美国国家航空航天局(NASA)拖延已久的重返载人航天计划

2020-06-02 00:03:52

随着SpaceX Demo-2任务的发射,美国实现了近十年来没有做过的事情:用国产助推器和运载火箭将人类送入近地轨道。这是一次能力上的失误,持续的时间比NASA内外的任何人都能想象的要长得多。由于一系列的延误和项目取消,自2011年以来,在月球上留下靴印并建造标志性航天飞机的同一机构一直被迫依赖俄罗斯将宇航员送入太空。

如果美国宇航局依靠美国传统的航空巨头来完成这项工作,那么他们将仍然在等待发射自己的宇航员。去年12月,波音CST-100“星际客机”飞往国际空间站的首次飞行是一次令人尴尬的失败,险些失去无人驾驶太空舱。后来的一项调查发现,草率的软件开发和不一致的测试导致了任务期间至少两次重大失败,最终不得不缩短,因为运载火箭甚至无法到达国际空间站的高度,更不用说进行对接尝试了。自那以后,美国国家航空航天局(NASA)和波音公司(Boeing)已同意在今年年底前的某个时候尝试再次测试CST-100,尽管由于全球大流行,推迟到2021年似乎几乎是不可避免的。

但就这一点而言,美国重返载人航天的缓慢不能归咎于CST-100,甚至不能归咎于波音。自从航天飞机退役以来,NASA一直受到政治和优柔寡断的阻碍。随着白宫的授权不断变化,该机构的载人航天计划一直难以朝着任何一个目标取得重大进展。

人们经常说,航天飞机是在没有明确更换计划的情况下被取消的,但事实要复杂得多。2003年哥伦比亚号不幸失踪后不到一年,美国总统乔治·W·布什(George W.Bush)发布了他的太空探索愿景计划,该计划将使美国国家航空航天局(NASA)走上淘汰老化的航天飞机机队的道路,同时保持美国的发射能力和在太空探索方面的全球领先地位。

该计划指示NASA在2010年之前完成国际空间站的初步建设,届时航天飞机的主要任务将完成,该计划可能会结束。与此同时,美国国家航空航天局(NASA)将开发乘员探索飞行器:一种更传统的太空舱,能够将美国宇航员运送到空间站、月球,甚至可能是火星。这个相对简单的飞行器将于2008年开始试飞,以便有足够的时间在航天飞机完成最后一次空间站组装任务时使其达到运行状态。

空间探索愿景的一个关键目标是将机组人员和货物分开。航天飞机试图将乘员运输车和重型助推器组合成一个可重复使用的包,但最终的结果是一种从未真正胜任这两项任务的飞行器。它太大太复杂,不能仅仅将人员运送到国际空间站,但同时,它独特的设计和操作参数限制了它可以实际携带的有效载荷类型。

简而言之,白宫认为航天飞机是一次失败的实验,它不仅夺去了14名美国宇航员的生命,而且消耗了太多的NASA预算和资源。太空探索愿景旨在让NASA回到一条更安全、更可持续的道路上,最终目标是在2020年之前离开地球轨道,返回月球。

为了响应布什总统的太空探索愿景,美国国家航空航天局在2005年开发了星座计划。它由两个独立的火箭助推器组成,一个打算搭载人类额定的航天器,另一个是重型运载火箭,其载货能力是航天飞机的8倍。根据新计划,前往月球或火星的大型航天器将用较大的火箭提前发射,机组人员将乘坐较小的火箭前往太空,并在轨道上与其会合。

该计划还呼吁开发猎户座太空舱和牛郎星月球着陆器,这两种着陆器都将受到阿波罗时代同行的严重影响。甚至有计划使用土星V火箭上使用的火箭J-2发动机的现代化版本,尽管现代的安全要求导致这个想法在相当早的时候就被放弃了。

不幸的是,星座计划受到延误和成本超支的困扰。部分问题是,NASA仍然必须为航天飞机和国际空间站提供资金和运营,这给该机构带来了巨大的压力。在航天飞机还在搭载宇航员的时候,将资金和工程师从航天飞机项目中拿走,可能会导致另一场灾难,所以星座从来不是首要任务也就不足为奇了。

2009年,NASA进行了战神I-X的试飞,这是人类额定的助推器火箭的原型,旨在将猎户座太空舱送入低地球轨道。虽然这次飞行是成功的,但它将是唯一一件飞行过的星座硬件。由于惰性模型代替了上面的级和乘员太空舱,不完整的战神I-X最终成为星座计划自开始以来实际上进展甚微的象征。

在这一点上,白宫现在已经被巴拉克·奥巴马(Barack Obama)总统占据,就像政府易手时经常出现的情况一样,新的领导层正在寻求削减成本和精简运营。奥巴马总统下令进行的评估得出的结论是,完成星座计划至少需要1500亿美元,即便如此,在可预见的未来,重返月球或执行火星任务也是不太可能的。基于这些发现和他所说的“缺乏创新”,他在2010年正式取消了该计划,也就是航天飞机计划进行最后一次飞行的前一年。

为了寻找一种更现代化、更灵活的方法将货物和机组人员运送到近地轨道,奥巴马政府大力推动让商业运营商参与NASA的运营。资金被专门分配给新的商业机组人员发展(CCDev)计划,该计划的任务是寻找能够设计、制造和操作自己的人类级别航天器的公司。

波音公司的CST-100是首批通过CCDev计划获得资金的飞行器之一,内华达山脉的追梦者航天飞机也是如此。作为一种应急措施,如果NASA的新商业合作伙伴不能生产出可行的运载火箭,猎户座乘员太空舱的开发将被允许继续进行。

随着航天飞机退役的临近,很明显,美国将不得不依靠俄罗斯的航天器将宇航员送到国际空间站,但这被视为临时措施。

当CCDev计划的第二阶段于2011年开始时,波音公司相信CST-100可以在2014年开始载人试飞,NASA相信猎户座将在2016年准备好飞往国际空间站的运营飞行。

当美国国家航空航天局(NASA)及其传统的航空航天合作伙伴正在应对重新开始设计人类级别的航天器的现实时,SpaceX已经用自主研发的助推器将他们的Dragon太空舱送入了近地轨道,并正在为他们前往国际空间站的第一次货运任务做准备。SpaceX公司通过被称为商业轨道运输服务(COTS)的纯货运版本CCDev获得了资金,并迅速声名鹊起。

因此,当CCDev的第三阶段在2012年开放时,SpaceX远远领先于这场游戏。不仅他们提议的航天器的一个版本已经完成并已经飞行,而且他们在所有CCDev项目中都是独一无二的,因为他们还开发了自己的助推器火箭来将他们的飞行器送入太空。这种垂直整合不仅是SpaceX大幅降低运营费用的关键,而且还实现了竞争对手无法比拟的快速迭代设计过程。

2014年,美国国家航空航天局(NASA)正式选择SpaceX作为他们的商业机组合作伙伴之一,他们获得了26亿美元的奖励,用于开发用于载人任务的改进型龙货运太空舱,预计他们可以在2017年之前对其进行测试和认证。

但该公司仍需履行COTS合同下的货运义务,再加上开发人类额定航天器时预计会出现的正常挫折和延误,将新机组人员龙的首次试飞推迟到2019年。

自从航天飞机正式宣布退役以来,它模糊的替代物距离首次飞行永远还有几年的时间。但是,即使有八年的领先优势,到亚特兰蒂斯号最后一次停下来的时候,NASA花在追逐纸质火箭上的所有时间和金钱都没有什么可展示的。尽管经过十多年的发展,CST-100和猎户座仍然没有开始运营飞行。传统的航空航天行业没有响应这一号召。

通过将宇航员罗伯特·本肯(Robert Behnken)和道格拉斯·赫尔利(Douglas Hurley)送入太空,SpaceX正式结束了美国国家航空航天局(NASA)历史上艰难的一章。这不仅标志着该机构结束了对外国硬件的依赖来执行载人航天任务,而且证明了旧的方式并不是一成不变的。

黑马稳扎稳打根深蒂固的巨人,太空民主化从未如此接近。很难预测人类太空飞行的下一个十年会是什么样子,但毫无疑问,它将比前一个十年更令人兴奋。