载人飞船的天地传说「星特写」

  

  今年5月,经过19个多小时的疾速飞行后,由SpaceX猎鹰9号火箭推送且搭载着两名美国宇航员的载人龙飞船与国际空间站和谐号美国舱段准确无误对接。而在前一天,猎鹰9号火箭也顺利返回降落在指定的无人海上平台之上。科技狂人埃隆·马斯克又一次以骇俗之举改变了世界。 

  SpaceX的成功再次燃起全球范围内的商业航天热潮。本文将回顾载人天地往返运输工具的历史,梳理国内外商业航天企业的发展及未来启示。 

  一、载人天地往返运输工具的历史 

  回顾人类载人航天历程,太空时代的到来,就是从载人天地往返运输系统的研制与试验开始的。在太空竞赛时期,前苏联和美国分别研制了三个系列的载人飞船,即东方号、上升号、联盟号和水星号、双子星号、阿波罗号。联盟号飞船经过不断改进,直到今天仍作为天地往返运输工具在使用。美国研制并使用了航天飞机,未来各航天大国还将研制新一代载人飞船。 

  研究这些载人天地往返运输工具的历史,可以更清楚地让我们了解人类航天技术的发展进程,并且更好地把握未来,让航天技术更加有效地为人类造福。 

  1、东方号飞船回答了“人能否进入太空的问题 

  19614月,前苏联航天员尤里·加加林乘坐东方一号飞船,从位于哈萨克斯坦的拜科努尔航天中心飞上太空,宣告了人类载人航天时代的到来。虽然加加林乘坐东方一号飞船仅环绕地球飞行一周,却完整地验证了天地往返运输系统发射入轨、在轨运行、生命保障、测控通信、安全返回所需要的关键技术,证明了人类有能力实现可靠的天地往返。 

  美国的第一代载人飞船是在前苏联取得巨大成就的情况下奋起直追的产物。1961年55日,艾伦谢泼德乘坐水星3号,成为美国第一位乘坐飞船升空的人,到达186公里的高空。之后乘坐水星4号的格里索姆也采用了亚轨道飞行方式。 

  在水星4号任务之后,因为有了更大的宇宙神运载火箭,美国才得以将水星号飞船送入环绕地球的轨道。1962220日,约翰·格伦乘坐水星6号飞船绕地球飞行3圈,成为美国第一个进入地球轨道的人。此后的3次水星号飞行任务均取得了成功。 

  东方号飞船和水星号飞船的飞行,是人类初次进入太空的尝试,回答了“人能否进入太空的问题,其最大意义在于开创了载人航天的新纪元。 

  2、登月竞赛中的载人飞船 

  在初步解决了人进入太空的问题之后,前苏联与美国马不停蹄,开始了更为激烈的太空竞赛。 

  美国和前苏联为实现登上月球的目标,分别研制了阿波罗飞船和联盟号飞船。但在这两型飞船的发展初期,均遭受到重大挫折。在最初的挫折之后,两型飞船均进行了较大的改进,并且都在人类载人航天历史上留下了辉煌的篇章。 

  196812月,没有携带登月舱的阿波罗8号飞船实现了人类历史上第一次绕月飞行。1969720日,乘坐阿波罗11号飞船的尼尔·阿姆斯特朗登上月球,标志着美国在登月竞赛中取得了全面胜利。 

  虽然前苏联在登月竞赛中输给美国,但其间研制的联盟号飞船却在空间站时代大显身手,成为历代空间站的天地往返工具。 

  3、航天飞机是人类历史上最引人注目的天地往返工具 

  由于采用技术过于复杂,维护和使用成本远远大于一次性运载火箭,以及运载效率极低、安全设计方面的不足等原因,航天飞机不得不退出载人航天历史舞台。 

  美国研制的航天飞机是人类历史上最引人注目的天地往返工具。从1981年412日哥伦比亚号航天飞机的首次飞行,到2011721日亚特兰蒂斯号航天飞机的谢幕之旅,航天飞机共进行了135次发射,取得了无数的科技与工程成果,在人类载人航天史上谱写了壮丽的诗篇。 

  由于航天飞机所采用的技术过于复杂,导致其维护和使用成本远远大于一次性运载火箭。而且由于其采用了人货混合的运输方式,导致其运载效率极低:航天飞机的起飞重量接近土星五号巨型火箭的量级,其货物运载能力却只有大约24吨,再加上它在安全设计方面的不足,两次事故共14名宇航员丧生的巨大惨剧,导致美国不得不让它退出载人航天的历史舞台。 

  4、神舟系列载人飞船采用了当代更新的技术 

  我国研制的神舟系列载人飞船,比俄罗斯的联盟号飞船略重,在美国的航天飞机退役之后,是目前人类正在使用的最重的人员天地往返运输工具。它采用由轨道舱、返回舱、推进舱组成的较为成熟的三舱构型,虽然在构型上和联盟号类似,却采用了大量更为先进的技术。 

  神舟飞船在历次飞行任务中的出色表现,以及载人航天工程从一开始就完整考虑的前瞻性设计,使得神舟飞船足以胜任我国未来空间站的天地往返运输任务。 

  可以预见,随着新技术的不断出现,神舟飞船也会不断改进,朝着更加安全、可靠、更加舒适的方向发展。 

  二、撬动商业航天新势力 

  起步于国家项目,航天工程逐步走向商业航天,成为近年来颇受追捧的行业。北京时间5月31日凌晨322分,SpaceX的猎鹰9号火箭和载人龙飞船Crew Dragon)成功发射,其搭载的两名NASA宇航员将前往国际空间站执行任务。 

  这意味着人类首次商业载人航天发射成功,而SpaceX也成为首个掌握载人航天技术的私人公司,这被称为是全球商业载人航天产业的历史性突破。 

  中国经济网认为,相比之下,我国的商业航天起步较晚,但发展迅速。尤其是2016年国务院印发《十三五国家战略性新兴产业发展规划》,发表《2016中国的航天》白皮书,提出鼓励引导民间资本参与航天科研生产,大力发展商业航天和卫星商业化应用,完善政府购买航天产品与服务机制等内容。 

  在此背景下,近几年涌现大批商业航天企业,并不断获得资本青睐。数据显示,2015-2019年,与商业航天相关的投融资约160起,投资金额超过百亿元。而SpaceX的成功,也让国内的商业航天企业颇为振奋。 

  中金公司认为,SpaceX的火箭和卫星星座计划相互协同,对我国商业航天在技术和商业模式上,都产生了较大的示范作用和影响。 

  证券时报指出,SpaceX撬开商业航天空间有三重启示。 

  启示之一:商业航天的崛起需要马斯克这样的关键人物,以及紧密环绕着的资本与企业家群体。 

  商业航天指向的是未知,首先需要的是梦想。在许多人看来,马斯克不是“疯子就是狂人,因为他有让飞行器携带游客绕月球旅行的奇谈怪论,还有送游客到火星殖民的奇思妙想,更有在火星建立数万人社区的异想天开,有了如此脑洞大开的梦想,便有了创新的欲望;也正是对于梦想的痴迷般追逐,才有了奇幻现实的绽放。对于像马斯克这样的关键先生,公众也许难以跟上其思想的步伐,甚至有人嗤之以鼻,但最终世界发生的巨变会证明他们的奇赋异能。 

  启示之二:商业航天的腾跃需要畅通的政企合作,以及围绕合作所展开的资源灵活匹配与利益分配。 

  作为星际航天探索的先驱,美国的航天事业都是由NASA做主导,比如水星,双子座和阿波罗时代的航天飞行计划就全由NASA一手包办,但为了摆脱对俄罗斯的依赖,更为了争取足量的市场化资金与利用企业家的热情,NASA最终迈开了以CCP(商业航天项目)为驱动的公私合营脚步,美国商业航天因此从政府主导迅速切换到政府主导与政府采购并行的轨道。 

  NASA的核心职能无疑是向民营商业航天企业输送资金与转移技术。初步统计,仅SpaceX从NASA手上获得的补贴资金就超过51亿美元;不仅如此,NASA还向商业航天公司开放航天基础设施,比如美国政府与军方的里根试验中心发射场、卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心以及范登堡空军基地的SLC-40发射场都提供给SpaceX用于发射猎鹰火箭。 

  当然,NASA更多的是通过动力发射与载人航天项目的竞争性外包渠道为私营航天企业提供支持,由此不仅可以让BoeingBlue Origin以及SpaceX等大显身手,也催生出了OneWebOrbitalInsightSkyboxImaging等新型企业,在完善产业链的同时,也在各个环节形成了多家私企互相竞争的格局,以此为基础,商业航天资本通过市场化配置不仅更显高效,而且达到了降低产品与服务价格的目的。据悉,CCP项目为NASA带来的发射费用削减高达60亿美元。 

  启示之三:商业航天的快行需要鸣笛导航的法律制度,以及基于法律制度的角色定位与关系调整。 

  自1962年颁布《国家通信卫星法》为卫星通信系统的商业化应用奠定基础开始,美国就不断出台引导商业航天发展的一系列相关法律法规,包括《鼓励私营航空航天竞争力与创业法》、《航天现代投资法》以及《零重力零税收法》等。法律法规的健全完善不仅为商业航天产业的发展提高了标准化基础,更构成了对私营企业参与商业航天探索的清晰指引,同时打消了市场化力量的投资顾虑,防止了行业竞争的无序;另外,相关的法律法规也明确界定了政府与市场的角色和职能边界,廓清了彼此的权利义务关系,而在企业与企业之间,法律规范也成为合作协商的契约工具。 

  三、多元化太空体验和返回解决方案 

  作为在商业航天领域最早投资布局的机构之一,联想之星将智能航天与前沿科技作为系统投资的方向之一。在该方向,联想之星已投资零壹空间、天仪研究院、紫微科技以及海外项目RBC Signals等公司。 

  紫微科技(AZSpace)是一家以实现太空体验与返回为核心业务的高科技公司,公司的核心产品为小型系列太空船(太空飞行器),为科学级、企业级及消费级客户提供多元化的太空体验和返回解决方案,并为客户提供与太空体验与返回相关的产业增值服务。 

  20197月,北理工1卫星成功入轨运行,紫微科技提供精确轨道预报服务。 

  据悉,“北理工1卫星搭乘星际荣耀公司的双曲线一号火箭在中国酒泉卫星发射中心成功发射进入距地面300千米的地球轨道。作为一颗科学技术验证微型卫星,在稀薄大气作用下,卫星的轨道寿命约为710天。紫微科技(AZSpace)在此期间提供全程精准轨道预报服务,实施对这颗卫星在轨道高度变化过程的A段、B段监控,指导北理工1卫星返回后的精准定位与回收。 

  此次的卫星试验中,紫微科技(AZSpace)作为北理工合作方提供精准卫星运行轨道预报,联合北京天文馆开展天文摄星活动,完成太空返回器的数据监测与相关实验。此次轨道预报将为紫微科技正在研制的太空返回器所需要的返回段相关数据提供真实发射环境中的数据测试和技术验证。 

  全球范围内,2020 年都是航天领域的黄金一年。在载人方面,美国将借助 SpaceX 之力,重启载人发射任务;而对中国航天来说,随着长征五号火箭的正式投入使用,包括空间站建设、火星任务和嫦娥探月工程也将在今年逐渐开展,而近日胖五新成员搭载新一代飞船首飞成功,也开启了中国航天的超级模式。未来,国家级航天项目与商业航天企业将共同为中国航天事业添砖加瓦。 

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