SpaceX成為美國宇航局必選承運商的發展史

SpaceX成為美國宇航局必選承運商的發展史SpaceX的獵鷹重型火箭,是目前全世界最強勁的現役火箭,2019年曾成功將第一批商業載荷送入太空。三臺獵鷹9號芯級火箭,總共27臺梅林發動機,產生的推力約相當于18747架飛機。
圖源:SPACEX

撰文:JAY BENNETT
 
  11月16日,美國航天公司SpaceX首次正式商業載人任務Crew-1成功發射,為美國宇航局依賴俄羅斯運送美國宇航員的9年歷史畫上句號。但是,僅僅14年前,馬紹爾群島中一座小小的太平洋環礁上,這家航天“新貴”還在努力嘗試著飛離地面。
 
  SpaceX公司由科技企業家埃隆·馬斯克(Elon Musk)于2002年創立,起初的運營地點位于美國政府在奧莫萊克島(Omelek Island)的一處舊發射場。該發射場距離赤道較近,而在赤道附近,地球的自轉速度最快,能為火箭入軌提供額外助力。盡管當時這家公司的地理區位良好,但它也曾處在破產邊緣。
 
  2006年,SpaceX在奧莫萊克島進行了首次試飛。搭載美國空軍學院衛星的獵鷹1號火箭,在發射30秒后出現發動機故障。火箭栽進了海里,衛星墜落在了島上的一間庫房。
 
  一年后,一枚搭載著虛擬載荷的獵鷹1號火箭在入軌之前失去控制。2008年8月,該公司進行了第三次嘗試。獵鷹1號火箭載著美國宇航局和國防部的兩顆小衛星(以及宇航員戈登·庫珀、《星際迷航》演員詹姆斯·杜漢的骨灰)升空,但第一級火箭與第二級火箭在分離之后撞在一起,箭體起火,任務再次失敗。
 
  第四次嘗試堪稱華麗。第三次失敗僅僅8個星期后,獵鷹1號火箭再次搭載虛擬載荷,從奧莫萊克島成功發射,使SpaceX成為將液體燃料火箭送入軌道的第一家私營公司。
 
  早在2008年,沒人能預料到這家急性子的航天公司最終能變成什么樣子。如今,SpaceX成為了第一家而且是迄今唯一一家依靠自己的航天器將人類送入軌道的公司。但這條道路既阻且長,充滿了歷史上的首次、驚人的失敗,以及圍繞該公司創始人埃隆·馬斯克的一連串爭議。

SpaceX成為美國宇航局必選承運商的發展史
2020年5月,SpaceX的獵鷹9號火箭從美國宇航局肯尼迪航天中心升空。這是自從美國航天飛機于2011年退役后,美國本土進行的首次載人航天飛行。此次Demo-2試飛任務載著美國宇航局的宇航員Robert Behnken和Douglas Hurley進入了國際空間站。
紅外圖像來源:BILL INGALLS, NASA
 
提早下注
 
  從在奧莫萊克島的初創時期至今,SpaceX公司已經累計了許多新紀錄。2012年,它成了為國際空間站運送補給任務的第一家公司。三年后,它成為歷史上將第一級軌道火箭成功著陸的第一家公司。如今,這家公司運營著世界上最強勁的火箭——“獵鷹重型”火箭;僅在去年,全美國21次航天飛行中,該公司就占了13次。
 
  然而,SpaceX永遠不會忘記如果沒有美國宇航局自己如今會是什么模樣。2006年,彼時的SpaceX還沒發射過火箭,美國宇航局基于“商業軌道運輸服務(COTS)”項目,給予SpaceX一項合約,為該公司注入了3.96億美元的資金。此時的SpaceX正在研發龍飛船(Dragon spacecraft)和獵鷹9號火箭,后者是獵鷹1號火箭更為強勁的繼任者,其第一級火箭不再是1臺發動機,而是有9臺。
 
  “時任美國宇航局局長Mike Griffin實際構思出了‘商業軌道運輸服務’項目。他當時曾把這當作一場賭局。”美國宇航局商業航天項目主任Phil McAlister回憶道。當時,美國宇航局主要的關注點在“星座計劃(Constellation Program)”。這是在喬治·W.·布什總統政府任期內的一個大項目,旨在建造航天運載火箭并重返月球。但是,McAlister稱,這位美國宇航局局長卻愿意給商業航天項目投資,作為“附加賭注”。
 
  “要我說,‘商業軌道運輸服務’是以非傳統方式做事的首次重大嘗試。”McAlister補充道。
 
SpaceX成為美國宇航局必選承運商的發展史
2020年8月2日,SpaceX載人龍飛船“奮力號”在經歷了64天的太空飛行后,落入彭薩科拉市(Pensacola)附近的墨西哥灣,隨后被SpaceX的回收船撈起。圖為人們正在協助美國宇航局的宇航員Robert Behnken出艙。美國宇航局的商業載人項目的Demo-2試飛,是首次利用商業化建造、運營的航天器將宇航員送往國際空間站并安全返回的航天任務。
圖源:BILL INGALLS, NASA
 
  2006年“商業軌道運輸服務”第一輪資助期間,有20家航空公司提交了計劃書,但只有SpaceX和另外一家初創公司Rocketplane Kistler入圍,而后者卻因未能在截止日期前完成任務而遭撤資。2008年“商業軌道運輸服務”第二輪資助期間,美國宇航局從十幾份計劃書中遴選了Orbital Sciences(如今隸屬于諾思羅普·格魯曼公司)。該公司獲資2.88億美元研發天鵝座(Cygnus)航天器和安塔瑞斯(Antares)火箭,而且從2013年至今已經成功將貨物運送至國際空間站。
 
  隨著SpaceX和Orbital Sciences的新型航天運載火箭取得成效,美國宇航局的商業航天項目顯然已經不再是附加賭注,畢竟從當時來看,航天飛機即將在2011年退役,而奧巴馬政府又取消了星座計劃(Constellation Program)。如果當年的美國想繼續補給國際空間站,它就確實需要私營公司。
 
  2008年,SpaceX公司從奧莫萊克島首次成功發射火箭三個月后,美國宇航局把第一批商業補給服務(CRS)合同給予了Orbital Sciences和SpaceX兩家公司,合約金額分別為19億美元和16億美元。
 
  McAlister說:“我們當時甚至還沒有完成新型運載火箭的研發。我們意識到我們很早就需要這些運載能力,于是,我們讓商業補給服務合同比我們的常規計劃提前了一點點。”
 
美國宇航局交了權
 
  當SpaceX和Orbital Sciences在發射補給任務方面取得節節進步時,美國宇航局開始認真地考慮這些公司能不能不只是運送貨物,而且還能運人。2009年還有一件重大里程碑事件。在SpaceX的獵鷹9號火箭起飛之前,奧巴馬政府下令成立的載人航天委員會總結稱:“載人進入近地軌道的商業服務已經觸手可及。”
 
  兩年后,商業載人項目(CCP)宣布實施,最終使SpaceX和另外一家商業機構波音(Boeing)公司分別獲得26億美元、42億美元,用于研發載人的龍飛船和CST-100星際飛船(Starliner)。
 
  但是,將載人航天的職責移交出去并非易事。McAlister說:“美國宇航局自從誕生以來,就一直以一種特別的方式來完成載人發射任務。從太空時代起始至今,我們一直都在做決策,我們一直肩負著這項職責。”
 
  挑戰者號、哥倫比亞號航天飛機失事,14名宇航員不幸殞命,凸顯著載人航天失誤的嚴重后果。“我們覺得這已經成為了我們DNA的一部分,我們必須承受這一切。”McAlister補充道。是否將載人航天委托給私營公司“是非常有爭議的辯論,不僅在美國宇航局內部如此,在奧巴馬政府、國會、公眾里的利益相關者們中間也是如此。”
 
  一部分保留意見認為,SpaceX代表著新的航天文化,這種更加無所忌憚的方式嚇壞了美國宇航局的一些人,但也讓一些人為之一振。
 
  比如,據Eric Berger在美國科技媒體Ars Technica上發表的一篇文章稱,在2010年獵鷹9號首次飛行之前,SpaceX曾使用電吹風來吹干被暴雨浸濕的火箭電子器件。在之后的一次獵鷹9號飛行中,埃隆·馬斯克在發現發動機裂紋后,讓工程師用金屬剪將火箭噴嘴底部切掉了約15厘米。
 
  “很大程度上,SpaceX反映出了埃隆·馬斯克的個性,有些虛張聲勢。”喬治華盛頓大學的退休教授、太空歷史學者John Logsdon說,“不過,在他們做事的過程中也表現出很多工程靈活性和工程智慧。”
 
SpaceX成為美國宇航局必選承運商的發展史
2019年4月11日,SpaceX的獵鷹重型火箭將Arabsat-6A通訊衛星送入軌道后,其兩側的推進器幾乎同步地成功降落在卡納維拉爾角空軍基地。
圖源:SPACEX
 
  “SpaceX是一家谷歌和臉書類型的公司,這是公司員工的類型所造就的,而且存在巨大的代際轉變。”史密森尼國家航空航天博物館的館員、歷史學者Jennifer Levasseur說,“這并不是你在其他地方能找到的朝九晚五的工作。它是包羅萬象的。所有人都要全身心投入才能讓它運轉起來。”
 
  埃隆·馬斯克倡導的那種漫不經心、極速狂飆的文化,可能促使這家公司在航天技術上取得了大幅進步,但這也引發了與前雇員的一些官司,與美國宇航局的一些爭執,甚至在埃隆·馬斯克在熱門播客訪談中吸食大麻之后,SpaceX對工作場所文化進行了一場正式審查。
 
  Logsdon說:“美國宇航局約翰遜太空中心的人們與波音公司共事很自在,而他們卻不得不學著跟SpaceX的人合作。”
 
愿意失敗
 
  通過美國宇航局商業載人項目進行載人任務的路途上,SpaceX也并非一帆風順。2015年,該公司的一枚火箭在起飛后爆炸,使原本計劃送往國際空間站的貨物被毀。次年,一枚獵鷹9號火箭在發射坪上進行燃料加注測試時爆炸,毀掉了搭載的以色列通訊衛星,引發人們擔憂SpaceX在人員已入艙后再加注燃料的計劃是否安全。
 
SpaceX成為美國宇航局必選承運商的發展史
2020年5月,在Demo-2成功發射后,SpaceX公司的首席執行官埃隆·馬斯克慶祝公司成功將美國宇航局宇航員Bob Behnken和Doug Hurley送入太空。
圖源:PAUL HENNESSY/SOPA IMAGES/LIGHTROCKET VIA GETTY IMAGES
 
  不過,每次事故之后,SpaceX都能找到原因并說服美國宇航局自己已經解決了問題。Levasseur說:“這事不僅關乎事故或失敗,而且關乎你如何從中恢復元氣。每一次,他們顯然都能夠說服美國宇航局:無論上次出現了什么樣的失敗,恢復工作都能減輕疑慮。”
 
  波音公司的載人航天之路上也充滿挫折。最近的一次發生在2019年12月,一艘未載人的星際飛船在試飛時因助推器點火失敗,未能進入正確軌道,無法與國際空間站對接。波音公司計劃在2020年底或2021年初再進行一次未載人的試飛,而如果試飛成功,該公司將在2021年年中首次用星際飛船載人航行。
 
  但是,目前為止,SpaceX是從美國飛往國際空間站的唯一渠道。該公司的獵鷹9號火箭成為了最可靠的火箭之一。該公司已經將獵鷹9號火箭的第一級成功著陸了57次且在不斷增多,使其能夠重復利用火箭最大的部分以及9臺主發動機。同一枚獵鷹9號火箭已經飛了6次,而SpaceX公司計劃重復利用10次才讓其退役。
 
  McAlister說:“SpaceX公司在可重復使用性方面確實突破了極限。”
 
  為了實現讓軌道火箭著陸這個目標,SpaceX公司毀掉了好幾枚火箭,讓助推器在公眾的眼皮底下爆炸。公司在過程中收集了必要的飛行數據,并最終在2015成功實現著陸。當研發新型火箭“星艦(Starship)”時,SpaceX仍然沿用這一做法。該公司在測試中銷毀了原型機,以解決運載火箭設計中的問題。
 
  Levasseur說,這種在研發航天器過程中“把東西拿出來,任它失敗的意愿,與我們見到的之前的模式大不相同。”她說,這種態度上的代際轉變,受到了的流行文化的啟發,比如獵鷹(Falcon)9號火箭的名字就來源于韓·索羅(Han Solo)的千年隼號(Millennium Falcon)飛船。“我們已經從巴克·羅杰斯(Buck Rodgers)和飛俠哥頓(Flash Gordon)這種類型轉向了《星際迷航》與《星球大戰》。”
 
  盡管美國宇航局起初有所保留,但這種新的方式似乎已經湊效。美國宇航局對載人龍飛船的認證,再次凸顯了SpaceX的成功。載人龍飛船,是從約40年前航天飛機獲得美國宇航局批準至今獲得認證第一艘載人航天器。那個虛張聲勢、拿吹風機吹零件、時不時炸火箭的SpaceX,如今即將重新塑造美國的太空獨立性。
 
(譯者:Mike-Gao)
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