獨(dú)樹一幟的“追夢(mèng)者”

文/遲惑

到目前為止，所有的貨運(yùn)飛船都是軸對(duì)稱體，包括圓柱體、圓錐體、鐘形體，等等。但是，美國(guó)內(nèi)華達(dá)山脈航天公司卻有一種獨(dú)特的型號(hào)，那就是“追夢(mèng)者”。在客運(yùn)貨運(yùn)問(wèn)題上，它和其他所有型號(hào)也全都不一樣，這原本是作為一種載人飛船研制的，但是遭受挫折之后，退而求其次，變成了貨運(yùn)飛船。

唯一的航天飛機(jī)方案

“追夢(mèng)者”是一種可重復(fù)使用的升力體航天飛機(jī)。實(shí)際上從氣動(dòng)外形來(lái)看，“追夢(mèng)者”更像是上世紀(jì)60年代HL-20空天飛機(jī)的繼承者，而不是航天飛機(jī)。在這個(gè)型號(hào)之前，美國(guó)宇航局和美國(guó)軍方開展了一系列空間飛機(jī)的研究，包括X-20“動(dòng)力滑翔”，諾斯羅普公司的M2-F2、M2-F3、HL-10，馬丁公司的X-24A、X-24B、X-23。

“追夢(mèng)者”最初打算競(jìng)爭(zhēng)國(guó)際空間站的商業(yè)載人運(yùn)輸服務(wù)合同，但因?yàn)榧夹g(shù)難度大、研制周期趕不上美國(guó)宇航局的需求，輸給了“載人龍”和“星際線”?！白穳?mèng)者”退而求其次，改成貨運(yùn)型號(hào)，不但競(jìng)爭(zhēng)國(guó)際空間站的貨運(yùn)合同，也要競(jìng)爭(zhēng)后續(xù)商業(yè)化空間站合同，其中包括美國(guó)宇航局的“近地軌道目的地”。等到貨運(yùn)型投入使用并且技術(shù)成熟，就可以如同貨運(yùn)型龍飛船一樣，改造成載人飛行器，往返于近地軌道和地面之間。

追夢(mèng)者與空間站對(duì)接示意圖，旁邊還有一艘進(jìn)步號(hào)貨運(yùn)飛船

追夢(mèng)者航天飛機(jī)與國(guó)際空間站對(duì)接想像圖

“追夢(mèng)者”和其他貨運(yùn)飛船的主要區(qū)別在于降落方式。它打算用聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司的“火神”火箭發(fā)射，配用“半人馬座”上面級(jí)，也可以用歐空局的阿里安火箭發(fā)射。但是在返回地球的時(shí)候，它不用降落傘也不用反推火箭，而是像航天飛機(jī)那樣，在常規(guī)跑道上自主水平降落。

既然是空天飛機(jī)的理念，“追夢(mèng)者”的熱防護(hù)系統(tǒng)就與飛船有很大區(qū)別。在“追夢(mèng)者”的腹部和上部，覆蓋著所謂的鋼化一體式纖維可重復(fù)使用抗氧化陶瓷（TUFROC），在機(jī)鼻和機(jī)翼前緣的熱防護(hù)能力最強(qiáng)。

“追夢(mèng)者” 軌道器尾部

“追夢(mèng)者”軌道器的主結(jié)構(gòu)

莫名其妙的出圈

“追夢(mèng)者”的研制計(jì)劃于2004年9月20日公開發(fā)布。2007年4月，最初的研制企業(yè)SpaceDev宣布，已與聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司合作，并考慮用宇宙神5火箭發(fā)射“追夢(mèng)者”。2007年6月，SpaceDev與美國(guó)宇航局簽署合同。第二年10月21日，內(nèi)華達(dá)山脈公司以3800萬(wàn)美元收購(gòu)了SpaceDev公司，主要資產(chǎn)當(dāng)然就是“追夢(mèng)者”。

2010年2月1日，內(nèi)華達(dá)山脈公司獲得了2000萬(wàn)美元的種子資金，用于美國(guó)宇航局商業(yè)載人開發(fā)（CCDev）的第一階段項(xiàng)目。4個(gè)計(jì)劃里程碑順利完成，包括推力器地面試車和初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。此后在美國(guó)宇航局德萊頓飛行研究中心進(jìn)行了15%縮比版本的降落試驗(yàn)。

2010年10月，內(nèi)華達(dá)山脈公司向美國(guó)宇航局提出了CCDev第二階段招標(biāo)的“追夢(mèng)者”，預(yù)計(jì)項(xiàng)目成本不到10億美元。美國(guó)宇航局在2011年4月18日向內(nèi)華達(dá)山脈公司撥付了8000萬(wàn)美元的合同金額，此后又完成了多個(gè)里程碑的工作，包括改進(jìn)機(jī)翼測(cè)試、綜合飛行軟件和硬件、起落架、全尺寸系留運(yùn)載飛行測(cè)試和系統(tǒng)需求審查。

2012年2月，內(nèi)華達(dá)山脈公司表示，完成了第一艘“追夢(mèng)者”飛行樣機(jī)主要結(jié)構(gòu)的組裝和交付。至此，內(nèi)華達(dá)山脈公司完成了所有11個(gè)CCDev里程碑。公司在一份新聞稿中表示，自己“按時(shí)、按預(yù)算”完成了工作。

2012年6月12日，內(nèi)華達(dá)山脈公司宣布，和美國(guó)宇航局蘭利中心聯(lián)合設(shè)計(jì)和開發(fā)“追夢(mèng)者”。聯(lián)合團(tuán)隊(duì)對(duì)“追夢(mèng)者”進(jìn)行了空氣動(dòng)力學(xué)和氣動(dòng)熱分析，以及制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制系統(tǒng)分析。

2012年8月和10月，“追夢(mèng)者”分別完成了第一個(gè)、第二個(gè)里程碑，即“項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃審查”和“綜合系統(tǒng)基線審查”

2012年8月3日，美國(guó)宇航局宣布向內(nèi)華達(dá)山脈公司撥款2.125億美元，以繼續(xù)在商業(yè)乘員綜合能力（CCiCap）項(xiàng)目下開發(fā)“追夢(mèng)者”。

“追夢(mèng)者”軌道器的外形

“追夢(mèng)者”轉(zhuǎn)運(yùn)

2013年1月30日，內(nèi)華達(dá)山脈公司宣布與洛·馬公司建立新的合作關(guān)系。根據(jù)協(xié)議，內(nèi)華達(dá)山脈公司將向洛·馬公司支付1000萬(wàn)美元，用于在路易斯安那州新奧爾良的Michoud工廠建造第二架飛行器。第二架飛行器預(yù)計(jì)將成為第一架軌道試驗(yàn)飛行器，軌道飛行試驗(yàn)計(jì)劃在未來(lái)兩年內(nèi)開始。

2013年1月，內(nèi)華達(dá)山脈公司宣布，2013年3月，將在加利福尼亞州愛(ài)德華茲空軍基地進(jìn)行第二次掛載攜帶和第一次無(wú)動(dòng)力下落測(cè)試。航天飛機(jī)的釋放將在3700米的高度進(jìn)行，隨后將進(jìn)行自動(dòng)機(jī)器人著陸。

2013年3月13日，美國(guó)宇航局宣布，前航天飛機(jī)指令長(zhǎng)李·阿坎博打算辭職加入內(nèi)華達(dá)山脈航天公司。阿坎博曾是一名戰(zhàn)斗飛行員，曾經(jīng)參加阿特蘭蒂斯號(hào)和發(fā)現(xiàn)號(hào)航天飛機(jī)飛行。他加入“追夢(mèng)者”項(xiàng)目后，將承擔(dān)系統(tǒng)工程師和試飛員的工作。

2013年10月26日，“追夢(mèng)者”模型實(shí)施首次自由飛行。模型用直升機(jī)吊到空中后釋放，飛行過(guò)程還算正常，但在著陸前，左側(cè)主起落架未能展開，導(dǎo)致模型墜毀。

2014年1月，內(nèi)華達(dá)山脈公司宣布已簽署發(fā)射合同，將于2016年11月在機(jī)器人控制的軌道試驗(yàn)飛行中駕駛首個(gè)軌道試驗(yàn)飛行器。

2014年初，山脈公司完成了風(fēng)洞測(cè)試，作為CCiCap里程碑的一部分。風(fēng)洞試驗(yàn)包括分析飛行器在軌道上升和再入期間的飛行動(dòng)力學(xué)特性?！白穳?mèng)者”阿特拉斯五號(hào)綜合發(fā)射系統(tǒng)的風(fēng)洞試驗(yàn)也已完成。這些試驗(yàn)是在加利福尼亞州莫菲特菲爾德的美國(guó)宇航局艾姆斯研究中心、紐約的CALSPAN跨音速風(fēng)洞和弗吉尼亞州漢普頓的美國(guó)宇航局蘭利研究中心統(tǒng)一計(jì)劃風(fēng)洞完成的。

運(yùn)輸途中的“追夢(mèng)者”

但是，到了2014年9月16日，美國(guó)宇航局并沒(méi)有把商業(yè)載人計(jì)劃的下一階段合同授予“追夢(mèng)者”，而是波音公司和太空探索技術(shù)公司中標(biāo)。9月26日，內(nèi)華達(dá)山脈公司向美國(guó)政府問(wèn)責(zé)局（GAO）提出抗議。到了2014年10月22日，聯(lián)邦法院裁定美國(guó)宇航局的決策沒(méi)有問(wèn)題。

但是內(nèi)華達(dá)山脈公司沒(méi)有放棄，2014年12月2日，內(nèi)華達(dá)山脈公司宣布完成了一個(gè)新的里程碑，涉及“追夢(mèng)者”的推進(jìn)系統(tǒng)。到12月底，美國(guó)宇航局拋棄“追夢(mèng)者”的細(xì)節(jié)浮出水面，“機(jī)構(gòu)的一位高級(jí)官員”——也就是美國(guó)宇航局負(fù)責(zé)載人飛行的副局長(zhǎng)威廉姆·格斯特梅爾，故意把波音公司的排名往前提了一位，才導(dǎo)致了追夢(mèng)者落選。格斯特梅爾可能“單方面改變?cè)u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，越權(quán)了”。但是2015年1月5日GAO駁回了內(nèi)華達(dá)山脈的質(zhì)疑。

“追夢(mèng)者”航天飛機(jī)具有很好的復(fù)用能力和自動(dòng)著陸能力，飛行中過(guò)載很低，非常適合運(yùn)送航天員和載荷返回地球

貨運(yùn)版入圍

就在打官司的同時(shí)，2014年12月，內(nèi)華達(dá)山脈公司提出了“追夢(mèng)者”貨運(yùn)版計(jì)劃，競(jìng)標(biāo)美國(guó)宇航局的第二階段國(guó)際空間站貨運(yùn)服務(wù)——CRS-2。美國(guó)宇航局這次沒(méi)有拒絕。2016年1月，美國(guó)宇航局宣布，“追夢(mèng)者”獲得CRS-2合同，并承諾購(gòu)買至少6次國(guó)際空間站再補(bǔ)給任務(wù)，和太空探索技術(shù)公司的“貨運(yùn)龍”、諾斯羅普·格魯曼公司的“天鵝座”并列。

但內(nèi)華達(dá)山脈公司表示，它“從未停止過(guò)”載人版本的開發(fā)工作，等貨運(yùn)版研制成功后再行推出。2021年11月，內(nèi)華達(dá)山脈公司稱，該公司募集到了14億美元的A輪融資，將用于在2025年前開發(fā)載人版本的“追夢(mèng)者”。

2021年10月25日，內(nèi)華達(dá)山脈公司和藍(lán)色起源公司聯(lián)合宣布，將共同打造新一代“軌道環(huán)礁”空間站，競(jìng)標(biāo)美國(guó)宇航局的商業(yè)化低軌道載人空間站任務(wù)，旨在成為一個(gè)“多用途商業(yè)園區(qū)”。“追夢(mèng)者”將成為人員和貨物運(yùn)輸航天器之一。

“追夢(mèng)者”的貨運(yùn)版本被稱為“追夢(mèng)者”貨運(yùn)系統(tǒng)（DCCS），計(jì)劃于2023年1月開發(fā)完成，并根據(jù)美國(guó)宇航局的商業(yè)貨運(yùn)補(bǔ)給服務(wù)-2（CRS-2）計(jì)劃，向國(guó)際空間站運(yùn)送貨物?！白穳?mèng)者”貨運(yùn)系統(tǒng)攜帶一個(gè)安裝有太陽(yáng)能電池板的貨艙，一次性使用。

追夢(mèng)者航天飛機(jī)著陸試驗(yàn)

追夢(mèng)者航天飛機(jī)在測(cè)試中

展出的“追夢(mèng)者”軌道器模型

為了滿足CRS-2指南的要求，“追夢(mèng)者”貨運(yùn)系統(tǒng)要把機(jī)翼折疊，這樣才能裝進(jìn)直徑為5米的有效載荷整流罩內(nèi)，而原先設(shè)計(jì)的載人版“追夢(mèng)者”是不打算采用整流罩的。之所以要考慮整流罩，是為了允許貨運(yùn)版能夠在各種運(yùn)力足夠的火箭上發(fā)射，如“阿里安5”和“宇宙神5”。貨運(yùn)版“追夢(mèng)者”上行能力為5000千克加壓貨物和500千克非加壓貨物，可以帶走3250千克垃圾，扔進(jìn)大氣層燒毀，并且把1750千克貨物帶回地面。

2019年8月14日，內(nèi)華達(dá)山脈航天公司宣布將用聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司的火神火箭發(fā)射所有6次CRS-2任務(wù)，第一次飛行準(zhǔn)備在2021底實(shí)施，但是后來(lái)又宣布，首次飛行將推遲到2023年1月。

2021年11月19日，內(nèi)華達(dá)山脈公司還宣布，它正在考慮研制“追夢(mèng)者”的第三個(gè)版本，專門用于軍事和情報(bào)任務(wù)，但細(xì)節(jié)沒(méi)有透露。

上文中談到的一次性貨艙稱為“流星”艙，是一個(gè)4.6米長(zhǎng)的附件，據(jù)說(shuō)總貨運(yùn)能力達(dá)到4500千克，其中包括了加壓和非加壓貨物?！白穳?mèng)者”的垃圾清運(yùn)功能也是由該艙段承擔(dān)的。除了運(yùn)載貨物外，“流星”艙還攜帶了發(fā)電能力6千瓦的太陽(yáng)能電池板。它具有自主的熱控能力，有6個(gè)推力器來(lái)實(shí)現(xiàn)軌道和姿態(tài)控制，可以和國(guó)際空間站的不同制式接口對(duì)接。航天員要先進(jìn)入“流星”艙，再通過(guò)另一個(gè)艙門進(jìn)入“追夢(mèng)者”。內(nèi)華達(dá)山脈公司表示，“流星”艙也適用于研制中的“低軌道目的地”空間站。

除了美國(guó)宇航局，內(nèi)華達(dá)山脈公司還積極向其他用戶推銷“追夢(mèng)者”。2013年12月，德國(guó)航空航天中心（DLR）宣布，要調(diào)研歐洲是不是能利用“追夢(mèng)者”的技術(shù)。該項(xiàng)目名為“歐洲使用的追夢(mèng)者”（DC4EU），用來(lái)向國(guó)際空間站運(yùn)送船員和貨物，還可以執(zhí)行更高軌道的任務(wù)。

到2014年1月，歐空局同意成為DC4EU項(xiàng)目的合作伙伴。歐空局還研究了“歐洲化”“追夢(mèng)者”的發(fā)射方案，特別是它是否可以從圭亞那航天中心用阿里安5火箭發(fā)射。但是為了簡(jiǎn)化空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，必須把“追夢(mèng)者”裝在整流罩內(nèi)發(fā)射。阿里安5號(hào)在設(shè)計(jì)之初是考慮了載人能力的，一度打算用來(lái)發(fā)射“赫爾墨斯”航天飛機(jī)，也出現(xiàn)過(guò)發(fā)射載人飛船的構(gòu)想。但這些項(xiàng)目后來(lái)都被取消了。