美國載人航天商業(yè)化研究（中）

張蕊 （北京空間科技信息研究所）

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美國載人航天商業(yè)化研究（中）

張蕊 （北京空間科技信息研究所）

隨著近地軌道實現(xiàn)大規(guī)模設施的建造部署，人類長期駐留等技術的日臻成熟，以及可重復使用技術的快速發(fā)展，商業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化逐步具備條件，太空旅游、近地軌道商業(yè)運輸和空間應用成為未來發(fā)展熱點。以美國為主的航天國家積極推進載人航天商業(yè)化，近地軌道載人航天私營機構能力建設已初見成效，太空探索技術公司、軌道科學公司（現(xiàn)更名為軌道-阿連特技術系統(tǒng)公司，簡稱軌道-ATK公司）實現(xiàn)近地軌道貨物運輸常態(tài)化；波音公司、太空探索技術公司有望于2017年實現(xiàn)近地軌道商業(yè)乘員運輸；XCOR宇航公司、維珍銀河公司等多家商業(yè)公司即將提供太空旅游產(chǎn)品和服務。此外，美國提出商業(yè)空間站計劃，并積極拓展月球以遠的商業(yè)探索模式。載人航天領域的商業(yè)化是隨著美國商業(yè)航天市場規(guī)模不斷擴大、體系不斷完善衍生出來的，也是美國載人航天降低成本、鼓勵創(chuàng)新、提升競爭力的一個重要途徑。

俄羅斯聯(lián)盟 TMA-15M與“國際空間站”對接

2　美國主要商業(yè)載人航天項目

在載人航天領域，隨著近地軌道技術日臻成熟，美國在2004年“太空探索新構想”中，將未來的目標定位于任務更復雜、成本更高的載人深空探索。另一方面，航天飛機退役后，美國只能依賴俄羅斯的“聯(lián)盟”（Soyuz）飛船執(zhí)行任務，這筆費用十分昂貴并逐年增加，而且長期依賴俄羅斯的飛船也會削弱美國對“國際空間站”的主導權。針對當時的情況，美國航空航天局（NASA）認為，商業(yè)公司比政府機構更能有效地承擔得起開發(fā)和運營近地軌道項目，而NASA可以將主要資金用來實現(xiàn)“太空探索新構想”的目標。為此，NASA于2005年成立了商業(yè)乘員與貨物項目辦公室（C3PO），購買由商業(yè)公司提供的新型、低成本空間站乘員和貨物運輸服務，2006年啟動了“商業(yè)軌道運輸服務”（COTS）計劃，并在2009年啟動了“商業(yè)乘員開發(fā)”（CCDev）計劃。由于資金不足，2010年2月，NASA在2011財年預算申請中取消了“星座”計劃，支持商業(yè)運輸系統(tǒng)執(zhí)行空間站任務，發(fā)展商業(yè)乘員運輸系統(tǒng)，并最終在《2010 NASA授權法案》中以法律形式肯定了商業(yè)乘員計劃，明確NASA將繼續(xù)執(zhí)行商業(yè)乘員計劃，商業(yè)運輸系統(tǒng)繼續(xù)穩(wěn)步向前發(fā)展。

近地軌道商業(yè)運輸項目

（1）項目情況及進展

在近地軌道，美國正在開展商業(yè)貨物和乘員運輸項目，由商業(yè)公司完成“國際空間站”的貨物和乘員運輸。商業(yè)乘員和貨物運輸項目包括“商業(yè)軌道運輸服務”計劃、“商業(yè)補給服務”（CRS）和“商業(yè)乘員開發(fā)”計劃，均由NASA的商業(yè)乘員和貨物項目辦公室負責管理?！吧虡I(yè)軌道運輸服務”計劃為貨物運輸計劃，向空間站提供貨物補給；“商業(yè)乘員開發(fā)”計劃已于2009年啟動，是乘員運輸計劃。

1）商業(yè)軌道貨物運輸服務。該計劃的目標是鼓勵發(fā)展商業(yè)運輸服務和相關市場。NASA作為用戶之一，在市場上購買運輸服務，其直接目標是為空間站尋求備選貨物運輸方案。該計劃的最大特點是由NASA選定的商業(yè)公司研制航天器和運載火箭，并承擔主要的研制資金，航天器和運載火箭屬于商業(yè)公司，NASA直接采購商業(yè)公司提供的運輸服務。

商業(yè)軌道貨物運輸計劃包括2個階段：

第一階段為“商業(yè)軌道運輸服務”（2006-2013年），推動私營公司開發(fā)和驗證往返近地軌道的各種航天運輸能力。在該階段，NASA提供8.89億美元的資金和技術支持，通過“空間行動協(xié)議”（SAA）與航天公司定下承諾，以資金資助和非資金資助形式推動商業(yè)航天運輸市場的發(fā)展。NASA允許有資金資助的商業(yè)合作伙伴后續(xù)可以執(zhí)行空間站驗證飛行，這些商業(yè)公司只有在完成了開發(fā)中的一系列重大事件并獲得NASA授權后，才能繼續(xù)開展商業(yè)軌道運輸服務。而非資金資助的商業(yè)合作伙伴不能開展空間站驗證飛行，但可以利用軌道試驗平臺模擬空間站及其接口。在“商業(yè)軌道運輸服務”計劃下，太空探索技術公司開發(fā)了“龍”（Dragon）飛船與獵鷹-9（Falcon-9）火箭，軌道科學公司開發(fā)了“天鵝座”（Cygnus）飛船與中型“安塔瑞斯”（Antares）火箭。2013年，隨著“天鵝座”飛船成功完成空間站驗證任務后，“商業(yè)軌道運輸服務”計劃圓滿結束。

第二階段是向商業(yè)公司競爭采購用于空間站后勤支持的軌道運輸服務，開展空間站“商業(yè)補給服務”，向空間站運輸貨物。2008年12月，NASA最終把合同授予太空探索技術公司和軌道科學公司。合同規(guī)定，太空探索技術公司和軌道科學公司將在2015年前分別完成12次和8次飛行任務。

2）“商業(yè)乘員開發(fā)”計劃。2009年NASA啟動該計劃，目的是支持未來空間站的乘員運輸。

第一輪“商業(yè)乘員開發(fā)”計劃于2010年2月啟動，目的是完成系統(tǒng)概念、關鍵技術的研發(fā)。NASA通過“空間行動協(xié)議”授予5家公司共5000萬美元，其中：藍色起源公司負責開發(fā)新型推力器發(fā)射逃逸系統(tǒng)和復合材料壓力容器；波音公司負責開發(fā)乘員空間運輸-100（CST-100）飛船［2015年9月更名為“星際客車”（Starliner）］；帕拉根太空研發(fā)公司負責開發(fā)環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)（ECLSS）；內(nèi)達華山脈公司負責開發(fā)“追夢者”（Dream Chaser）太空飛機；聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司負責為“改進型一次性運載火箭”（EELV）的載人發(fā)射系統(tǒng)開發(fā)應急檢測系統(tǒng)。

第二輪“商業(yè)乘員開發(fā)”計劃于2010年10月啟動，主要開展航天器和運載火箭的設計和成熟度研究，加速商業(yè)“乘員運輸系統(tǒng)”（CTS）技術的實現(xiàn)。NASA向波音公司、內(nèi)華達山脈公司、太空探索技術公司和藍色起源公司授出3.162億美元的合同，其中，波音公司繼續(xù)研制“星際客車”、內(nèi)華達山脈公司研制“追夢者”太空飛機。此外，在“商業(yè)乘員開發(fā)”計劃中，非資金資助的公司還有阿連特技術系統(tǒng)公司、聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司和?？怂箍ɡぐ栺R公司，其中阿連特技術系統(tǒng)公司負責開發(fā)“自由”（Liberty）乘員運輸系統(tǒng)。

波音公司的“星際客車”準備與充氣式太空旅館對接示意圖

第三輪“商業(yè)乘員開發(fā)”計劃于2012年2月啟動，也稱為“商業(yè)乘員綜合能力”（CCiCap）計劃，完成商業(yè)“乘員運輸系統(tǒng)”的綜合設計，包括航天器、運載火箭、地面運營和任務控制，幫助NASA和美國實現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟地載人進入太空的方案。NASA在2012年8月向太空探索技術公司、波音公司和內(nèi)華達山脈公司授出合同，用于繼續(xù)研制和測試。

2013年11月，NASA發(fā)布“商業(yè)乘員運輸能力”（CCtCap）新合同的最終需求建議書，旨在確保商業(yè)公司建造的“乘員運輸系統(tǒng)”滿足NASA關于運送航天員的安全性要求。“商業(yè)乘員運輸能力”是商業(yè)建造、運行一體化乘員運輸系統(tǒng)的2個階段認證計劃中的第二階段；其前一階段為“認證產(chǎn)品合同”（CPC），于2012年12月授予波音公司、內(nèi)華達山脈公司和太空探索技術公司。認證計劃將評估空間運輸系統(tǒng)生產(chǎn)和測試的全過程，包括火箭、航天器和地面運行。這3家公司據(jù)此制定了認證計劃和數(shù)據(jù)集，以證明各自系統(tǒng)符合安全性和任務要求。

最終，“商業(yè)乘員運輸能力”合同于2014年9月塵埃落定。NASA最終授出價值68億美元的“商業(yè)乘員運輸能力”合同，由太空探索技術公司（獲得26億美元）和波音公司（獲得42億美元）共同為其執(zhí)行空間站載人運輸任務。依照“商業(yè)乘員運輸能力”合同，波音公司和太空探索技術公司被要求通過嚴格的認證過程，各包括5個認證里程碑：①認證基線評審；②設計認證評審；③試飛就緒評審；④運行就緒評審；⑤認證評審。每家公司都將根據(jù)實現(xiàn)認證里程碑和其他關鍵里程碑的情況獲得資金支付。原計劃首次載人飛行任務于2017年進行，但目前面臨推遲。

3）投資情況。太空探索技術公司和軌道科學公司近地軌道運輸系統(tǒng)的開發(fā)僅獲得NASA“商業(yè)軌道運輸服務”計劃下7.88億美元的投資（其中5億美元為初始投資，2.88億美元為2011財年追加的投資）。商業(yè)乘員與貨物項目辦公室利用其有限的預算實現(xiàn)目標最大化，將超過93%的資金支付給合作伙伴的里程碑事件，其余資金用于項目管理、技術支持和日常開支。

在“商業(yè)軌道運輸服務”計劃結束時，NASA為商業(yè)運輸系統(tǒng)開發(fā)與驗證提供的資金不到總資金的50%，其中政府給軌道科學公司的資金投入除了“商業(yè)軌道運輸服務”計劃外，還包括發(fā)射和地面設施。

美國空軍成本模型（NAFCOM）基于NASA環(huán)境和文化，從低至4.43億美元到高至40億美元，對研制獵鷹-9火箭的成本進行了評估。然而，最終用于開發(fā)、驗證火箭的成本僅為4億美元，不到計劃的10%。這樣，NASA能夠獲得大大低于航天飛機成本的貨運服務。

（2）主要商業(yè)運輸系統(tǒng)概況

1）太空探索技術公司的“龍”飛船。“龍”飛船可執(zhí)行空間站的貨物和人員運輸任務，航天飛機退役后，“龍”飛船成為世界上唯一能夠從空間站向地面運回貨物的航天器?！褒垺憋w船的最大特點是可重復使用，其所有結構和機構均設計為能夠支持乘員運輸，任務持續(xù)時間為1周～2年，滿足NASA所有相關標準。飛船分為載人型和載貨型2種構型。截至2016年 4月底，“龍”飛船已成功完成7次空間站補給服務任務。不過2015年6月28日，“龍”飛船執(zhí)行第7次貨運補給任務時失敗，火箭發(fā)射爆炸，此次事故是獵鷹-9火箭投入使用以來的首次發(fā)射失敗。而在2016 年4月9日，“龍”飛船執(zhí)行第8次空間站貨運補給任務獲得成功，并首次在海上平臺回收了火箭第一級。

準備與“國際空間站”對接的太空探索技術公司載人型“龍”飛船示意圖

第二代“龍”（Dragon）飛船，即載人型“龍”（Dragon V2）飛船仍使用獵鷹-9火箭發(fā)射，最多可搭載7名乘員或可人、貨混裝，可著陸于地球上任意地點，有望于2017年前實現(xiàn)載人飛行。“龍”飛船的載人型號最初被稱為“馭龍者”（DragonRider），設計承載7人乘組或可人、貨混裝；具有完全自主執(zhí)行交會、對接的能力，并有手動備份；采用NASA對接系統(tǒng)（NDS）與空間站對接。在2010年最早公開發(fā)布的設計方案中，太空探索技術公司已計劃采用集成推進式發(fā)射逃逸系統(tǒng)，聲稱與大多數(shù)載人航天器采用的牽引可拆式逃逸塔相比有諸多優(yōu)勢，包括允許乘員在入軌的全過程中逃逸，逃逸系統(tǒng)可重復使用，由級間分離次數(shù)減少帶來的乘員安全性提升，以及返回時在著陸階段可用作精確著陸發(fā)動機等。保留一套緊急降落傘作為水面著陸的冗余備份系統(tǒng)。

2）軌道科學公司的“天鵝座”飛船。其標準構型長3.66m，直徑3.07m，質(zhì)量1500kg，加壓容積18.9m3，載貨質(zhì)量2000kg（滿載）。返回時可裝載1200kg廢物和空間站上不再需要的物品。截至2016 年4月底，“天鵝座”飛船已發(fā)射5次，用于執(zhí)行空間站補給服務任務，但其中失敗1次，即2014年10月28日，“天鵝座”飛船在執(zhí)行第3次空間站商業(yè)補給服務任務時，遭遇火箭發(fā)射爆炸，飛船損毀，這是商業(yè)公司執(zhí)行空間站任務時首遭失敗重創(chuàng)。

3）波音公司的“星際客車”。它是波音公司為參與NASA的“商業(yè)乘員研究計劃”提出的航天器設計，概念研究開始于2010年，主要任務是為空間站和將來可能的商業(yè)空間站運送乘員?！靶请H客車”由乘員艙和服務艙組成，外形類似于“獵戶座”（Orion）飛船。艙體直徑4.56m，略大于“阿波羅”（Apollo）指令艙，略小于“獵戶座”飛船。乘員艙采用與“阿波羅”飛船一致的鈍錐外形，乘組人數(shù)為7人，計劃2017年實現(xiàn)運營。

4）內(nèi)華達山脈公司的“追夢者”太空飛機。2014 年9月，NASA授予波音公司和太空探索技術公司空間站乘員運輸任務合同，內(nèi)華達山脈公司落選。在NASA沒有將乘員運輸最終合同授出之前，內(nèi)華達山脈公司已開始建造其第一架“追夢者”，計劃于2016年底由宇宙神-5（Atlas-5）火箭發(fā)射進行首次軌道飛行試驗，目前仍在繼續(xù)研制。“追夢者”是重復使用的帶翼太空飛機，繼承了航天飛機的特點，設計為可搭載2～7名乘員往返空間站，不載人時可運送1000kg貨物到達空間站。2016年1月，內(nèi)華達山脈公司中標NASA第二輪“商業(yè)補給服務”合同，將在2019-2024年為空間站提供貨物補給?！白穳粽摺睂㈦S火箭垂直發(fā)射，以水平方式著陸。當任務終止命令發(fā)出時，具備6h內(nèi)返回地球的能力。它擁有發(fā)射逃逸系統(tǒng)，并可根據(jù)需要自主飛行。其反作用控制系統(tǒng)推力器采用乙醇作為燃料，此種燃料不易爆炸，在“追夢者”著陸后可立即對其控制，這點不同于航天飛機。

商業(yè)空間站計劃

目前，美國已有商業(yè)公司即將涉足空間站領域。

2013年1月，NASA宣布已經(jīng)和比格羅航天公司簽訂一份1780萬美元的合同，為空間站建造一個充氣式太空艙。該艙段已于2016年4月8日由“龍”飛船發(fā)射，抵站后由加拿大機械臂-2（Canadarm-2）安裝在寧靜號節(jié)點艙（Tranquility Node）的尾向對接口上，以充分檢驗“比格羅充氣式試驗艙”（BEAM）技術。比格羅航天公司是一家為近地軌道建造廉價商業(yè)太空居住艙的企業(yè)，公司已經(jīng)發(fā)射2個艙段原型，此外他們還希望將其中一個艙段送至空間站。該公司計劃建立可獨立運行的商業(yè)太空旅館，它采用多個BA330艙段對接而成，每個艙段可提供330m3的居住空間。

比格羅航天公司志在建造全由充氣式艙段組成的商業(yè)太空居住艙，可用作院校研究人員、太空旅客和其他非航天國家航天員的根據(jù)地。波音公司已與其建立合作伙伴關系，波音公司管理者曾表示過“星際客車”可支持比格羅航天公司的計劃。

比格羅航天公司的“比格羅充氣式太空艙”在軌飛行示意圖

商業(yè)月球計劃

（1）NASA計劃與商業(yè)公司合作開展“月球催化劑”計劃

當前，商業(yè)月球貨物運輸成為一個潛在的新興領域，可為公眾和私人用戶以及科學和探索任務提供服務，空間運輸系統(tǒng)上的私人投資正在日益增加。

2014年1月，NASA宣布將開展“月球貨物運輸與軟著陸方式降落”（Lunar CATALYST）計劃，也稱為“月球催化劑”計劃，目的是尋求商業(yè)合作伙伴共同發(fā)展可靠性高、成本效益好的商業(yè)化機器人月球著陸器，利用商業(yè)發(fā)射能力將小型（30～100kg）和中型（250～500kg）有效載荷運送至月球表面。該計劃由NASA載人探索和運營任務部的先進探索系統(tǒng)部管理。NASA選定的商業(yè)伙伴將驗證開發(fā)具有商業(yè)可行性的月球表面貨物運輸能力的可能性，商業(yè)公司將利用切實可行的方式實現(xiàn)月球著陸器開發(fā)能力，并利用現(xiàn)實的財政策略支持能力的開發(fā)、驗證和最終的商業(yè)應用。這種開發(fā)方式能夠支撐月球上的商業(yè)活動，如NASA感興趣的新的科學和探索任務。NASA計劃將“月球催化劑”計劃應用在下一步月球探測任務中。這些機器人著陸月面后，不但要分析月表數(shù)據(jù)，還要探測出水資源，未來火星計劃也會用到這些機器人。不同于近地軌道商業(yè)運輸，在該計劃中，NASA將不提供項目的資金支持，而是提供技術專家、設施租賃、設備軟件等。目前，NASA沒有要求商業(yè)公司提供月球著陸器或月球貨物運輸服務。

2014年4月，NASA宣布與太空機器人技術公司、麥士登航天系統(tǒng)公司和月球快車公司協(xié)商“無資金交換伙伴關系”協(xié)議，該協(xié)議將提高有效載荷在月球表面的著陸能力，并實現(xiàn)NASA和科學與學術委員會感興趣的探測任務。NASA將與這3家美國公司協(xié)商的“空間法協(xié)議”作為“月球催化劑”倡議的一部分。NASA預計在3年的時間里為著陸器的研發(fā)和測試提供專業(yè)技術、測試設施以及設備租借與（或）軟件。其中，NASA先進探索系統(tǒng)部主要負責樣機系統(tǒng)的快速研發(fā)、關鍵能力的驗證和未來載人深空探索任務操作概念的演示。NASA先進探索系統(tǒng)部主任杰森·庫魯森表示，NASA正努力拓展人類在太陽系內(nèi)探索的疆域，包括小行星和火星，并促進商業(yè)航天領域的發(fā)展。

NASA與商業(yè)合作伙伴開展月球探測的合作模式，也適用于未來的探索任務。商業(yè)月球運輸能力可幫助NASA實現(xiàn)科學和探測目標，如樣品返回、地球物理網(wǎng)絡部署、資源探測和技術進步。NASA官員格雷格·威廉斯在聲明中說：“我們在商業(yè)伙伴創(chuàng)新方面的戰(zhàn)略投資已經(jīng)成功給空間站帶來了商業(yè)化補給能力，接下來幾年還會有商業(yè)化載人運輸能力?！虑虼呋瘎媱潓盐覀儙蚋h的目的地?！?/p>

（2）比格羅航天公司商業(yè)月球基地計劃

比格羅航天公司計劃與NASA合作，共同在月球上建立私人航天企業(yè)的月球基地。2013年11月，該公司主席羅伯特·比格羅已向美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）提出個人開采月球資源申請。

該公司表示，永久的月球基地建設會因商業(yè)設施永久性問題而被迫停滯，因此如果不明確財產(chǎn)權利，在空間探索中就很難有正當?shù)谋ＷC，沒有人愿意承擔這個風險。而聯(lián)邦航空管理局所負責事項僅為常規(guī)發(fā)射與火箭再入，航天器在軌運行的日常監(jiān)督不在其職責范圍之內(nèi)。該公司創(chuàng)始人羅伯特說，他計劃要求聯(lián)邦航空管理局評估如何處理月球資源財產(chǎn)權，如果要開展商業(yè)月球基地計劃，公司和資金支持者必須能夠：一是享有與月球或其他星體上開展的活動相關的勞動成果；二是擁有已經(jīng)勘探、開發(fā)資源的所有權，并能實際應用。沒有財產(chǎn)權，任何吸引私營公司參與月球和深空探索的計劃最終都不會成功。

（3）“谷歌月球X大獎”

X大獎基金會于2007年設立“谷歌月球X大獎”，鼓勵民間團體和商業(yè)機構發(fā)射月球探測器，獎金總額為3000萬美元。

大獎賽規(guī)定，第一個成功發(fā)射月球著陸器著陸月球并在月面行進超過500m，按照規(guī)定發(fā)回高清晰度圖片和視頻的團隊，將獲得一等獎2000萬美元，第二名獲得500萬美元，此外還有400萬美元獎勵給取得其他成果的團隊，包括月球著陸器在經(jīng)歷月夜后還能繼續(xù)工作，在月面行進超過5km，取得月球有水存在的證據(jù)等。最后100萬美元將獎勵給在促進太空探索多樣性方面做得最好的團隊，特別是努力培養(yǎng)青少年對科學、技術、工程和數(shù)學等學科發(fā)生興趣的參賽隊伍。大獎賽規(guī)定參賽經(jīng)費來源90%以上必須是民間資金，但是不排除參賽團隊以合理的價格向政府提供服務，搭載科研項目。

2015年1月，來自全球的5個團隊獲得“谷歌月球X大獎”的“里程碑大獎”，價值525萬美元，這5個團隊分別為：美國太空機器人技術公司、月球快車公司、印度團隊、日本伯東公司和業(yè)余科學家跨國團隊?！袄锍瘫螵劇敝攸c關注成像、移動性和著陸系統(tǒng)3個關鍵技術領域，針對硬件與軟件的創(chuàng)新性進行評估?！肮雀柙虑騒大獎”的最后評選期限正式推遲到2016年12月底。

（4）金釘公司月球計劃

金釘公司計劃于2021年前提供私人月表表面探索之旅。該公司總裁是NASA主管科學的前副局長艾倫·斯特恩，董事會由NASA約翰遜航天中心前副主任格里·格里芬領導。金釘公司將國外政府作為其主要市場，預計2人月球表面任務約為15.5億美元。該公司已與航天領域內(nèi)多家公司簽訂合同并開展合作，包括諾格公司、聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司，負責設計推進艙、月球著陸器和加壓服，并開展多種任務分析，公司計劃于2020年左右開展飛行試驗。

商業(yè)小行星計劃

維珍銀河公司的白騎士-1/太空船-1

商業(yè)太空旅游計劃

太空旅游作為航天一個面向大眾的新興產(chǎn)業(yè)逐漸發(fā)展起來，主要從事太空旅游的公司及其產(chǎn)品主要有維珍銀河公司的太空船-2（SpaceShipTwo）、XCOR宇航公司的“山貓”（Lynx）飛行器和藍色起源公司的“新謝潑德”（New Shepard）亞軌道系統(tǒng)等，以及太空探險公司提供的太空旅游服務。

（1）維珍銀河公司

維珍銀河公司致力于打造世界上第一條太空旅行商業(yè)航線，維珍集團是一家英國公司，其下屬的維珍銀河公司在美國，其太空旅游的發(fā)射場地——航空航天機場也在美國。其載人航天飛行系統(tǒng)包括2種飛行器：白騎士-2（WhiteKnightTwo）和太空船-2，由美國斯卡爾德復合材料公司和維珍銀河公司合作研發(fā)。

太空船-2是在太空船-1基礎上發(fā)展而來，用于商業(yè)太空旅游。太空船-1作為首架由商業(yè)公司投資建造進入太空的載人航天器，于2004年10月贏得1000萬美元的“安薩里X大獎”。太空船-2與太空船-1相比，體積更大，全長18.2m，翼展8.2m，可搭載8人，由載機攜帶至高空，采用空中發(fā)射方式，截至2011年5月，總開發(fā)成本約為4億美元。

（2）XCOR宇航公司

公式（2）中，τloop表示導航信號從地面站上行至衛(wèi)星，經(jīng)衛(wèi)星轉發(fā)后由地面站接收的環(huán)路傳播時延；τhw,tx和τhw,rx分別表示地面站發(fā)射設備和接收設備時延；τtr表示信號傳輸鏈路對流層時延；τio表示信號傳輸鏈路電離層時延；τsat表示轉發(fā)器時延；τsd表示星地時延。

XCOR宇航公司是一家美國私有火箭發(fā)動機和航天開發(fā)公司，總部設在加利福尼亞州莫哈韋航空航天港。該公司由前旋轉火箭公司火箭發(fā)動機研制團隊成員在1999年9月成立，致力于更安全、更可靠的可重復使用的運載器、火箭發(fā)動機和火箭推進系統(tǒng)的研究、開發(fā)、項目管理、生產(chǎn)及維護。

“山貓”為XCOR宇航公司在研的水平起降（HTHL）、裝有火箭發(fā)動機的兩座亞軌道飛行器，是目前在研的唯一完全可重復使用的亞軌道飛行器?！吧截垺毕盗酗w行器根據(jù)不同構型，可用于科學研究、太空旅游和微小衛(wèi)星發(fā)射。“山貓”計劃承載一名飛行員、一位購票乘客和/或有效載荷進入100km高度以上的太空。目前，該公司計劃將飛行票價從原來的10萬美元提高至15萬美元。

（3）太空探險公司

太空探險公司為美國太空旅游公司，公司定制了一系列私人航天飛行體驗方案，以滿足不同人群的興趣和預算。項目包括目的地為空間站的軌道飛行任務、環(huán)月飛行任務、零重力飛行、航天員訓練計劃等，未來還可能有亞軌道飛行任務。

（4）藍色起源公司

由亞馬遜公司創(chuàng)始人杰夫·貝索斯建立的藍色起源公司在載人航天領域頗有雄心，包括與NASA通過無資金資助的“空間行動協(xié)議”在商業(yè)乘員項目方面的合作。在此期間，該公司開發(fā)了一種雙錐艙，最初打算利用宇宙神-5發(fā)射，后來決定采用自己研制的重復使用推進系統(tǒng)（RBS）。公司計劃為客戶提供亞軌道旅行體驗以及亞軌道科學載荷服務，一次飛行將持續(xù)15min，并有幾分鐘處于微重力環(huán)境下，乘員艙擁有自逃逸系統(tǒng)。該公司與聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司簽訂了開發(fā)BE-4發(fā)動機的合同，由此公司將深度參與旗艦任務“火神”（Vulcan）運載火箭的研發(fā)。此外，該公司還計劃在太空海岸選址建造一座大型生產(chǎn)工廠。

2015年4月29日，藍色起源公司進行了“新謝潑德”亞軌道系統(tǒng)的首次試射。該項目瞄準太空旅游市場，整個系統(tǒng)包括一枚裝有BE-3發(fā)動機的“新謝潑德”火箭，以及裝于火箭上的乘員艙，火箭將乘員艙加速到馬赫數(shù)為3，然后在94495m高度分離，乘員艙成功返回地面，但未能成功回收重復使用的火箭。該公司事后發(fā)表聲明稱將進行更多試飛，并著手調(diào)整相關液壓系統(tǒng)。本次發(fā)射是該公司的一次重要里程碑，發(fā)射包含一臺推力器，推力器上裝有一臺可變節(jié)流的BE-3型液氫/液氧發(fā)動機，在設計上參照太空探索技術公司的灰背隼-1D（Merlin-1D）發(fā)動機的工作方式，最終目標是在未來任務中實現(xiàn)重復使用。此次試飛中，雖然重復使用火箭未能成功回收，對此，貝索斯表示：假如以傳統(tǒng)一次性使用火箭的標準來衡量，“新謝潑德”首飛可謂完美。

太空探索技術公司的灰背隼-1D發(fā)動機

2015年11月23日，藍色起源公司進行了第二次試驗，成功完成了人類歷史上第一次亞軌道垂直起降試驗。此后，該公司又分別于2016年1月22日和4月2日成功完成了2次亞軌道火箭回收試驗，并率先成功進行了亞軌道火箭的重復使用。至此，藍色起源公司成功完成了3次火箭回收試驗，向太空旅游服務這一目標又邁進了一步。

商業(yè)載人航天重大事故

自2014年以來，商業(yè)載人航天發(fā)生了3次重大事故，反映出商業(yè)航天在技術、經(jīng)驗等方面還有待加強，但從發(fā)展趨勢來看，載人航天商業(yè)化的步伐不會停止。

太空船-2飛行試驗時在美國加利福尼亞州莫哈韋沙漠上空爆炸

（1）“天鵝座”執(zhí)行第3次貨物補給任務發(fā)射失敗

2014年10月28日，美國軌道科學公司“天鵝座”飛船執(zhí)行第3次空間站商業(yè)補給服務任務時，火箭在升空后6s發(fā)生爆炸，落回發(fā)射臺時又引起了二次爆炸，船箭俱損?，F(xiàn)場調(diào)查表明，地面系統(tǒng)受到的損失相當嚴重?！鞍菜鹚埂毕盗谢鸺龑儆诠桃夯旌闲椭行瓦\載火箭，有二級和三級兩類共7種構型，近地軌道運載能力4.6～6t。“天鵝座”采用低風險設計，不具備返回能力，可裝載廢棄物再入大氣層燒毀。該飛船包括標準型和增強型2種構型。

此次“天鵝座”發(fā)射任務中，是“安塔瑞斯”火箭首次發(fā)射失敗，更是商業(yè)公司執(zhí)行空間站服務任務以來首遭重創(chuàng)。事故調(diào)查主要集中在第一級的2臺AJ-26發(fā)動機。已有證據(jù)表明，其中一臺發(fā)動機的渦輪泵在點火15s后失效，是火箭爆炸的主要原因。該發(fā)動機由蘇聯(lián)用于載人登月N-1火箭上的NK-33發(fā)動機改進而來，而N-1火箭4次試驗全部失敗。

（2）太空船-2試飛爆炸

2014年10月31日，距離“安塔瑞斯”火箭爆炸僅3天之隔，悲劇再次上演。太空船-2在進行載人試飛過程中墜毀，造成一死一傷，飛行異常出現(xiàn)在與母機分離后。本次飛行是太空船-2第一次采用自行研制的新型固液火箭發(fā)動機，此前均使用美國內(nèi)華達山脈公司研制的發(fā)動機。首架太空船-2計劃于2015年提供商業(yè)旅游服務，事故發(fā)生后推遲至2016年，每個座位票價為25萬美元（截至2014年10月）。事故后，美國國家運輸安全委員會（NSTB）發(fā)布了調(diào)查信息，認為航天器的羽狀尾翼存在問題。

經(jīng)過9個月的調(diào)查，美國國家運輸安全委員會于2015年7月公布事故調(diào)查進一步原因：主要原因是副駕駛錯誤操作以及公司培訓上的疏忽，副駕駛過早開啟羽狀尾翼裝置，致使飛船墜毀。

（3）“龍”飛船執(zhí)行第7次貨運補給任務失敗

2015年6月28日，太空探索技術公司的獵鷹-9v1.1運載火箭執(zhí)行第7次空間站的補給任務時，爬升約2min后，火箭爆炸解體。該公司首席執(zhí)行官兼首席技術官伊隆·馬斯克在事故后稱，火箭第二級液氧貯箱出現(xiàn)超壓，數(shù)據(jù)顯示出有違常理的原因。7月21日，馬斯克宣布事故的原因是火箭上的一個鋼支架存在問題，該支架用于固定火箭上的高壓氦瓶。由于支架存在故障，導致火箭升空過程中氦瓶脫落，并沖擊到火箭二級液氧貯箱，高壓導致液氧貯箱爆炸。

事故后，NASA局長查爾斯·博爾登發(fā)表聲明表示，NASA為任務失敗感到沮喪，但仍將與太空探索技術公司密切合作。同時表示，商業(yè)貨運計劃容許失敗，NASA將繼續(xù)以安全、有效的方式運行空間站，并將其作為未來較長期深空探索任務的試驗平臺。NASA主管載人探索與運行任務部的副局長葛斯滕邁爾稱，此次任務對NASA是一個打擊。但他強調(diào)NASA并無疏忽，只能說明航天飛行的挑戰(zhàn)巨大。（未完待續(xù)）

Study on the Commercialization of U.S. Human Spaceflight （Ⅱ）