首個(gè)獲得NASA認(rèn)證的商業(yè)載人航天系統(tǒng)

“3、2、1，點(diǎn)火?！本薮蟮陌咨珶熌话殡S著轟隆聲，梅林引擎全面點(diǎn)火?！癎o SpaceX，Go NASA，Go Crew-1 ”。絢爛的光亮劃過(guò)夜空。

北京時(shí)間 11 月 16 日早上 8 點(diǎn) 30 分，當(dāng)?shù)貢r(shí)間晚上 19:30，美國(guó)肯尼迪航天中心 39A 發(fā)射臺(tái)上，獵鷹 9 號(hào)火箭搭載著龍飛船點(diǎn)火升空，4 名宇航員搭乘 SpaceX 的龍飛船奔赴國(guó)際空間站。 2 分 50 秒，火箭的第一級(jí)成功分離，同時(shí)第二級(jí)點(diǎn)火成功，將飛船送往更深處的太空。

9 分 05 秒，第二級(jí)火箭完成了自己的護(hù)送任務(wù)，順利熄火。9 分 40 秒，第一級(jí)火箭落入回收船，成功回收。 一切都顯得輕車(chē)熟路，馬斯克旗下的 SpaceX 團(tuán)隊(duì)遵循操作流程，順利完成了來(lái)自美國(guó)航空航天局（NASA）的第一單生意，再次延續(xù)了今年 5 月 “首次商業(yè)載人航天測(cè)試” 創(chuàng)下的豐功偉績(jī)。 這是 SpaceX 首次正式展開(kāi)商業(yè)運(yùn)營(yíng)的載人航天任務(wù)，對(duì)于 SpaceX 和 NASA 來(lái)說(shuō)，是一個(gè)新的里程碑和轉(zhuǎn)折點(diǎn)，標(biāo)志著美國(guó)的載人航天向恢復(fù)常規(guī)化發(fā)射邁出重要一步。 本次飛行任務(wù)名為 Crew-1（1 號(hào)機(jī)組），4 名宇航員中，有 3 位來(lái)自美國(guó)，分別是：邁克爾?霍普金斯（Michael Hopkins）、維克托?格洛弗（Victor Glover）和香農(nóng)?沃克（Shannon Walker），還有 1 名來(lái)自日本的航天員野口聰一（Soichi Noguchi），他們將與國(guó)際空間站上的另外三名機(jī)組成員匯合，會(huì)在國(guó)際空間站上生活工作 6 個(gè)月，直到 2021 年春季離開(kāi)。

圖｜歡送儀式 首個(gè)獲得 NASA 認(rèn)證的商業(yè)載人航天系統(tǒng) 5 月份的龍飛船載人首航曾在全球范圍內(nèi)引起高度專注，當(dāng)時(shí)兩名美國(guó)宇航員鮑勃?本肯（Robert Behnken）和道格?赫爾利（Douglas Hurley）閃亮登場(chǎng)，圓滿完成了 NASA 的 SpaceX Demo-2 測(cè)試飛行任務(wù)，驗(yàn)證了龍飛船的可靠性。 現(xiàn)在，NASA 正在與 SpaceX 達(dá)成某種程度上的定期飛行模式，機(jī)組規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，約每六個(gè)月左右，就會(huì)有一組四名宇航員往返于國(guó)際空間站，Crew-1 便是 2020 年～2021 年間，三班已預(yù)定的龍飛船航班中的第一班。 龍飛船就像一輛太空商業(yè)出租車(chē)，供 NASA 的宇航員或其他客戶常態(tài)化往返于國(guó)際空間站。 2020 年 5 月 31 日的 SpaceX Demo-2 任務(wù)，是世界范圍內(nèi)，商業(yè)航天公司首次將人類送入太空軌道。而此次則是龍飛船首次正式執(zhí)行任務(wù)。從此以后，SpaceX 將變成 NASA 的專用載人航天系統(tǒng)提供方。 SpaceX 方面表示，在開(kāi)發(fā)龍飛船的過(guò)程中，累計(jì)完成了約 800 萬(wàn)小時(shí)的硬件、軟件測(cè)試，700 項(xiàng)龍飛船的 SuperDraco 推進(jìn)器測(cè)試以及近 100 項(xiàng)龍飛船降落傘的測(cè)試和飛行，所有這些工作和兩次試飛之后，NASA 又進(jìn)一步對(duì)龍飛船及其獵鷹 9 火箭進(jìn)行了系統(tǒng)驗(yàn)收。 2020 年 11 月 11 日，NASA 在官網(wǎng)宣布，SpaceX 獲得首個(gè)載人商業(yè)航天系統(tǒng)的完整認(rèn)證，這也是該局首次提供私人載人飛行器的認(rèn)證。NASA 局長(zhǎng)吉姆?布萊登斯?。↗im Bridenstine）對(duì)外表示：“我想很自豪地說(shuō)，我們將能夠使用美國(guó)的火箭和航天器，讓定期的人類航天發(fā)射重回美國(guó)?！?“這個(gè)認(rèn)證是 NASA 和 SpaceX 取得的令人難以置信的成就，突出了我們可以與商業(yè)伙伴合作，共同取得歷史性的進(jìn)步?！? 馬斯克回應(yīng)稱：“這是一項(xiàng)偉大的榮譽(yù)，讓我們對(duì)重返月球、前往火星，乃至最終幫助人類成為多行星居民的未來(lái)充滿信心?！? 對(duì)于 NASA 來(lái)說(shuō)，自 2011 年航天飛機(jī)項(xiàng)目結(jié)束以后，近 10 年來(lái)一直過(guò)得很憋屈，也導(dǎo)致美國(guó)的宇航員們不得不乘坐俄羅斯火箭前往空間站，單人 “票價(jià)” 高達(dá) 8000 多萬(wàn)美元，近年來(lái)還不斷漲價(jià)。 但當(dāng) SpaceX 的龍飛船從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角起飛后，它有效地結(jié)束了美國(guó)載人航天史上的這段尷尬空白期，扛起了阿波羅計(jì)劃、航天飛機(jī)之后的未來(lái)歷史重?fù)?dān)，揭幕了人類太空飛行新時(shí)代。 “Launch America”，發(fā)射直播間打著這樣的標(biāo)語(yǔ)，讓載人航天發(fā)射能力重回美國(guó)的工作，NASA 已經(jīng)籌備了近十年時(shí)間。 美國(guó)上一個(gè)載人航天輝煌時(shí)代屬于航天飛機(jī)，一個(gè)真正意義上可重復(fù)使用的航天運(yùn)輸系統(tǒng)。 1981 至 2011 年，美國(guó)共制造出五架功能完整的航天飛機(jī)軌道飛行器，起初的四架分別是 “哥倫比亞號(hào)”、“挑戰(zhàn)者號(hào)”、“發(fā)現(xiàn)號(hào)” 和 “亞特蘭提斯號(hào)”，但其中兩架因任務(wù)事故損毀，分別是 1986 年的 “挑戰(zhàn)者號(hào)” 升空爆炸和 2003 年的 “哥倫比亞號(hào)” 返航解體，14 名航天員不幸喪生，成為航天飛機(jī)時(shí)代留下的一個(gè)傷痛印記。1991 年，美國(guó)建造了第 5 架航天飛機(jī) “奮進(jìn)號(hào)”，用于取代 “挑戰(zhàn)者號(hào)”。 5 架航天飛機(jī)在三十余年中共執(zhí)行了 135 次任務(wù)，每次都是從佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心起飛，它們承擔(dān)過(guò)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡、多枚人造衛(wèi)星和空間探測(cè)器運(yùn)載任務(wù)，執(zhí)行軌道科學(xué)實(shí)驗(yàn)，以及參與國(guó)際空間站的建設(shè)和維護(hù)，所有航天飛機(jī)的任務(wù)時(shí)長(zhǎng)總和為 1322 天 19 小時(shí) 21 分 23 秒。

據(jù)后來(lái)復(fù)盤(pán)估算，航天飛機(jī)計(jì)劃投入的預(yù)算總額高達(dá) 2210 億美元，單架航天飛機(jī)造價(jià)約 30 億美元，每次發(fā)射的成本各不相同，不但取決于飛行頻率，還受航天飛機(jī)計(jì)劃期間研究、維護(hù)、發(fā)展和調(diào)查程序的影響顯著，平均下來(lái)每次發(fā)射耗資約 16.42 億美元。 2011 年 7 月 21 日，“亞特蘭提斯號(hào)” 完成最后一次飛行任務(wù)，成本高昂且?guī)ё哌^(guò)多位航天員生命的航天飛機(jī)全部退役。 此后近十年，美國(guó)長(zhǎng)年依靠俄羅斯聯(lián)盟號(hào)宇宙飛船將航天員送上國(guó)際空間站，直至 2020 年 5 月 30 日以 SpaceX 為代表的商業(yè)載人航天首飛。 早在航天飛機(jī)退役之前，NASA 已有意將美國(guó)載人航天的任務(wù)有計(jì)劃地向商業(yè)市場(chǎng)轉(zhuǎn)移，這項(xiàng)計(jì)劃被稱為商業(yè)乘員計(jì)劃（CCP），其目標(biāo)是創(chuàng)建往返國(guó)際空間站和低地球軌道的安全，可靠和經(jīng)濟(jì)高效的空間運(yùn)載系統(tǒng)，CCP 也投資了多家美國(guó)商業(yè)航天公司，開(kāi)放技術(shù)生態(tài)，讓商業(yè)航天力量展開(kāi)競(jìng)逐。

圖｜商業(yè)航天主要供應(yīng)商分布 2010 年，NASA 在《美國(guó)復(fù)蘇與再投資法案》（ARRA）資金中為 “商業(yè)船員發(fā)展第 1 輪”（CCDev1）投資了近 5000 萬(wàn)美元，以刺激私營(yíng)企業(yè)展開(kāi)努力，并幫助這些企業(yè)開(kāi)發(fā)和測(cè)試安全可靠和具有成本效益的航天運(yùn)輸能力，包括航天器、運(yùn)載火箭、發(fā)射中止系統(tǒng)、環(huán)境控制和生命支持系統(tǒng)、運(yùn)載火箭應(yīng)急檢測(cè)系統(tǒng)等等，那時(shí) SpaceX 還名不見(jiàn)經(jīng)傳。 獲得第一波資助的項(xiàng)目方包括：藍(lán)色起源（Blue Origin，370 萬(wàn)美元）、波音（Boeing，1800 萬(wàn)美元）、帕拉貢航天發(fā)展公司（Paragon Space Development Corporation，140 萬(wàn)美元）、內(nèi)華達(dá)山脈公司（Sierra Nevada Corporation，2000 萬(wàn)美元）、聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（United Launch Alliance，670 萬(wàn)美元）。

“商業(yè)船員發(fā)展第 2 輪”（CCDev2）于 2011 年 4 月啟動(dòng)，當(dāng)時(shí) NASA 向四家公司提供了總計(jì)近 2.7 億美元的資金，SpaceX 首次入圍被授予 7500 萬(wàn)美元的資助，其余的則分配給藍(lán)色起源（2200 萬(wàn)美元）、波音（9230 萬(wàn)美元）、內(nèi)華達(dá)山脈公司（8000 萬(wàn)美元）。 到了第三輪商業(yè)船員綜合能力（CCiCap）階段，誕生了三個(gè)完全集成的商業(yè)載人航天系統(tǒng)，NASA 根據(jù)《空間法》協(xié)議要求行業(yè)合作伙伴開(kāi)發(fā)機(jī)組人員的運(yùn)輸能力，并進(jìn)行測(cè)試以驗(yàn)證，驗(yàn)證和完善集成設(shè)計(jì)，并給予更多的資金扶持：SpaceX（4.4 億美元）、波音（4.6 億美元）、內(nèi)華達(dá)山脈公司（2.125 億美元）。 最后就到了真正 PK 商業(yè)落地能力，NASA 會(huì)授予經(jīng)過(guò)認(rèn)證的商業(yè)航天公司合同，讓他們運(yùn)載 NASA 宇航員。在認(rèn)證產(chǎn)品合同（CPC）期間，NASA 共授予了近 3000 萬(wàn)美元：SpaceX（958.9 萬(wàn)美元）、波音（993.30 萬(wàn)美元）、內(nèi)華達(dá)山脈公司（1000 萬(wàn)美元）； 在商業(yè)船員運(yùn)輸能力合同（CCtCap）方面，經(jīng)過(guò)多年公開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)之后，2014 年 9 月 NASA 授予了兩份巨額合同。 通過(guò)其認(rèn)證工作，NASA 將確保所選的商業(yè)運(yùn)輸系統(tǒng)滿足該機(jī)構(gòu)將 NASA 機(jī)組人員運(yùn)送到國(guó)際空間站的安全和性能要求。根據(jù) CCtCap 合同，NASA 共授予了 68 億美元：波音（42 億美元）與 SpaceX（26 億美元）。

扶持起來(lái) SpaceX，是 NASA “商業(yè)航天員計(jì)劃” 的一部分，在仔細(xì)研究驗(yàn)收了 SpaceX 的載人飛行數(shù)據(jù)后，NASA 證實(shí)了龍飛船確實(shí)已經(jīng)準(zhǔn)備好承載常規(guī)的載人航天飛行任務(wù)。 相對(duì)于其他幾個(gè)競(jìng)標(biāo)對(duì)手，SpaceX 最大的區(qū)別和優(yōu)勢(shì)在于，他們的團(tuán)隊(duì)完成了從獵鷹 9 號(hào)火箭、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)到龍飛船的整套系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)與測(cè)試，而波音和內(nèi)華達(dá)山脈公司的載人飛船，則需要使用聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的 Atlas V 型火箭。 整體的設(shè)計(jì)讓 SpaceX 對(duì)自己的載人發(fā)射系統(tǒng)知根知底，更有技術(shù)把控力，即便前期測(cè)試歷經(jīng)過(guò)多次失敗遭到不少嘲笑和反對(duì)，也一度讓馬斯克崩潰落淚，但能在不斷復(fù)盤(pán)總結(jié)中形成系統(tǒng)化的工程改進(jìn)，直至項(xiàng)目成功。 首次正式任務(wù)，為保證萬(wàn)無(wú)一失而推遲 11 月 15 日，這個(gè)最終的發(fā)射日期，在確定前，曾不止一次地被延遲。最初，Crew-1 的發(fā)射日期定在 8 月 30 日，而 NASA 以后勤和技術(shù)問(wèn)題為由，將任務(wù)推遲到 9 月下旬、10 月 23 日、10 月 31 日，最后推遲到 11 月中旬。 10 月 2 日，獵鷹 9 號(hào)第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)氣體發(fā)生器在一次非 NASA 任務(wù)發(fā)射嘗試中的異常行為，這使得發(fā)射日期最終被推遲到 11 月 15 日。 當(dāng)天，SpaceX 公司的獵鷹 9 號(hào)火箭原計(jì)劃為美國(guó)太空部隊(duì)發(fā)射一顆 GPS 衛(wèi)星。在倒計(jì)時(shí)時(shí)間還剩下兩秒的時(shí)候，發(fā)射被自動(dòng)中止了，因?yàn)?a href="http://ttokpm.com/v/tag/117/" target="_blank">傳感器檢測(cè)到的讀數(shù)偏離正常值。此次執(zhí)行任務(wù)的獵鷹 9 號(hào)就是執(zhí)行此次 Crew-1 任務(wù)的火箭。 “當(dāng)我們查看數(shù)據(jù)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)其中兩個(gè)引擎試圖提前啟動(dòng)，而自動(dòng)中止系統(tǒng)阻止了這種情況，”SpaceX 副總裁 Hans Koenigsmann 表示，“通過(guò)這樣做，它避免了可能出現(xiàn)的硬啟動(dòng)，而這種硬啟動(dòng)可能會(huì)損害發(fā)動(dòng)機(jī)硬件。” 事后的檢查中發(fā)現(xiàn)，獵鷹 9 號(hào)第一級(jí)的 9 個(gè)梅林發(fā)動(dòng)機(jī)中，有 2 個(gè)出了問(wèn)題。Hans Koenigsmann 在 10 月底的新聞發(fā)布會(huì)上表示，原因是這 2 個(gè)引擎保留了一種 “遮蔽漆” 的殘留物。 這種遮蔽漆原本是為了在防腐陽(yáng)極氧化處理過(guò)程中保護(hù)敏感部件。而進(jìn)行處理的供應(yīng)商事后并沒(méi)有清除所有漆層，一些殘留的漆層堵塞了兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的 1.6 毫米寬的通風(fēng)孔，而這兩個(gè)通風(fēng)孔所在的閥門(mén)，本應(yīng)在 10 月 2 日為兩級(jí)獵鷹 9 號(hào)供電。 發(fā)現(xiàn)這個(gè)問(wèn)題后，SpaceX 還排查了即將執(zhí)行其它任務(wù)的獵鷹 9 號(hào)，也發(fā)現(xiàn)了類似的問(wèn)題，之后更換了所有有問(wèn)題的梅林發(fā)動(dòng)機(jī)。 除了更換發(fā)動(dòng)機(jī)，SpaceX 還根據(jù)第一次載人航天任務(wù) ——Demo-2 任務(wù)中掌握到的測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)龍飛船進(jìn)行了一些調(diào)整。 最大的變化是航天器的隔熱板，這是一個(gè)關(guān)鍵的部件，可以防止飛行器在地球大氣層中摩擦過(guò)熱。SpaceX 公司發(fā)現(xiàn)，當(dāng) Demo-2 船員 8 月份返回時(shí)，隔熱板上的一些隔熱材料侵蝕程度超過(guò)了團(tuán)隊(duì)的預(yù)期。 SpaceX 方面聲稱這種程度的損壞還不會(huì)對(duì)機(jī)組人員造成人身危險(xiǎn)，但公司選擇重新設(shè)計(jì)加強(qiáng)隔熱板，SpaceX 公司負(fù)責(zé)制造和飛行可靠性的副總裁漢斯?柯尼格斯曼（Hans Koenigsmann）在 10 月份的一次媒體溝通會(huì)上說(shuō)：“宇航員們一直都很安全，飛行器工作整體很完美?！薄斑@是我們?cè)跈z查中發(fā)現(xiàn)的一點(diǎn)不足，然后決定，在這個(gè)特定區(qū)域加強(qiáng)隔熱罩。”

圖｜龍飛船被打撈起來(lái) 龍飛船機(jī)組人員的降落傘也表現(xiàn)出與預(yù)期的不同，為了在海洋中輕輕地濺落，太空船部署了一系列降落傘來(lái)減速，SpaceX 改進(jìn)了龍飛船測(cè)量外界氣壓的方式，以便確定飛船在大氣層內(nèi)何時(shí)釋放降落傘。 最后一點(diǎn)是區(qū)域管制。8 月份，當(dāng)龍飛船在彭薩科拉海域墜落時(shí)，一大群駕船者好奇地想近距離觀察這艘宇宙飛船。但如果離得太近，并且沒(méi)有采取防護(hù)措施的話，飛船使用的推進(jìn)劑和燃料可能會(huì)對(duì)普通人產(chǎn)生毒性。 為了防止這樣的場(chǎng)面重演，SpaceX 和 NASA 表示，他們將與美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)合作，在龍飛船返回的海域附近建立了一個(gè) 10 英里范圍的隔離區(qū)，這樣就不會(huì)有未經(jīng)授權(quán)的游客靠近水中的飛船。 宇航員將在空間站對(duì)接下一艘 SpaceX 龍飛船 1 號(hào)機(jī)組的發(fā)射看起來(lái)與 5 月份的發(fā)射流程幾乎相同，盡管這一次是在晚間進(jìn)行。Crew-1 任務(wù)的四名宇航員，親切地將此次執(zhí)行任務(wù)的龍飛船稱為 “韌性”（Resilience）。 起飛后 12 分鐘，龍飛船就能進(jìn)入預(yù)定軌道，但宇航員們需要在軌道上度過(guò)一天多的時(shí)間，才能追趕抵達(dá)國(guó)際空間站，預(yù)計(jì)在美國(guó)東部時(shí)間 11 月 16 日星期一晚上 11 點(diǎn)左右完成對(duì)接，這將比 Demo-2 任務(wù)還要長(zhǎng)，上次花了大約 19 個(gè)小時(shí)才到達(dá)國(guó)際空間站，好在多數(shù)工作都會(huì)由系統(tǒng)自動(dòng)化完成，例如軌道提升、與空間站的通信連接、導(dǎo)航與對(duì)接等。

圖｜Space X龍飛船往返空間站流程圖 目前在國(guó)際空間站上的生活的航天員，有來(lái)自俄羅斯的宇航員謝爾蓋?雷吉科夫（Sergey Ryzhikov）和謝爾蓋?庫(kù)德?斯維奇科夫（Sergey Kud-Sverchkov），以及美國(guó)宇航局宇航員凱特?魯賓斯（Kate Rubins），SpaceX 1 號(hào)機(jī)組人員的到來(lái)，將是第一次有 7 個(gè)人在國(guó)際空間站生活和工作，因?yàn)樵谶^(guò)去 10 年中，國(guó)際空間站上的宇航員通常最多只駐有 6 個(gè)人。 然而，單純就運(yùn)載能力來(lái)講，一艘龍飛船的設(shè)定其實(shí)能滿足 7 名宇航員往返。 在空間站停留期間，Crew-1 號(hào)的宇航員將看到一系列無(wú)人駕駛的宇宙飛船，其中包括 SpaceX 公司的下一代貨運(yùn)飛船天鵝座諾斯洛普?格魯門(mén)，以及前往空間站的無(wú)人駕駛飛行測(cè)試中的波音 CST-100 星機(jī)。他們還將在 2021 年進(jìn)行各種太空行走，歡迎俄羅斯聯(lián)盟號(hào)飛船和下一代 SpaceX 龍飛船的乘員。 在任務(wù)結(jié)束時(shí)，龍飛船將脫離空間站重新進(jìn)入地球大氣層，在佛羅里達(dá)海岸附近濺落之后，全體船員將被一艘 SpaceX 公司的回收船從海上救起，然后被帶到岸上登上一架飛機(jī)，返回休斯頓的約翰遜航天中心。

作為第一個(gè)通過(guò)了 NASA 認(rèn)證的商業(yè)航天系統(tǒng)，很多人看到了 SpaceX 激進(jìn)與領(lǐng)先的高光時(shí)刻，感嘆其發(fā)展之迅猛。但這背后，仍是一個(gè)立足美國(guó)航天產(chǎn)業(yè)深厚的優(yōu)勢(shì)，制度扶持，穩(wěn)扎穩(wěn)打、不放棄的商業(yè)航天創(chuàng)業(yè)故事，SpaceX 從 2002 年創(chuàng)辦至今已有 18 年，達(dá)到如今的高度并無(wú)捷徑可循。

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