刚刚,马斯克的载人飞船无人首飞成功!SpaceX正带领美国载人航天走出泥淖

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刚刚,马斯克的载人飞船无人首飞成功!SpaceX正带领美国载人航天走出泥淖
麻省理工科技评论 2019-03-03

2019-03-03

这一刻终于来了!北京时间 3 月 2 日下午 3 时 49 分,SpaceX 的载人龙飞船搭乘着猎鹰 9 Block5 火箭从肯尼迪航天中心 LC-39A 发射台升空,前往目的地国际空间站,开展为期 6 天的首次无人测试飞行。而为了实现今天这极具历史意义的发射,NASA 和 SpaceX 已经努力了九年。
航空航天
这一刻终于来了!北京时间 3 月 2 日下午 3 时 49 分,SpaceX 的载人龙飞船搭乘着猎鹰 9 Block5 火箭从肯尼迪航天中心 LC-39A 发射台升空,前往目的地国际空间站,开展为期 6 天的首次无人测试飞行。而为了实现今天这极具历史意义的发射,NASA 和 SpaceX 已经努力了九年。

这一刻终于来了!北京时间 3 月 2 日下午 3 时 49 分,SpaceX 的载人龙飞船搭乘着猎鹰 9 Block5 火箭从肯尼迪航天中心 LC-39A 发射台升空,前往目的地国际空间站,开展为期 6 天的首次无人测试飞行。而为了实现今天这极具历史意义的发射,NASA 和 SpaceX 已经努力了九年。

 

图丨发射升空(来源:SpaceX)


图丨一级火箭回收成功(来源:SpaceX)


发射 12 分钟后,龙飞船成功分离。按照计划,龙飞船将会在发射后 24 小时后与国际空间站对接,它将为空间站的 6 名宇航员补给大约 200 公斤的物资和设备,3 月 8 日,龙飞船将离开国际空间站返回地球,带回大约 150 公斤的货物和实验装置。

 

图丨龙飞船中的 Ripley(来源:SpaceX)


而由于是首次测试飞行,所以飞船中没有人类成员,只有一个名为 Ripley 的人体模型携带传感器用以收集飞船内部的数据。熟悉《异形》系列电影的读者可能对 Ripley 这个名字并不陌生,没错,这次安放于龙飞船内的假人正是为了向《异形》的女主角 Amanda Ripley 致敬!


图丨“Ripley”的名字源自电影《异形》中“诺斯特罗莫”号飞船准尉雷普利(Ripley)


无论对于美国的航天事业还是 SpaceX 这家公司来说,今天这次发射的重要意义都无需赘述,“这是美国历史上一个至关重要的事件,”NASA 局长 Jim Bridenstine 发射前几小时在佛罗里达的肯尼迪航天中心说到,“这是自 2011 年航天飞机退役以来,我们最接近从美国本土将美国宇航员送往太空的时刻。”而 SpaceX 也会因此成为人类历史上第一家具备载人航天能力的私人公司。

 

(来源:SpaceX)


走出泥淖的美国载人航天

 

美国东部时间 2011 年 7 月 21 日晨 5 时 57 分,美国航天飞机“亚特兰蒂斯号”于在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆,完成了它自己同时也是整个航天飞机家族的落幕飞行,而伴随着“亚特兰蒂斯号”庞大身躯一同落下的还有美国长达 30 年的辉煌航天飞机时代,自那以后,美国宇航员开始沦落到了“无机可搭、无船可用”的尴尬局面。

 

图丨航天飞机落幕之旅(来源:The Economist)


无法实现载人航天,这对于超级大国来说是难以接受的现实,以至于当年 7 月 2 日的英国《经济学人》周刊甚至以“太空时代的终结”(The end of the Space Age)的封面文章评价此事。

 

为了继续维持国际空间站,美国将合作目光投向了俄罗斯。起初,俄罗斯依旧延续“联盟号”飞船的报价——2500 万美元/人左右,这一价格远低于航天飞机每次 5.25 亿美元的发射费用。然而从 2011 年开始,俄罗斯趁机开始狮子大开口、坐地起价,这个价格就开始以“火箭般”的速度狂飙突进、极速飞升,最终涨到了近期的 8100 万美元/人的高点。

 

图丨美国宇航员搭乘俄罗斯飞船前往国际空间站价格涨势“喜人”(来源:NASA)


亡羊补牢,犹未迟也!吸取经验教训之后,美国人开始重新规划路径,在 2014 年,NASA 就向 SpaceX 和波音 (Boeing) 授予了数十亿美元的合同,开发用于运送宇航员往返空间站的商业宇宙飞船,以填补航天飞机在 2011 年退役后留下的空白。而再往前追溯,在 2009 年启动的“商业乘员开发”(CCDev)计划中就可以看到这种商业载人航天的影子了。

 

第一轮“商业乘员开发”计划于 2010 年 2 月启动,目的是完成系统概念、关键技术的研发,5 家公司分得 5000 万美元订单;

 

第二轮“商业乘员开发”计划于 2010 年 10 月启动,主要开展航天器和运载火箭的设计和成熟度研究,4 家公司被授予 3.162 亿美元的合同;

 

第三轮“商业乘员开发”计划,也称为“商业乘员综合能力”(CCiCap)计划于 2012 年 2 月启动,目标是完成商业乘员运输系统的综合设计,包括航天器、运载火箭、地面运营和任务控制,SpaceX、波音和内华达山脉公司留到了这一局。

 

2013 年 11 月 19 日,NASA 发布价值 68 亿美元的“商业乘员运输能力”(CCtCap)新合同的最终需求建议书,着重强调安全要求。

 

2014 年 9 月,CCtCap 合同落地,SpaceX 公司获得 26 亿美元,波音公司获得 42 亿美元。依照合同,波音和 SpaceX 被要求通过 5 个认证阶段:1、认证基线评审;2、设计认证评审;3、试飞就绪评审;4、运行就绪评审;5、认证评审。NASA 根据两家公司的阶段完成情况支付款项。

 

北京时间 2018 年 8 月 3 号晚 11 点,NASA 通过官方视频直播公布了搭乘 SpaceX 和波音公司飞船前往国际空间站的 9 人宇航员名单,其中包括 8 名 NASA 的宇航员和一名波音公司自己的宇航员,他们分别被分配到 SpaceX 和波音两家公司,波音分得 5 人,SpaceX 分得 4 人,将分别搭乘 CST-100 和载人龙飞船执行试飞和正式飞行两批次任务。这也是从 2011 年航天飞机退役之后美国首批从本土升空的宇航员。

 

图丨9 名宇航员(来源:NASA)


按照目前的计划,SpaceX 公司将于 7 月份发射第一艘有人的载人龙飞船,执行前往国际空间站的 Demo-2 任务,而波音公司的首次载人发射计划不会早于八月份。在进度上,SpaceX 略微领先于竞争对手波音。

 

图丨SpaceX 载人龙飞船(左) 与波音 CST-100飞船(右)(来源:NASA)


但这并不意味着今天的这次发射成功之后,SpaceX 接下来一切就都万事大吉了。在这次飞行之后,SpaceX 公司仍然必须进行一次飞船逃逸试验,以确保在发射过程中出现紧急情况时, 龙飞船能够迅速脱离猎鹰 9 号火箭。

 

所以,龙飞船的首次载人飞行在 7 月进行的可能性极低。即使逃逸试验也顺利进行,SpaceX 公司和 NASA 仍有许多工作要做。而根据多方消息来源称,NASA 和 SpaceX 更倾向于在秋季或初冬进行首次载人飞行,2019 年载人发射的可能性为 50% 或更低。选定参与 Demo-2 飞行计划即首次载人测试的龙飞船成员 Bob Behnken 就说,“我们还没有为 Demo-2 任务做好准备。”

 

图丨NASA 宇航员 Bob Behnken(来源:NASA)


之所以 NASA 和 SpaceX 都对接下来的飞行计划慎之又慎,除了因为载人航天的安全性不可和货物运输同日而语之外,更重要的是 SpaceX 此前的确也有失手的不光彩记录。2016 年 9 月 1 日,SpaceX 公司的一枚猎鹰 9 号火箭在发射台上爆炸,爆炸完全摧毁了火箭和其运载物。

 

事后经过调查,SpaceX 确认火箭第二节液氧罐中低温氦气系统的破裂,而且问题发生在燃料加载过程中。两个月后,SpaceX 宣布他们已经改进氦气加注方案,提高猎鹰 9 号的可靠性。

 


图丨爆炸现场


而除了对猎鹰 9 号氦气罐的担忧,龙飞船的降落伞仍在测试中,可能会连带着需要对飞船的推进器系统进行一些设计调整;对于龙飞船冷却系统中氟利昂的泄漏检测方法至今也不成熟,以至于空间站的工作人员必须携带全套氧气面罩进入飞船;而更为关键的是,其它“未知的潜在隐患”很可能在无人飞行测试期间或飞船逃逸测试期间暴露出来。

 

“这是一次飞行测试,但我们也将其视为一次真正的任务,一次真正关键的任务,”NASA 国际空间站项目经理 Kirk Shireman 在上周的一次吹风会上说,“为了确保这艘飞船堪用,我们还有很多东西需要学习和测试。”

 

图丨龙飞船舱内(来源:SpaceX)


也正是由于这些不确定性,NASA 一直在与俄罗斯商讨购买额外的联盟号飞船船票的备案,以确保如果出现进一步延误,美国宇航员可以继续进入空间站。

 

SpaceX 与 NASA 塑造太空商业合作典范


其实,如果我们将视线从今天的这次发射本身移开,就会发现美国以 NASA 为代表的官方机构已经和以 SpaceX 为代表的商业公司形成了一种分工明确、富有成效的合作关系,而这才是比任何阶段性成果都值得我们深思的成就。

 

2005 年,NASA 成立了商业乘员与货物项目办公室(C3PO),开始向商业企业招标,2006 年 NASA 启动了“商业轨道运输服务”(COTS)计划,在第一轮的商业货物补给计划中, SpaceX 和轨道 ATK 就拔得头筹,分别以龙飞船与猎鹰 9 号火箭、天鹅座飞船与安塔瑞斯火箭组合赢下了 2015 年前的 12 次和 8 次飞行任务。

 

图丨继货运服务之后又有了载人合作


13 年的合作关系一路走来,双方的合作已经形成一种双赢的局面。对于 SpaceX 公司来说,来自 NASA 的资金和技术使得该公司能够加速开发世界级的猎鹰 9 号火箭,前往空间站的货运订单保障也为猎鹰 9 号的改进和可重复使用的火箭的实现提供了更多试错的空间。

 

反过来,NASA 也从合作中受益匪浅,SpaceX 公司为 NASA 提供的货运、载人和科学实验服务的成本低于竞争对手,也远低于 NASA 独立开发这些能力的成本。

 

“如果我们按照 NASA 的方式来做,风格会更为保守,我们会首先考虑我们过去的经验,”NASA 载人航天中心主任 Bill Gerstenmaier 在谈到商业载人计划时说,“通过这种合作的方式,他们在推动我们以新的角度看待事物,我认为这真的很酷。”

 

图丨1978年在美国宇航局工作的 Bill Gerstenmaier (左)(来源:NASA)


但融合总不是一件容易的事情。NASA 是一个庞大的官僚机构,习惯于按照自己的方式行事,他们凭借资金和从事航天的经验,可以告诉承包商应该如何做事。相比之下,SpaceX 拥有更接近于硅谷的思维模式,较少受到历史包袱和过时经验的束缚。

 

这其中有一个很鲜明的例子。多年前,NASA 的传奇飞控指挥官 Gene Kranz 在给他的回忆录起名时选定了“Failure Is Not an Option”这个名字,以纪念从水星计划到阿波罗计划期间他在任务控制中心的日子。更重要的是,在“Failure Is Not an Option”这种思维方式指引下,他和团队还成功的把阿波罗 13 号带回了家,很显然,“Failure Is Not an Option”已经快成了一种信仰。

 

然而,作为混迹于硅谷多年的连续创业者,马斯克却对这种思考方式嗤之以鼻,早在 2005 年、与 NASA 签订第一份合同之前,马斯克就明确表达了自己对这种精神的蔑视:“这是一种愚蠢的想法,认为 NASA 不会选择失败。在我看来,失败就是一种选择,如果没有失败,就说明你的创新不够。”

 

图丨同一个舞台,两种风格


多年过去,随着 NASA 和 SpaceX 在商业载人方面的合作,双方的文化碰撞到了一起。然而面对人命攸关的载人航天来说,“Failure Is Not an Option”的精神似乎又值得被翻出来重新回味,毕竟 NASA 的主要目标是让它的宇航员安全地进出国际空间站。

 

“我们正在做一些非常危险的事情,”Gerstenmaier 说,“我们进行了复杂的设计,为的就是用成百上千吨推力的火箭把人类送入轨道,这可不是小事。SpaceX 的人背景与我们不同,设计方法也与我们不同,但和一个工作方法不同的新伙伴一起解决相同的问题是很有趣的。”

 

在双方磨合的过程中,NASA 能够为 SpaceX 做的事情之一,就是把它的一些操作经验,以及对安全的重视带到开发商业载人飞船的操作中。而 SpaceX 对此似乎也颇为接受。

 

“他们的督促让我们可以脚踏实地,”SpaceX 制造和飞行可靠性副总裁 Hans Koenigsmann 说到,“我们有时会发生有关设计制造方面的冲突,然而,最终的结果还是将安全作为了首要考虑的事情。”

 


龙飞船研发集锦


双方对人的关注体现在每一个细节之中,将执行 SpaceX Demo-2 任务的两名宇航员 Doug Hurley 和 Bob Behnken 几乎每周都代表 NASA 前往 SpaceX 的总部探讨进度。“双方当然有文化的差异和成长的烦恼,但令人惊讶的是,从某种意义上来说,这两个组织可能并没有做出改变,而是相互适应,各个子系统的总体都做的非常成功。”Hurley 说。

 

而在这一来一往之间,我们也似乎从 SpaceX 的身上看到了曾经 NASA 的影子。“在某些方面,SpaceX 可能会更类似于 NASA 在 20 世纪 60 年代的做法,当时我们正准备登月,”Hurley 说,“当时的 NASA 要年轻得多,员工大多在 20 多岁。而现在 SpaceX 的员工平均年龄是 29 岁,他们就像 20 世纪 60 年代的 NASA 一样,面对太空正摩拳擦掌、跃跃欲试。”


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