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马斯克发射火箭并回收:国退民进下的航天商业化

Space X的成功,则是建立在美国国家航空航天局(NASA)多年研究的基础上。与其说是商业太空公司的异军突起,不如说是国家资源对民间的大量释放。

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北京时间2015年12月22日上午9点,美国太空探索公司(SpaceX)在佛罗里达州肯尼迪航天中心,将其自主研制的“猎鹰9号”(Falcon 9)火箭发射升空,这是继Blue Origin成功发射并回收卫星后,民间公司首次将有效载荷送到国际空间站(ISS)附近。同时,SpaceX采用的是可回收用一级火箭,所以它的成功,也意味着“可回收火箭迈出的第一步”。

SpaceX由Paypal创立人、特斯拉汽车CEO埃隆·马斯克(Elon Musk)在2002年6月建立。在马斯克的明星光环下,“猎鹰9号”的成功发射更为SpaceX在全球范围内招来了众多粉丝。然而,在一众呼喊商业资本压过国家力量的背后,隐藏着一个事实:正是国家资源向商界释放,才有了SpaceX的迅速崛起。Space X的成功,则是建立在美国国家航空航天局(NASA)多年研究的基础上。与其说是商业太空公司的异军突起,不如说是国家资源对民间的大量释放。

 国家资源让渡

“在研发全程,NASA的专家建议和指导始终帮助SpaceX,令我们得以在美国50年的太空经验上往前走,最终达到目标。”2011年,在美国国会听证会上,马斯克如是总结。就在这之前的一年,SpaceX成为全球首家可以发射、修复可部分回收宇宙飞船的私人公司。这艘宇宙飞船名为“龙”,可以在地球轨道上运行。而这之前,全世界只有6个国家及政府能够做到。

SpaceX与NASA的合作起始于2006年NASA的商业轨道运输服务(COTS)项目。该项目是NASA第一次采用政府部门与私人公司的“绩效付费”合作模式。NASA将这一项目设计为政府部门与商业太空公司“联合探险”的模式—共享开发新运输工具的风险、成本、回报。

COTS项目的宗旨之一就是公共-私人的合作关系,即利用私人资本补充政府的资金,令产品及服务能快速产出,并节约成本。这一宗旨下,SpaceX得以专注于安全、简洁、划算的设计。以“猎鹰9号”为例,NASA内部曾利用其空军成本模型(NAFCOM)估算,如果NASA自己制造“猎鹰9号”火箭将花费17亿-40亿美元,而通过COTS计划,SpaceX只花了3亿美元,这其中还包括设计、制造和试验SpaceX 的梅林引擎的费用,这是40年来第一个完全由美国本土生产的轨道助推器的发动机。

在NASA的帮助下,SpaceX不停地扩大自己的业务范围。2006年,NASA宣布终止宇宙飞船计划的同时,SpaceX赢得了NASA的国际空间站补给系统的合约;2008年,SpaceX发射首架私人资助的液体燃料火箭“猎鹰1号”到地球轨道。两年后,它发射可部分回收的宇宙飞船“龙”;2012年,SpaceX使用“龙”的太空舱与国际空间站对接,这是SpaceX首次完成太空补给任务,此前没有其他商业公司完成此举;今年2月,SpaceX发射“深空气候观测卫星”(DSCOVR),标志该公司第一次在地球轨道之外操作;继两次失败的尝试后,12月底,SpaceX的“猎鹰9号”成功发射。这并非全球首次发射可回收的无人火箭—另一商业公司Blue Origin的火箭抢先拿下这个荣誉,但是“猎鹰9号”却在更远的范围飞行。它不仅是一次测试飞行,而且有着明确的太空任务,即载送11架卫星到地球轨道。

 降低成本

商业介入,最有意义的部分在于降低成本,使太空旅行有可能成为廉价的旅行方式。NASA也曾追求低成本、可回收的运载器。在1969年“阿波罗11号”起飞后的3个月后,NASA的载人飞船主管George Mueller就曾表达过这一观点,在那年的航天飞机研讨会上,他还为此设立了一个目标:削减飞行到达既定轨道的成本至每磅重量25美元,令平民百姓也能购票进入太空。

然而,数据显示,美国共研制并投入使用五架航天飞机,每架研发费用约20亿美元。从1985-1988年10月间,航天飞机的发射价格增加了85%,即每次发射费用飙升到9000万美元。这笔花费完全违背了NASA最初设计航天飞机的预算,也违背了可回收技术是为了节省发射成本的初衷。

在宇宙飞船退役后,NASA在回收上走了另一条路。美国国会指导太空部门建立“太空发射系统”(SLS)火箭。据估计,如果要火箭最终将人类带上火星,美国国会每年需增加50亿-100亿的NASA预算,这似乎不可能发生。NASA即便有足够的钱制造火箭,却没有足够资金去支付要到其他星球的负荷物。

在SLS的阴影下,Blue Origin和SpaceX 以及其他的一些商业公司,继续发展可重复使用的宇宙飞船和发射器。他们寻求发射工业的现代化,试图让宇宙飞船接近常规的飞机工业的操作。

马斯克和其他进入宇宙飞船业务的互联网富翁,在NASA开发飞船的时候还多是小孩子,他们看过《星际迷航》,甚至梦想移民外星。马斯克意识到政府不会使太空大众化,但便宜的船票将有可能让这实现。

 国退民进

“国退民进”与美国政府对太空计划的调整密切相关。在NASA传统的合约步骤下,飞船是昂贵的飞行。30多年的使用,135 次的航行,美国飞船的成本仍接近每次航行每磅2.5万美元。美国宇宙飞船亦在1986年与2003年发生过两次意外,它并不如期望般容易回收使用。

另一方面,NASA在发展及保存重要军事设施的技术上发挥作用。比如行星探测器上用的传感器就与最先进的间谍卫星相似,甚至一模一样。美国几十年没有制造洲际弹道导弹,NASA却通过保留固体火箭发动机工业,保证一旦有命令,能够为美国立即制造新型导弹。然而,在贡献美国的军事力量的同时,这个部门在太空方面一度陷入混乱并且缺乏清晰的方向。

小布什时代的NASA曾因2003年的意外而饱受诟病。小布什于2004年宣布新太空探索计划,希望“实施可持续、可负担的人类及机器探测计划,探测太阳系及更深度的宇宙空间”,但在这之前,由于面临航天飞机的退役,美国政府计划等待新宇宙飞船制造完成,以继续维护国际空间站,并在2020年之前“启动重新登月计划,以此为人类登陆火星及其他目的地做好准备”。

然而,由于该计划预算高昂,面对巨大的财政压力,联邦政府要求NASA同时寻找其他替代方案,SpaceX的火箭和龙舱由此被选中。

奥巴马上台之后,索性放弃登月。政府把眼光放在太阳系尺度的空间探索上。因为政策调整,NASA得以用有限的预算从事更加深度的空间探索,而将给国际空间站运输货物这样“技术含量较低”的项目,交给SpaceX等私人公司完成。此前,由于航天飞机退役,美国一直靠借用俄罗斯的“联盟号”来进行国际空间站补给。

在SpaceX之前,NASA与波音等商业公司亦有过多次合作。上世纪90年代,美国航空航天业发生重大整合,联合发射联盟(ULA、波音和洛马组成的联合企业)的垄断程度加强,甚至一度成为NASA的唯一发射商。有分析认为,NASA与SpaceX等新商业公司的合作,也是出于反垄断的考虑。为了抑制ULA的漫天要价,NASA向SpaceX转移了大量成熟技术,以此方式迅速培养新的市场力量以加强竞争。2008年,也就是Space X首次发射火箭后的两年,NASA就将36亿美元的载货飞行合同分给了商业公司SpaceX和Orbital。这一次,SpaceX成功建立了ULA竞争者的形象。

 终结发动机依赖

SpaceX 是唯一一家完全使用美国产品的太空运输公司,ULA的几家公司都不同程度依赖于俄罗斯的RD-180发动机。美国国会此前已持续发出终止进口发动机依赖的呼声,NASA为此与SpaceX签下合约,支持其商业的太空任务。

不过,SpaceX最关键的发动机部分,亦与NASA有着千丝万缕的联系。“猎鹰9号”使用9个梅林引擎,其中第一级火箭装置了9个引擎,分布格局为8个较小引擎围绕在主推引擎周围。梅林引擎使用的轴针式发动器,最初由美国喷气与推进实验室(JPL)在上世纪50年代设计并取得专利,曾被用于“阿波罗”登月舱下降发动机。JPL的历史可追溯到1930年,由当年加州理工学院的教授西奥多·冯·卡门创建,他当时在当地进行火箭推进器的实验。在这一实验室工作的还有科学家钱学森和Jack Parsons。到了1958年,JPL的职权全部转移到了新成立的NASA,JPL的无人星际探索的任务就此开始。

文:时代周报

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