量，“新謝潑德”首飛可謂完美。

太空探索技術(shù)公司的灰背隼-1D發(fā)動(dòng)機(jī)

2015年11月23日，藍(lán)色起源公司進(jìn)行了第二次試驗(yàn)，成功完成了人類歷史上第一次亞軌道垂直起降試驗(yàn)。此后，該公司又分別于2016年1月22日和4月2日成功完成了2次亞軌道火箭回收試驗(yàn)，并率先成功進(jìn)行了亞軌道火箭的重復(fù)使用。至此，藍(lán)色起源公司成功完成了3次火箭回收試驗(yàn)，向太空旅游服務(wù)這一目標(biāo)又邁進(jìn)了一步。

商業(yè)載人航天重大事故

自2014年以來，商業(yè)載人航天發(fā)生了3次重大事故，反映出商業(yè)航天在技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)等方面還有待加強(qiáng)，但從發(fā)展趨勢(shì)來看，載人航天商業(yè)化的步伐不會(huì)停止。

太空船-2飛行試驗(yàn)時(shí)在美國(guó)加利福尼亞州莫哈韋沙漠上空爆炸

（1）“天鵝座”執(zhí)行第3次貨物補(bǔ)給任務(wù)發(fā)射失敗

2014年10月28日，美國(guó)軌道科學(xué)公司“天鵝座”飛船執(zhí)行第3次空間站商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)任務(wù)時(shí)，火箭在升空后6s發(fā)生爆炸，落回發(fā)射臺(tái)時(shí)又引起了二次爆炸，船箭俱損?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查表明，地面系統(tǒng)受到的損失相當(dāng)嚴(yán)重?！鞍菜鹚埂毕盗谢鸺龑儆诠桃夯旌闲椭行瓦\(yùn)載火箭，有二級(jí)和三級(jí)兩類共7種構(gòu)型，近地軌道運(yùn)載能力4.6～6t?！疤禊Z座”采用低風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)，不具備返回能力，可裝載廢棄物再入大氣層燒毀。該飛船包括標(biāo)準(zhǔn)型和增強(qiáng)型2種構(gòu)型。

此次“天鵝座”發(fā)射任務(wù)中，是“安塔瑞斯”火箭首次發(fā)射失敗，更是商業(yè)公司執(zhí)行空間站服務(wù)任務(wù)以來首遭重創(chuàng)。事故調(diào)查主要集中在第一級(jí)的2臺(tái)AJ-26發(fā)動(dòng)機(jī)。已有證據(jù)表明，其中一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪泵在點(diǎn)火15s后失效，是火箭爆炸的主要原因。該發(fā)動(dòng)機(jī)由蘇聯(lián)用于載人登月N-1火箭上的NK-33發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)而來，而N-1火箭4次試驗(yàn)全部失敗。

（2）太空船-2試飛爆炸

2014年10月31日，距離“安塔瑞斯”火箭爆炸僅3天之隔，悲劇再次上演。太空船-2在進(jìn)行載人試飛過程中墜毀，造成一死一傷，飛行異常出現(xiàn)在與母機(jī)分離后。本次飛行是太空船-2第一次采用自行研制的新型固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，此前均使用美國(guó)內(nèi)華達(dá)山脈公司研制的發(fā)動(dòng)機(jī)。首架太空船-2計(jì)劃于2015年提供商業(yè)旅游服務(wù)，事故發(fā)生后推遲至2016年，每個(gè)座位票價(jià)為25萬美元（截至2014年10月）。事故后，美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)（NSTB）發(fā)布了調(diào)查信息，認(rèn)為航天器的羽狀尾翼存在問題。

經(jīng)過9個(gè)月的調(diào)查，美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)于2015年7月公布事故調(diào)查進(jìn)一步原因：主要原因是副駕駛錯(cuò)誤操作以及公司培訓(xùn)上的疏忽，副駕駛過早開啟羽狀尾翼裝置，致使飛船墜毀。

（3）“龍”飛船執(zhí)行第7次貨運(yùn)補(bǔ)給任務(wù)失敗

2015年6月28日，太空探索技術(shù)公司的獵鷹-9v1.1運(yùn)載火箭執(zhí)行第7次空間站的補(bǔ)給任務(wù)時(shí)，爬升約2min后，火箭爆炸解體。該公司首席執(zhí)行官兼首席技術(shù)官伊隆·馬斯克在事故后稱，火箭第二級(jí)液氧貯箱出現(xiàn)超壓，數(shù)據(jù)顯示出有違常理的原因。7月21日，馬斯克宣布事故的原因是火箭上的一個(gè)鋼支架存在問題，該支架用于固定火箭上的高壓氦瓶。由于支架存在故障，導(dǎo)致火箭升空過程中氦瓶脫落，并沖擊到火箭二級(jí)液氧貯箱，高壓導(dǎo)致液氧貯箱爆炸。

事故后，NASA局長(zhǎng)查爾斯·博爾登發(fā)表聲明表示，NASA為任務(wù)失敗感到沮喪，但仍將與太空探索技術(shù)公司密切合作。同時(shí)表示，商業(yè)貨運(yùn)計(jì)劃容許失敗，NASA將繼續(xù)以安全、有效的方式運(yùn)行空間站，并將其作為未來較長(zhǎng)期深空探索任務(wù)的試驗(yàn)平臺(tái)。NASA主管載人探索與運(yùn)行任務(wù)部的副局長(zhǎng)葛斯滕邁爾稱，此次任務(wù)對(duì)NASA是一個(gè)打擊。但他強(qiáng)調(diào)NASA并無疏忽，只能說明航天飛行的挑戰(zhàn)巨大。（未完待續(xù)）

Study on the Commercialization of U.S. Human Spaceflight （Ⅱ）