面向“国际空间站”的美国载人航天商业化途径

王景泉（北京空间科技信息研究所）

□□经过多次推迟，2012年5月22日，美国私营航天公司—太空探索技术公司（SpaceX）研制的猎鹰－9（Falcon－9）火箭终于第二次把“龙”（Dragon）货运飞船发射升空。经过3天飞行，“龙”货运飞船成功与“国际空间站”对接。5月31日，“龙”货运飞船在完成为“国际空间站”运送补给的任务后，成功溅落在太平洋海面。这是航天飞机退役后美国首次向“国际空间站”运送货物的验证飞行，并意味着美国面向“国际空间站”的载人航天发展逐步走向商业化途径，为长远的载人航天发展开辟了新道路，使美国航天商业化迈上新台阶。

1 美国载人航天商业化的国家级决策

21世纪以来，美国三届总统的沃克、奥尔德里奇和奥古斯丁专门委员会都对本届政府的航天计划进行了考查，得出的共同结论是，发展商业载人航天非常迫切，未来的私营部分必须成为载人航天发展的突出角色。3个总统专门委员会都认为，强势的空间工业要求更多地依赖非政府的投资和私营企业视野的不断拓宽。

尽管航天业内对今后的航天商业化十分认同，但当奥巴马政府宣布民用航天特别是载人航天将较大程度地实施商业化时，在国会还是引起了激烈争论。美国航空航天局（NASA）航天新方向的反对派主张，如果放弃“旧的航天路线”，就会失去占具领先地位的机会。然而3个总统专门委员会的结论刚好相反，认为未来的太空领先地位主要取决于将商业部分引入国家太空目标的进程，以及由此引发的民用和军用航天系统经证实的综合能力。2001－2002年的未来美国航空航天工业总统委员会曾建议，对实现国家太空目标采用太空商业化的实质性途径势在必行。必须看到民用和军用空间计划向商业空间活动拓展的基本需求，政府和投资机构必须对可利用的商业机会更加重视和十分敏感。

2012年5月25日，“国际空间站”上的遥控机械臂成功捕获了“龙”飞船

当年小布什总统提出载人重返月球然后飞往火星时，他就要求由前空军部长彼得·奥尔德里奇牵头的月球、火星及地球轨道以远其他目标的总统委员会，研究怎样的构想能够在现实的投资范围内实现。奥尔德里奇委员会的报告清楚地阐明，在可实现的和财政合理的计划内，商业航天必须充当主要角色。实际上当时围绕新构想，美国航空航天局重构的重返月球计划就开始支持商业化发展。当时提出的具体建议是，将为低地球轨道（LEO）开发的商业发射飞行器作为基础并进行拓展，将低地球轨道逐渐变成商业性的航天轨道区域。根据奥巴马总统的要求，美国载人航天飞行计划评审委员会直白地提出了美国民用航天计划发展的新思路，认为国家机构必须将一部分计划让给商业投资者，国家队伍主要从事大型探索性的新计划。载人的星座计划存在空想性等问题，面临巨大的技术和经济挑战，特别是由于本国财政无力支持，加之没有更多地集中于促进商业发射能力的开发，未来的许多年不得不依赖俄罗斯进行“国际空间站”的补给发射，使得奥巴马政府面临着新方向的决择。毫不奇怪，美国航空航天局转向奥古斯丁委员会提出的方案，也在一定程度上继承了上一届政府更多地依赖商业航天提供者的思路。为此也必须取消星座计划的主要部分，做出了国会中传统的美国航空航天局支持者不欢迎的商业化决策。承包商、美国航空航天局中心和航天员英雄都批评该计划，由于这时的商业航天建议更像与旧的航天途径在争夺经费，因而对扩展私营部分的开发引来了严厉的批评。也由于商业发射工业服务在未来向“国际空间站”运送货物和人员，是美国航空航天局构想的作为私营公司的主要任务，因此引起了激烈的辩论。但商业途径在争论中越发凸显，国会为美国航空航天局的未来构建了新的计划，包括若干商业航天的投资，初期主要焦点是美国航空航天局研制新的重型运载火箭。

2 以商业货运飞船开路

2006年1月18日，美国航空航天局宣布为验证轨道运输业务的商业机会，计划到2010年前投资5亿美元支持私营公司发展向“国际空间站”运送有效载荷的能力。由于这种业务要求精确的入轨和与其他飞行器交会对接，因此面临着更大的挑战。参与的商业公司必然要在具体的服务领域参与竞争，这是必要的过程，小布什政府的美国航空航天局局长格里芬就表示，没有提供得起的商业轨道运输服务(COTS)，美国航空航天局就将忙于“国际空间站”的运行，就没有足够的资金来实现太空探索新构想的目标。

“龙”货运飞船飞往“国际空间站”示意图

2006年8月，美国航空航天局宣布，根据商业轨道运输服务计划，太空探索技术公司和火箭飞机公司（Rocketplane Kistler）分别获得2.78亿美元和2.07亿美元承担“国际空间站”运货飞行器研制任务。火箭飞机公司不能按期执行承诺，遂于2008年8月美国航空航天局终止其合同（花去了3200万美元），并于2008年12月将剩下的1.7亿美元转授轨道科学公司（OSC），用于研制向“国际空间站”运货的飞行器。

太空探索技术公司研制商业货运飞船

根据2006年太空探索技术公司和美国航空航天局签订的协议，太空探索技术公司研制“龙”货运飞船和猎鹰－9中型运载火箭。2009年初期，美国航空航天局又签订了2个商业轨道运输服务合伙协议，合同金额5亿美元，进行商业货物运输验证飞行。通过竞争选择的公司是轨道科学公司和太空探索技术公司。

太空探索技术公司自2004年国会授权美国联邦航空局（FAA）签发商业轨道再入许可证以来，该公司是第一个曾经由FAA批准大气层再入许可证的公司。在发射许可证正式生效以前，还必须获得飞行器大气层再入许可证。根据和美国航空航天局的2.78亿美元的商业轨道运输服务协议，在2012年定期向“国际空间站”补给飞行以前，太空探索技术公司必须完成3～4次逐渐增加复杂性的中型猎鹰－9和“龙”货运飞船的验证飞行。该公司获得了这些交付的独立合同，包括12次飞行，合同金额16亿美元。猎鹰－9火箭已经进行了一次携带“龙”货运飞船的鉴定飞行。“龙”货运飞船往“国际空间站”运送低价值的货物，并设计为每次任务以后回收，重复使用。

2008年9月，太空探索技术公司和美国航空航天局签订第一个猎鹰－9和“龙”货运飞船的验证飞行商业轨道运输服务协议。同年12月美国航空航天局授予太空探索技术公司货物运送合同，合同要求在12次飞行中，向“国际空间站”运送货物20t。合同金额基数16亿美元，根据情况可最多增加到31亿美元。

“龙”飞船分为载货型与载人型2种形式，载人“龙”飞船未列入本阶段计划。载货型“龙”飞船被称为“龙飞船实验室”（DragonLab），是可重复使用和自由飞行的飞行器，能够运载加压和非加压有效载荷。主要分系统包括推进、电源、热和环境控制、电子、通信、防热、飞行软件、制导和导航系统，以及再入、下降、着陆、回收系统。发射质量6000kg，返回质量3000kg。

2010年12月，太空探索技术公司成功进行了第一次飞行验证。后续的飞行任务，要求“龙”货运飞船在地球轨道飞行过程中，能发射遥测数据、接收指令、机动，并与“国际空间站” 进行交会对接，完成任务后再入大气层在太平洋海域安全着陆回收。

美国航空航天局原要求在正式提供日常轨道运输服务前进行3次飞行验证，并从2012年开始，向“国际空间站”运送货物。第1次飞行验证猎鹰－9中型运载火箭将“龙”货运飞船送入轨道，拉开载人航天商业轨道运输服务的序幕。“龙”货运飞船的验证虽然不要求对接，但除应具有精确轨道机动能力外，还必须具有接近操作能力。第2次飞行验证将飞行时间延长到5天，使得“龙”货运飞船和“国际空间站”接近到10km以内，并能利用无线电交叉链路允许空间站机组人员可以接收“龙”货运飞船的遥测信号和向该飞船发出遥控指令。第3次即最后一次验证飞行，安排“龙”货运飞船和“国际空间站”第一次进行轨道对接。但实际情况是，第二次飞行验证就进行了第一次轨道对接。

轨道科学公司研制商业货运飞船

“龙”货运飞船

轨道科学公司是另一个商业轨道运输服务的提供者，正在研制“天鹅座” （Cygnus）货运飞船和“心大星”（Antares）运载火箭。“天鹅座”飞船包括服务飞船和货运飞船两部分。服务飞船总质量1800kg，利用肼和氧化氮推进，砷化镓太阳电池阵提供4kW电力。货运飞船有2种类型，一种是基于意大利研制的多用途后勤飞船而设计的压力货运飞船，总质量3500kg，有效载荷2000kg，总压力容积18.7m3。另一种是基于美国航空航天局快车后勤搬运器的压力货运飞船。该货运飞船经轨道机动靠近“国际空间站”后，利用加拿大机械臂－2（Canadarm－2）抓住它，并利用与日本H－2转移飞行器（HTV）相似的方式，连接到“国际空间站”和谐号节点舱的通用连接机构实现对接。尽管这两种货运飞船都不具备返回能力，它们却都能像俄罗斯进步号货运飞船一样，装载废旧设备和将再入大气层有破坏性影响的垃圾运出轨道。利用机械设计的改变，“天鹅座”货运飞船还可变成适合支持“国际空间站”、其他空间站和推进剂轨道仓库的空间拖船。

商业化货运飞船将安全问题放在首位

商业化货运飞船是向“国际空间站”运送货物而首先开发的商业能力，主要目的是刺激私营部门开发和验证安全、可靠和高效费比的空间运输系统。

太空探索技术公司研制的“龙”货运飞船在允许停靠“国际空间站”以前，必须验证其满足“国际空间站”对接要求的精确轨道机动能力，以保证安全，而不真正进行对接。2个接近操作验证目标完成评估后，才实施交会对接的第三个验证目标。综合性商业轨道运输服务验证飞行分析发现，“龙”货运飞船将有足够的燃料完成上述飞行，保证安全。

在“国际空间站”参与机构范围内，这些活动正在进行协调与对话。俄罗斯作为“国际空间站”的关键成员，其空间机构载人航天负责人表示，在可靠性和安全性必须的水平得到证实以前，俄罗斯不同意美国新的商业飞船和空间站对接，认为到目前为止，还没有证据证明新的商用飞船符合载人航天飞行安全可接受的标准。

对此美国航空航天局官员表示，太空探索技术公司公司以及研制“天鹅座”货运飞船和心大星运载器的轨道科学公司等商业轨道运输服务提供者都将执行和欧洲的自动转移飞行器（ATV）和日本的H－2转移飞行器（HTV）等访问飞行器相同的安全标准。“龙”货运飞船和“天鹅座”货运飞船还将采用和所有“国际空间站”的访问飞行器一样的程序，“国际空间站”的参与者例行公事的协调就是为了保证，任何造访的货运和载人飞行器都不能危及乘员和空间站的安全。

“天鹅座”货运飞船接近“国际空间站”示意图

“国际空间站”的所有合作伙伴需要经常进行协调，保证乘员和空间站的安全，不能由于载人和运货飞行器的任何访问而受到威胁。从这个意义上说，美国商业飞行器不能例外，必须都通过标准程序验证，保证各种操作的安全。“国际空间站”的合作伙伴不可避免的会遇到与空间站的接近和对接等安全问题，这些在访问飞行器的设计要求中都已明确安全要求。目的是所有活动中都必须考虑对访问飞行器对接的支持。

3 载人飞船商业化的投资方式

较之传统投资方式发展途径的主要突破

所谓载人航天的商业化，实际上就是采购方式的改变。具体说，商业采购采用空间项目协议（SAA）代替联邦采购规则（FAR），采用固定价格的基本时间节点途径而不再是传统的成本加合同途径，要求私营公司投资，使承担公司进入竞赛状态。这种采购策略已经通过商业轨道运输服务计划和商业乘员发展计划（CCDev）前两轮的过程进行了成功的验证。

合同策略发生了重大改变。商业乘员发展计划是一个多阶段的空间技术发展计划，主要目的是鼓励低地球轨道乘员飞行器的私营化发展，支持有能力的商业实体研究系统方案、突破关键技术，最终实现商业化载人运输系统。但要求在协议的时间框架内，使得美国长期的领先能力、技术和商业乘员风险缓解有重大进步。该计划由美国政府投资，美国航空航天局负责管理，并成立了商业乘员和货物计划办公室具体运转。最终将至少选择两家提供者向“国际空间站”运送人员。

商业乘员发展计划的投资方式与航天飞机、“阿波罗”、“双子星”和“水星”时代传统空间工业承包商投资方式完全不同，这是所谓商业化的实质。合同明确规定只为希望用于美国航空航天局目的的具体分系统技术开发目标投资，所有其他系统的技术开发则由商业承包者自己投资。提出的合同采用固定价格方式，即只为里程碑的性能付费，美国航空航天局的投入是固定的。

商业乘员发展计划的第一和第二轮，采用的合同机制称为空间项目协议(SAA)，这是一种非传统的合同方式，特点是实施“另外的处理授权”，在某种程度上可以说是传统投资方式迂回的合同规则。特点是确定的里程碑实现后，承担公司才能获得资金。

空间项目协议的优势是多方面且各种各样的，如承认私营部分投资，建立私营部分能力等。根据空间项目协议，允许参与公司保留其知识产权，可防止这些产权转手归政府所有或由竞争公司享用。这种专利权保护对任何公司在该领域的独立开发都是关键的。此外，控制问题也十分重要。空间项目协议的固有灵活性可提供一个设计决策由私营公司决定而不是政府监管指定决策的框架，商业乘员飞行器提供者进行设计决策的能力，是商业乘员计划非常核心的问题，因为当政府改变要求时，公司可自主决定应对措施，因此可免除多层次官僚主义的约束造成的放慢进度和提高成本问题。

管理模式的艰难选择

商业载人飞船若是建立在空间项目协议基础之上，所采用的这种具有强烈法律色彩的飞行器研制模式，优点是原则上允许美国航空航天局采用清楚管理的途径，可更好地和可能的商业乘员飞行器提供者接触，避免采用联邦采购规则数千页密集规则的繁琐。甚至连国会都承认，采用联邦采购规则，要实现低成本的创新开发和验证是不可能的。这也是美国航空航天局为什么初期同意采用空间项目协议的原因。

然而后来发现，在这种方式下美国航空航天局不能及时调整要求，甚至乘员安全等关键问题，也只能向工业部门提出参考性要求，承担任务的商业单位自主性过强。工业部门如果选择了符合要求的设计，美国航空航天局就无法做到对空间项目协议中涉及里程碑节点的任何一项进行小的改动，更不能调整要求。这就意味着，根据空间项目协议，美国航空航天局无法接受这些要求的认可程序和为商业乘员飞行器所设计的验证系统的途径。总之，尽管这种途径对参与公司和纳税人都有好处，但出现的明显问题是，美国航空航天局面临逐渐失去关键栋梁的角色。

由于空间项目协议对美国航空航天局的权利有潜在的威胁，有人曾提出采用联邦采购规则方式的动意。同空间项目协议相反，联邦采购规则方式则是全部权利由政府控制和约束。联邦采购规则方式实际上是政府规则的文字具体化，采用的基于联邦采购规则的途径也将代表设计权利从商业乘员提供商退回到美国航空航天局的权力平衡的基本转移。这种转移将从基本原则和最终重大途径上改变商业乘员计划的真正性质。更重要的是，联邦采购规则方式需要花费许多钱。甚至连基于联邦采购规则途径的支持者都承认，实行联邦采购规则方式将意味着更多的官样文章，这同时就要求资金从工程师及其硬件研制中转向会计师、核算师和律师等，以验证是否遵守大量和广泛的法规要求，不仅涉及到所参与的商业乘员系统提供商，而且涉及到所有子承包商。

波音公司的乘员航天运输－100飞船透视图

由于联邦采购规则方式在时间和空间上存在的诸多挑战，当从工业部门接收到众多反馈后，美国航空航天局承认联邦采购规则方式难以实行。恐怕至少应采取混合途径，即在未来的合同中，联邦采购规则的成本核算标准要取消或修订。但只是简单地改变成本核算标准并以此期望采用联邦采购规则方式能够成功也是不现实的，因为即使成本核算标准和专利权问题都能够解决，矫正联邦采购规则存在的问题也太复杂，需要太长的时间。因此国会还是将给出美国航空航天局授权以空间项目协议作为首选，融进联邦采购规则的合理因素，形成混合途径。公正地区别两种途径，期望采用联邦采购规则方式促进商业乘员发展计划是困难的，要获得法规的许可改变所有的问题几乎是不可能的。相反，如果将联邦采购规则的多数内容加到空间项目协议，若不引入数千页不很切题的条款，都可能引起可怕的结果。

美国航空航天局最后决定采用混合途径，即结合空间项目协议的某些部分，也要融入管理更多传统合同的联邦采购规则。这种非传统合同方式，既能保持基于里程碑式的付费方式，又能使承担公司免除基于联邦采购规则合同的有代表性的成本计算标准。这种途径“综合了空间项目协议合同特点的最好部分，使得美国航空航天局能够批准可裁剪的要求，并能鉴定飞行器”。

“追梦者”空间飞机

美国航空航天局的商业乘员计划，开始考虑商业乘员发展计划－第三轮继续采用空间项目协议方式。商业乘员发展计划－第三轮设计要求建议（RFP）提出以后，美国航空航天局决定不再实施第三轮空间项目协议，结果商业乘员发展计划－第三轮变成混合模式的商业乘员计划。它由一系列竞争性的授权合同组成，美国航空航天局2011底为商业乘员计划发布最后的设计要求建议。

4 载人飞船商业化的主要步骤与阶段

商业乘员发展计划的第一轮实施

2010年期间实施商业乘员发展计划的第一阶段，美国航空航天局支持5家公司加速私营部门对载人飞船方案和技术途径的研究与开发。2010年2月，通过进一步的开放性竞争，支持5家以上的公司，美国航空航天局与之签订5000万美元的空间法案协议。这不是使用美国航空航天局的预算，而是利用来自于2009年美国经济复苏和再投资法案。主要是设计载人飞行器和进行相关的技术验证，探索未来载人航天的商业化途径。

这一轮采用空间项目协议的方式实施商业乘员发展计划，主要目的是刺激私营部门开发和验证载人航天能力。这些公司及其获得的合同金额分别是：

蓝色起源公司370万美元，进行推进创新的发射中断系统（LAS）和复合材料压力容器研制。截止2011年2月，该公司已经完成了合同规定的推进逃逸系统的所有工作，包括复合材料压力容器降低风险的研究。

波音公司耗资1800万美元，正在研制乘员航天运输－100（CST－100），截止2011年2月，完成了计划里程碑的94%，3月全部完成。

模范空间开发公司140万美元，正在研制插拔式环境控制和生命保证系统（ECLSS）、空气再生系统（ARS）的工程研制单元。到2010年底，完成了商业乘员运输空气再生系统、可用于多种不同的商业乘员飞行器生保系统等合同规定的所用工作。

内华达山脉公司耗资2000万美元，正在研制“追梦者”（Dream Chaser），一种可重复使用的空间飞机（spaceplane），具有向低地球轨道运送货物和最多运送8名乘员的能力。到2010年底，完成了工程的结构试验。

联合发射联盟ULA公司670万美元，研制演进型一次性运载火箭（EELV），用于载人发射紧急情况监测系统（EDS）。截止2011年2月完成了合同规定的所有工作，12月进行紧急情况监测系统的验证。

商业乘员发展计划的第二轮实施

商业乘员发展计划第二阶段的工作于2010年10月开始，周期大约14个月，主要对运载火箭和飞行器提出新方案和建议，加快提高系统设计和研制的成熟度。美国航空航天局从工业部门收到22份建议，选出了4家优胜者公司。蓝色起源、波音、内华达山脉和太空探索技术4家公司获得总额2.69亿美元的合同，研制乘员运输轨道飞行器。其中波音公司获得9230万美元，对乘员航天运输－100进行优化设计；蓝色起源公司获得2200万美元；内华达山脉公司获得8000万美元；太空探索技术公司获得7500万美元。

用1年的时间研究航天飞机退役后，新一代载人航天运输系统。期间，太空探索技术公司将其“龙”货运飞船送入轨道，并安全返回地球，而且该设计远低于那些典型的轨道计划成本。其他的太空公司，如内华达山脉公司、轨道科学公司和波音公司都要在此过程中建造自己的飞行器。2011年8月，美国航空航天局检查了4家公司的里程碑式进度。其中部分里程碑将从2011年第2季度延长到2012年第2季度，使每家公司能达到基本性能要求。4家公司的情况是：

蓝色起源公司获得2200万美元，提出支持双锥型鼻锥设计轨道飞行器的先进技术，包括发射中断系统和可重新启动的液氢液氧发动机（hydrolox）。可重复使用的乘员空间飞行器，首先用宇宙神－5（Atlas－5）火箭发射，然后用本公司自己的可重复使用的助推器系统推进，该助推器系统就是新型低成本的液氢液氧发动机。该公司目前的主要工作是进一步设计飞行器、研制航天员逃逸系统和为火箭助推器加速发动机的研制。

内华达山脉公司获得8000万美元，主要任务是进行“追梦者”空间飞机技术的扩展。跟轨道科学公司的设想类似，“追梦者”也采用升力体设计，是一种可重复使用的、有翼空间飞机，类似于航天飞机而不是太空飞船设计。利用维京公司的银河系统支持“追梦者”进入市场的商业服务，将利用维京公司的白骑士－2运载飞行器作为在2012年进行“追梦者”大气层试验飞行器降落试验的平台。以满足美国航空航天局的载人鉴定和降低风险等。

太空探索技术公司获得7500万美元，为“龙”飞船进行“集成化发射中断系统设计”，2011年10月获得美国航空航天局的初步设计批准，这是载人航天的不可缺少的要求，促进发展侧面安装的发射中断系统和乘员运输飞船，号称比所有以前载人空间飞船更传统的拖运塔途径具有优势。美国航空航天局和太空探索技术公司的合同期是2011年4月－2012年5月验证飞行，目标是2016年实现向“国际空间站”的商业飞行。

“天鹅座”飞船示意图

该公司是第二轮遴选的4家公司中已经向地球轨道发射飞行器进行试验唯一一家公司。2010年12月，该公司利用猎鹰－9火箭向太空发射了“龙”飞船，在地球轨道运行2圈后，安全降落到太平洋上，证明了私营公司向地球轨道发射飞行器并返回地球的基本能力。目前正根据美国航空航天局的鉴定要求进行评审，确定所有系统的设计状态。

波音公司获得9230万美元，提出在商业乘员发展计划 1800万美元目标以外，对7人的乘员航天运输－100进一步研制。该飞船具有载人和运货两种配置，并明确设计成可由多个不同运载器发射，可重复使用达10次以上。2011年5月，波音公司完成“德尔他”系统定义评审，其中包括对乘员航天运输－100方案的设计计划进行改进和完善，提高防护太空垃圾能力等。这种全部从集成系统角度的评审，主要保证设计和研制安全可接受的系统。

航天飞机退役后，只有俄罗斯具有向“国际空间站”运输的能力。俄罗斯给美国留出希望，为此俄罗斯也借机抬高价格，已宣布了运送航天员的新价格从5600万增加到6300万美元。如果美国商业化途径成功，一旦美国商业发射提供者具备了乘员运送飞行器的能力，每位航天员只需2000万美元。从预计的时间表来看，具备这种能力的时间明显短于美国航空航天局重新研制重型发射飞行器。

商业乘员发展计划开发的第三轮

商业乘员发展计划的第三计划的正式名称为集成化设计阶段。这是商业乘员发展计划全面研制阶段，持续时间为2年，通过关键设计评审（CDR），使飞行器设计达到较高的成熟度。

第三轮的周期主要是2011年底－2012年。美国航空航天局希望参与公司不仅确定飞行器，而且选定运载火箭。提出设计要求建议以后，希望商业乘员系统能用于向“国际空间站”的往返运送，并提供救援服务。

2011年底美国航空航天局进入第三轮商业乘员系统开发阶段后，美国航空航天局计划于2012年初向工业部门征询第三轮投资协议的建议，加快商业乘员飞行器的研制计划。商业乘员发展计划－第三轮将投资于“端到端”设计的运输系统（直接服务于用户），用于在低地球轨道运输航天员和私人乘客，并希望在航天飞机退役以后，依靠美国航空航天局自己的能力实现“国际空间站”的国内访问。通过落实投资工业建议，使硬件部分投产后，通过关键的设计评审，建立研制的里程碑。最终专门机构希望市场能支持多个提供者对美国航空航天局货物和乘员运输服务开展竞争。将商业乘员运输业务合同向下拓展，提高美国航空航天局投资多个公司的能力。到目前为止，美国航空航天局在前两轮商业乘员发展计划活动中，总共将3.2亿美元投向已建立和刚建立的空间公司，解决实现商业空间运输目标的成熟技术。

如果美国立法机构批准奥巴马总统发给国会的2012年预算蓝图，美国航空航天局将在2012年的商业乘员发展计划－第三轮中投资8.5亿美元。2011年美国航空航天局预算申请曾提出今后5年向3～4家公司投资60亿美元。但迫于减少联邦赤字的压力，未来几年投资私营研制空间渡船的投资被否决。但美国航空航天局商业乘员计划的负责人表示，即使如此也要和1家以上的乘员运输服务商签订合同，用维持竞争实现低成本。如果市场能够支持一家以上的提供者，将实现美国航空航天局、美国纳税人、工业部门和用户的最大利益，在2011年4月18日，美国航空航天局宣布了商业乘员发展计划－第二轮赢家公司后看到了希望，随着市场的成熟，预计一家以上的提供商将有足够的商业机会，美国航空航天局有信心使市场化随着事业的前进而出现。

当务之急，美国空间机构要选出4家公司建造航天飞机退役以后向低地球轨道和“国际空间站”运送航天员的商业轨道运输器。美国航空航天局授出商业乘员发展计划的第二批合同后增强了信心。希望这种低地球轨道的商业性替代，能使美国航空航天局腾出精力集中研制运送航天员到小行星和火星的系统。

商业乘员发展计划的第四轮

其正式名称为研制、试验、评估和鉴定阶段(DTEC)，包括这些飞行器的建造和初期的试验飞行。

5 各商业公司的特点与系统状况

美国4家研制商业轨道运输器的优胜公司是蓝色起源公司、内华达山脉公司、太空探索技术公司和波音公司。然而时间表并不乐观，准备载人到轨道的商业飞行器最早也到2014－2015年。这些公司具有不同的水平和处于不同的研制阶段。

（1）太空探索技术公司成为飞行验证的首家公司

太空探索技术公司是一家进行过一种轨道飞行器试验飞行的公司。2010年12月，太空探索技术公司利用其猎鹰－9火箭发射了“龙”飞船，并在海上着陆安全返回。2012年5月25日，“龙”飞船成为历史上第一种与“国际空间站”成功对接的商业飞行器。5月31日，“龙”飞船在完成为“国际空间站”运送补给的任务后，返回地球。

（2）波音将进行乘员航天运输－100乘员飞船飞行

波音公司正在研制称为乘员航天运输－100的载人飞船，可以和包括太空探索技术公司的猎鹰－9火箭、联合发射联盟（ULA）的宇宙神－5和德尔他－4火箭等多种火箭兼容。其特点是简单，以保证安全可靠和低成本。

利用刺激资金和早期从商业乘员发展计划竞争中获得的资金，波音公司加快发展新的乘员航天运输－100，根据商业乘员开发空间法案协议，获得美国航空航天局 1800万美元的投资开展研制。波音公司选择了乘员飞船的加速设计与研制，该乘员飞船称作乘员航天运输－100，其中100是指从地面到低地球轨道100km。该计划的主要目的是为研制能向“国际空间站”或其他低地球轨道目标运送航天员的商业乘员空间运输系统，进行概念和技术开发。

乘员航天运输－100飞向“国际空间站”

13m长的乘员航天运输－100发射到“国际空间站”和其他低地球轨道目的地，可用联合发射联盟的德尔他－4和宇宙神－5火箭、太空探索技术公司的猎鹰－9火箭、欧洲阿里安－5火箭、ATK研制的自由公司号火箭和阿斯特留姆空间运输公司的Les Mureaux火箭。选择火箭后，再研制适配器，进行试验飞行。该飞船采用可膨胀技术。波音的设计师曾在20世纪六七十年代设计过飞往月球的“阿波罗”指令飞船和天空实验室空间站。后来所设计发射的这种飞船于1975年7月和联盟号空间飞行器交会和对接。有“阿波罗”、“轨道空间飞机”和“猎户座”飞船等设计经验。乘员航天运输－100能载7人。锥形飞船与美国航空航天局阿波罗和“猎户座”飞船相似。

乘员航天运输－100由乘员飞船和非加压单元的服务飞船两部分组成。其尺寸介于“阿波罗”和“猎户座”飞船之间，“阿波罗”指令飞船为底部直径3.9m的锥体，“猎户座”飞船底部直径5.02m，乘员航天运输－100底部直径为4.5m居两者之间。但其简单性特点更像“阿波罗”。其原因有二，一是飞行器设计为可从空间站短暂的返回飞行，往返时间只需1天；其二是保持为研制和生产成本较低。该飞船设计为两排座容纳7人，窗口的设计是指令长和驾驶员具有交会可见度，其他乘员可以通过前方和侧面窗口看到窗外。飞船的中央是主发动机和再入飞船口，底座周围安装了推力器。波音采用有专利权的烧蚀材料热屏蔽层覆盖整个大底。降落伞系统存储在椎体顶部，安全气袋着陆系统储存在热屏蔽层上面，降落时可以弹出。整个飞船设计为可在硬陆地表面着陆，但必要时也可在水上回收。较小体积的服务飞船呈长方体，其表面安装了4台热辐射器，4个角安装推力器，热屏蔽覆盖大底，与整个飞船也有脐带连接。服务飞船最突出的特点是2个喷嘴各从两侧伸出。馈送给发动机的是可自燃的双组元系统，也作为推力器的燃料。发动机提供唯一的发射逃逸系统，实现高推力点火，当助推器故障时可将指令飞船和服务飞船推出，而后服务飞船抛弃，指令飞船利用降落伞着陆。

（3）内华达山脉公司的“追梦者“空间飞机独具特色

内华达山脉公司正在研制称作“追梦者”空间飞机，用宇宙神－5火箭发射，它虽然也有太空飞船的外形，但却像飞机或航天飞机那样滑翔着陆。公司进行该飞行器的设计和试验已经超过12年。

（4）蓝色起源公司的新谢帕德号和“太空飞行器”

最不为人知的是蓝色起源公司，该公司2000年创立，旨在发展安全的和经济适中的商业载人飞行器，是一家最秘密的空间公司。蓝色起源公司亚轨道飞行器名为新谢帕德号（New Shepard）。新谢帕德号由乘员舱和推进模块两个可重复使用的部分组成。发射后几分钟推进模块分离并返回地球，最终在发射场火箭动力垂直着陆在发射场附近。乘员模块设计能携带3人以上，划过天际后返回地球，将张开降落伞缓慢降落。2006年以来，蓝色起源公司已经利用亚轨道试验飞行器进行了多次飞行，2011年进行了2次亚轨道飞行。2011年第二次飞行于8月24日进行，但以失败告终。 蓝色起源公司为新谢帕德号设想了多种用途，如运送太空游客，并希望科学家预定飞行，以便将实验送往太空。研制成功后，新谢帕德号将允许人们更快、更高效地进入太空。

蓝色起源公司还在从事用于轨道飞行的载人飞行器的工作，其双锥形的飞船名为“太空飞行器”（SV）。蓝色起源公司官员表示：“这项工作以亚轨道新谢帕德乘员太空舱的发展为基础。”“太空飞行器”设计用于运送最多7名航天员进入低地球轨道，也可以同时运送航天员和货物。蓝色起源公司希望飞行器在陆地着陆，将水上着陆作为备选方案。蓝色起源公司尚未公布项目进程时间表，但蓝色起源公司官员称如果进展顺利，太空飞行器可能在5年之内实现运送航天员往返国际太空站。

4家公司还有一个共同的愿望，关于搭乘他们飞行器的前景，他们不希望美国航空航天局是唯一的客户，而且都有向太空游客销售座位的意愿，为还没有本国载人太空飞行器的国家运送航天员。这些公司绝对相信，最终会出现太空旅行的市场。客户可根据价格选择，若开辟出飞往轨道有多个供应商的市场，价格是最有竞争力的要素。■