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没有SpaceX,会有SpaceY吗?复盘美国的商业航天路
2020.06.01 11:20 科创板日报记者 金小莫

《科创板日报》(上海,记者 金小莫)讯,5月31日,SpaceX实现全球首次商业载人发射引起世界关注。发射之前,马斯克一改平日的狂妄,谦卑地表态:“如果成功了, 那是NASA和SpaceX的功劳,如果失败了,那就是我的问题。”

事实上,当我们在复盘SpaceX的成长路后,就会发现,SpaceX的成功是NASA多年苦心栽培商业航天的必然结果。哪怕没有SpaceX,也会有SpaceY。

再见,亚特兰蒂斯

时间倒推到2018年8月底,当时,美国宇航局局长吉姆·布里登斯廷在NASA顾问委员会会议上宣布组建新的委员会,以负责研究NASA商业化相关的政策问题。

时年,在美国市场上已存在的商业航天企业有波音、SpaceX、空间服务公司、美国太平洋发射系统有限公司、美国休斯敦航天服务公司、蓝色起源公司等。

当我们复盘美国商业航天的发展之路时,NASA作为一条主线清晰地出现在了事业之中——事实上,选择让商业公司参与到航天任务之中,对NASA来说是一种“有点无奈”的选择。

2011年7月,美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机宣布退役,美国跨越30年的“航天飞机时代”宣告结束。

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亚特兰蒂斯号谢幕,来源:中国网

NASA明确表态,不会再建造航天飞机。此后七年时间里,美国宇航员不得不搭乘俄罗斯“联盟”号飞船前往国际空间站作业。此间,“打车费”一路水涨船高,从2500万美元/人上涨到了8100万美元/人。NASA也因 “无国产机可搭、无国产船可用”而被媒体嘲笑为“冤大头”。

NASA自己就是航天飞机时代的开创者,它又缘何要放弃深耕30载的航天飞机路线?

究其原因,乃是性价比不高。作为一种可重复使用的航天运输工具,航天飞机曾是上世纪七八十年代最具想象力的航天器。但由于航天飞机系统过于复杂,技术和系统维护需要大量人力物力。

原本,美国在设计航天飞机时,希望能将运送1千克有效载荷到地球低轨道的费用降到350美元,但却一直卡在1万美元这一瓶颈。这使得航天飞机不仅没有达到降低运输费用的目标,而且在地面周转时间过长,导致整个飞行计划缺乏灵活性。

更严重的后果是,由于经费和进度都十分紧张,NASA只能采用助推火箭和外储箱与轨道器并联的折中方案,从而留下了安全隐患。1986年“挑战者”号和2003年“哥伦比亚”号航天飞机相继爆炸解体,让14名航天员魂留太空,使得美国载人航天遭受巨大挫折。

此路不通,NASA决心再换一条路,并把目光投向了民营公司。

SpaceX的诞生

结束航天飞机时代的后七年中,NASA一方面借助俄罗斯飞船换取时间,另一方面就开始培育本土航天企业。

大名鼎鼎的SpaceX在这种背景下横空出世。

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SpaceX横空出世,来源:网络

2002年,埃隆·马斯克创立SpaceX,立志研发低成本发射火箭,被许多批评家认为“痴人说梦”。只凭马斯克一人之力造火箭当然是天方夜谭,但是,别忘了,美国有NASA!

仅仅在2年之后,NASA在时任美国总统小布什的授意下宣布推出其商业化计划——“商业轨道运输服务项目”。后来奥巴马政府也要求NASA尽力支持本土有竞争力的公司研发航天运载系统,恢复美国向国际空间站的运载能力。

首先放开的是NASA货运航天器项目。2006年,NASA启动“商业轨道运输服务项目”,旨在为国际空间站运送货物。几乎同一时期,SpaceX将“猎鹰9”号重型运载火箭从绘图板上发射到了太空,研发费用仅略大于3亿美元。

于是理所当然的,SpaceX参加了NASA招标,并顺利成章拿下标书。NASA利用其“龙飞船”向国际空间站运送了12次货物。另外,此次还有一家民营公司也获得了订单,它是轨道科学公司(2014年4月与ATK公司合并成为轨道ATK公司),NASA利用其“天鹅”号飞船于2013年至2016年间,分8次将20吨货物运送至国际空间站。

有了货运项目的成功经验之后,NASA继续扩大合作项目与合作对象,并把目标设置到了载人航天飞船。2011年4月,NASA启动“第二轮商业乘员开发项目”,旨在帮助美国私营企业研制出可替代航天飞机的天地往返运输系统。

波音公司的“CTS-100”飞船(后更名为“星际航线”)、内华达山脉公司的“追梦者”航天飞机、SpaceX公司的“龙”飞船和蓝色起源公司的垂直起降方案,分别获得了数额不等的资助。

2014年9年,波音和SpaceX两家公司从众多竞争对手中脱颖而出,获得NASA载人航天器的外包订单——SpaceX公司获得26亿美元,波音公司获得42亿美元。

根据合同,NASA将派出至少一名宇航员参加每家公司的一次载人测试飞行,其技术专家也将深度参与到每家公司的航天器设计、研发及系统测试,以确保载人航天飞行的安全可靠,且成本合理。如果顺利,每家公司将承担NASA两到六次飞向国际空间站的载人运输任务。

当然,美国的商业航天探索之路并非一帆风顺。2014年10月,轨道科学公司的“安塔瑞斯”号火箭在发射飞船时爆炸;2015年6月,SpaceX“猎鹰9”号火箭在发射“龙”飞船时也发生爆炸。

这些事故没有阻挡美国商业航天前进的步伐。早前,NASA在其2019财年预算报告中宣布,美国将推行国际空间站的商业化,并将于2025年终止对国际空间站的直接支持。

NASA改革

为了推进商业化,NASA自身也作出了一系列改革举措。

在其传统的合作模式基础上,NASA新设了公私合营模式:在项目管理上,NASA仅负责提出明确需求,而不负责具体技术方案的选择与项目管理;在合作方式上,由企业负责技术方案的选择并自主进行技术开发,NASA不进行干涉,只在竞标时对技术方案进行评估,以选择合作公司;在费用安排上,由企业自主设定若干阶段性目标,企业每完成一个目标,NASA支付一笔费用,若企业无法完成阶段性目标,NASA则不会支付费用,同时退出该项目,不再支持后续研究。

正是得益于这种模式,SpaceX等一批航天私企得以迅速成长。

2008年,马斯克的个人资产山穷水尽,SpaceX和特斯拉都面临着关门大吉的可能。就在此时,SpaceX赢得了NASA向国际空间站提供12次补给服务的大订单,合约金额高达16亿美元,依靠这笔交易,马斯克才成功渡过了财务危机。

一直到今天,即使有部分商业合同和市场融资支持,SpaceX的主要盈利来源仍是NASA的商业轨道运输服务等项目。翻看历史,波音公司的资本原始积累亦是来自美国军方的大量采购。

除了资金,NASA自身的技术专利也逐渐向民营公司开放。依然以SpaceX为例,虽然SpaceX有自己的研发部门,也有一批才华横溢的科学家、设计师,但其主要的技术专利来自于NASA及其下属的戈达德航天飞行中心、约翰逊航天中心、肯尼迪航天中心、马歇尔航天飞行中心、斯坦尼斯航天中心和喷气推进实验室。

为了一些项目的需要,NASA也常常会为SpaceX提供研发设备和试验场地,用自己的技术和设备优势帮助SpaceX更好的研发,并节约成本。

可以说“猎鹰”火箭和“龙”飞船的技术是美国几十年航天领域技术的集成和结晶,其中有“阿波罗”登月计划的部分技术和美国NASA的很多其他机密技术,NASA通过专利转让等手段,使得这些技术能够应用到SpaceX的太空发射之中。

对NASA来说,降低了卫星发射和空间运输的成本;对SpaceX来说,简直就是站在了巨人的肩膀上发展;对整个美国航天产业来说,既避免了垄断导致的死气沉沉,也带动了整个产业链的发展。

NASA委员会主席迈克·戈尔德曾表态,委员会将“聚焦并解决政策障碍”,以实现NASA的各类商业化目标。其中包括国际空间站的商业活动,比如允许NASA宇航员在那里进行商业工作,或者将私营部门的模块添加到国际空间站内等相关问题。

同时,NASA可以“省”出更多资金和人力,用于“猎户座”宇宙飞船和地月往返、火星登陆等太空发射系统的研发之中。放弃了近地轨道飞行任务,NASA把自己的目标定向了星辰大海。

随着航天技术的成熟,太空经济与太空探索将成为下一波太空发展与竞争的关键。而美国似乎仍然已经掌握了一些先机。

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