美国的登月梦,要被SpaceX盘活了?

本文来自微信公众号:脱落酸,作者:脱落酸,编辑:叶子,题图来自:视觉中国

SpaceX 星舰的第六次试飞未能复现 ” 筷子夹火箭 “(助推器回到发射台被机械臂夹住)的壮举。

不过猛禽发动机(飞船发动机)的太空重启,还是证明了飞船在外星球 ” 调整位置速度、重新起航 ” 的能力。

试飞仍在进行,SpaceX 就迫不及待发了推。

整个过程,瑕不掩瑜,距离 ” 重返月球 “” 殖民火星 ” 又近了一步。

美国上一次登月,是 1972 年的阿波罗 17 号,已经过去半个世纪。

那之后前 30 年的航天事业,几乎处于停滞状态。

2001 年,马斯克萌生太空梦时,彻夜翻遍 NASA 网站,没找到任何火星计划。” 做到登月就到头儿了,就不做了?”

无法接受技术倒退的他,一鼓作气成立 SpaceX,最后亲自造了支火箭拖到 NASA 局长肖恩 · 奥基夫 ” 面前 “。

局长派副手评估 SpaceX 实力,结果认为:”NASA 投资这家公司是很有必要的 “。

就这样,从 2006 年开始,双方签订了不少合同。

尤其是美国航天飞机计划结束(1981 年— 2011 年)后,SpaceX 更在 NASA 的目光注视下一路狂飙。

2012 年 5 月 25 日,” 龙飞船 ” 搭乘 ” 猎鹰 9″ 升空与国际空间站(ISS)对接,3 天后完成 1000 磅的物资转运。

2020 年,” 载人版龙飞船 ” 搭乘 ” 猎鹰 9″ 火箭升空。这是自 2011 年以来,美国首次使用国产火箭从本土将宇航员送往 ISS。

要不是 SpaceX,美国可能要一直依靠俄罗斯联盟号宇宙飞船送人上 ISS。

这不禁让人怀疑,NASA 花了 50 年都做不到的事,就要被 SpaceX 干成了?

SpaceX 靠 ” 性价比 ” 站上 NASA 承应商 C 位

波音最不愿意接受的一幕出现了。

今年 6 月,波音星际客机首次载人试飞,遭遇氦气泄漏和发动机故障,原定的 8 天任务被迫延长明年 2 月。健康亮起红灯的宇航员们还在等待 SpaceX 的救援。

十年前的 NASA 绝对不会相信,SpaceX 要为波音收拾残局。

2014 年,波音公司和 SpaceX 同时获得 CCtCap 合同,开发自己的航天器(比如星际客机、星际飞船)送机组人员往返 ISS。

波音拿到了 42 亿美元的单子,而 SpaceX 的价格比波音少了三分之一,仅为 26 亿美元。

没有人敢质疑这项资金分配。波音和 NASA 是老情人了,早在 1950 年代末的水星计划就合作过。过去的波音技术雄厚,战功赫赫,NASA 对它滤镜满满,不料短短六年,风向就变了。

2020 年,SpaceX 率先用 ” 猎鹰 9″ 火箭 ” 龙飞船 ” 将宇航员送入 ISS。

相比之下,波音的星际客机直到 2022 年 5 月,才完成一次无人驾驶的 ISS 试飞。而此前的两次无人试飞均遭遇软硬件问题。

尽管波音忙于解决一个又一个工程难题,NASA 仍为它的失败找借口。

国际空间站项目经理达娜 · 韦格尔说:” 两者的发展路径不同,不宜直接比较 “。她指出:SpaceX 的载人龙飞船基于早期的货运龙飞船项目,而波音的星际客机则缺乏这样的基础。

好一个帮亲不帮理,NASA 偏袒波音,感情上要过得去,给钱也丝毫不含糊。

反观 SpaceX,跟 NASA 签了不少 ” 事多钱少 ” 的合同。

第一份合同,是 2006 年签的。这一年,NASA 改变合作方式,开始转向投资私营企业。

再过几年,航天飞机即将退役,到那时,NASA 实在拉不下脸 ” 拜托 ” 俄罗斯的 ” 联盟号 ” 飞船送人到 ISS。靠自己吧,ISS 又像是 ” 只能往里扔钱的巨大老鼠洞 “。

主要还是为了省钱,NASA 尝试走 ” 验收后再付款 “(设计评审不达标, 不保证付款)模式。

NASA2008 年启动了 ” 商业轨道运输服务(COTS)” 项目,主要为 ISS 提供商业补给服务,这种模式又很快推进到载人运输领域

其次是为分摊风险,COTS 合同最终选了两家公司。

一家就是 SpaceX,成立 4 年,公司仅 100 多人,竞标拿到了 2.78 亿美元合同。

还有一家是 Rocketplane Kistler,有 15 年火箭发射经验,获得了 2.07 亿美元的合同,它的 CEO 是 NASA 的前高级经理。

经过 1 年多的研发后,RpK 未能完成阶段性目标,破产出局。

而 SpaceX 则从 NASA 那里拿到了 3.96 亿美元,为后续开发 ” 龙飞船 ” 向 ISS 送货提供了原始资金。

谨慎的 NASA 永远不会把鸡蛋都在 SpaceX 的篮子里。

吸取 RpK 的教训,NASA 牵手轨道科学 Orbital Sciences(后来被 Northrop Grumman 公司收购)。2008 年,NASA 给他们定了个 “2016 年前运送 20 吨货物到 ISS” 的任务。

面对 30 多年感情的老搭档,任务与资金分配是这样的:轨道科学承担 8 次任务,能获得 19 亿美元,而 SpaceX 执行 12 次任务,可进账 16 亿美元。

SpaceX 的任务更为艰巨,合同报价却更少。

结果,与波音合作一样,出现了两幅截然不同的图景。

2008 年 9 月,猎鹰 1 号在第 4 次发射成功。死里逃生的 SpaceX 随后拥有了自己的发射台,并将猎鹰 1 升级为 9。

接下来几年,SpaceX 再接再厉。

2010 年,Dragon 龙飞船搭载猎鹰 9 火箭成功升空进入地球轨道;2012 年 5 月 28 日,货运版 Dragon 龙飞船首次将物资送往 ISS;算起来,SpaceX 的首次送货时间比轨道科学(2014 年 1 月 9 日)早了一年多。

作为对比,轨道科学的 Antares 火箭还曾因故坠毁,最后不得不更换火箭型号,转而使用 Atlas V 火箭来完成剩余的任务。

又一个 5 年,SpaceX 足以自证能力。

然而,在 2020 年 NASA 启动的载人着陆系统(HLS)计划中,SpaceX 还是获得了最低的技术和安全性评级,最少的资金支持。

NASA 前期资助额有 9.67 亿美元,超一半分给了以蓝色起源 Blue Origin 为代表的 ” 美国国家队 “。动力系统 Dynetics 获得 2.53 亿美元,而 SpaceX 只拿到了 1.35 亿美元。

不出意外,剧情重演。

一年以后,SpaceX 击败其他两家竞争对手,成功逆袭,赢得了建造阿尔忒弥斯 3 号(Artemis3)月球着陆器价值 29 亿美元的合同。

载人着陆系统 HLS(星舰)效果图

SLS 烧了超 300 亿,Artemis 计划一再被推迟

阿耳忒弥斯 Artemis 计划,NASA 的载人登月任务,是 2017 年启动的。特朗普签的行政命令,他要保留奥巴马时代的载人航天计划。

原计划是 ” 一步一步来 “:

2021 年 11 月,Artemis1 号实现无人飞船绕月返回;2023 年,Artemis2 号实现载人绕月,不登陆;2024 年,Artemis3 号实现载人登月;之后还有 Artemis4、Artemis5、Artemis6 号任务 ……

Artemis3 预计飞行路径

到今天,才完成了第一步。

按照 NASA 最新计划表,载人绕月的 Artemis2 号由 2024 年底推迟到 2025 年 9 月,载人登月的 Artemis3 号由 2025 年底推迟到 2026 年 9 月。

如果一切顺利,作为阿波罗计划的继承者,Artemis3 号会这样探月:

NASA 使用 SLS 火箭(Block 1 型火箭),把宇航员们坐的 ” 猎户座飞船 ” 送近月轨道;

SpaceX 的星舰 HLS,则要与 SpaceX 预先发射到近地轨道的 ” 推进剂存储飞船 ” 会合,完成空中加油;

加满油的星舰 HLS,会先与 ” 猎户座飞船 ” 会合,接到宇航员后,再从月球轨道飞往月球南极。

任务持续大约 6.5 天,宇航员会从星舰 HLS 回到 ” 猎户座飞船 “,返回地球。

这就像是一个接力赛,NASA 和 SpaceX 各有分工。

现阶段的 SpaceX,最重要的是进行一次推进剂的转移测试,也叫在轨补给、太空加油。

今年 3 月,SpaceX 星舰已经成功在星舰主贮箱和头部贮箱之间转移了推进剂。

接下来的演示要求无疑更高。需要在两艘星舰之间进行——一艘 ” 目标 ” 星舰先发射入轨,三四周后一艘 ” 追逐者 ” 星舰再跟进。两舰对接完成,追逐者为目标星舰加油,最后脱离对接和轨道。

在轨补给、太空加油保证续航时长,是重返月球、殖民火星的关键。

整体而言,SpaceX 方面还算稳定。但考虑到 SLS 火箭的现状,Artemis3 大概率还会继续推迟。

毕竟,延误是种常态。SLS 火箭原计划 2016 年底进行首飞,结果至少被推迟了 16 次。加时近 6 年,终于在 2022 年 11 月实现无人驾驶,标志 Artemis 1 任务成功。

不巧的是,猎户座飞船隔热罩又出现了腐蚀情况,这导致 NASA 在 2023 年 1 月将 Artemis 2 发射推迟近一年。

猎户座飞船、和 SLS 火箭,执行 Artemis3 号计划最主要的两部分,发展都落后于计划,而且超出了预算。

太空发射系统 SLS 是 2011 开始的项目,主要开发 Block 1、Block 1B 和 Block 2 等型号火箭,预计到 2017 年,投入 180 亿美元。

” 其中 100 亿美元用于 SLS 火箭,60 亿美元用于猎户座飞船,20 亿美元用于升级发射台和肯尼迪航天中心的其他设施 “。

2018 年 10 月,NASA OIG 报告称,截至 2018 年 8 月,波音核心级合同已占 SLS 总花费 119 亿美元的 40%。

到 2021 年,核心级的开发预计将花费 89 亿美元,是最初计划金额的两倍。

整个 2011 — 2023 年,NASA 在 SLS 开发上花了264 亿美元。以 2024 年的物价来算,这些钱就相当于 320 亿美元。

实在是太烧钱了。当然,预算超支是个老问题了。

SLS,作为战神五号运载火箭的转世,最早可以追溯到星座计划。星座计划由 2004 年美国总统乔治 · W · 布什颁布,支持国际空间站、重返月球、前往火星甚至更远的地方。

同样是因为资金严重不足,最后被奥巴马搁置了。整个 2010 年,月球计划已经被定性 ” 死亡 “。

所幸不到一年时间,载人航天计划又被捡起来。国会拨巨资卷土重来,NASA 左手拉着军工巨头,右手牵着私营企业,继续开发曾被取消的猎户座飞船,设计新一代太空发射系统 SLS。

先验收再付款,NASA 要被盘活了?

SLS 项目曾集万千宠爱于一身。

NASA 牵头,波音公司负责设计、开发、测试和生产核心级和上面级,诺斯罗普 · 格鲁门公司提供固体火箭助推器。现如今似乎渐渐失去了竞争优势。

在更便宜、可重复使用火箭的映衬下,连潜在客户的美国国防部(DoD)都不愿意采购了。

问题出在哪?

NASA 下的任务,波音和诺斯罗普 · 格鲁门底下又分给私人承包商和分包商。无独有偶,” 猎户座 ” 飞船的主要承包商洛克希德 · 马丁公司,也会层层下放指标

研发生产链条越拉越长,文件工作越来越多,决策过程越来越慢。承包商一旦疏于纠正,计划成本超支和时间延迟就不足为奇。

尤其在 NASA 还明显袒护一些 ” 老伙计 ” 的情况下,管理氛围变得更加微妙。

今年 9 月马斯克在 X 怒怼 FAA 陷入 ” 卡夫卡式 ” 的官僚主义扼杀国家太空计划

明明波音出问题,反过来罚 SpaceX 63.3 万美元,更破防的,NASA 还不站出来主持公道。

毕竟都是合作了几十年的老牌企业,又牵涉政党利益纷争,一时半会张不开口也能理解。

但马斯克不接受,发帖说受够了,局长应该离职,并向国会控诉 FAA 乱作为。

这非常马斯克。为了殖民火星,他不止一次对抗不公之举。

最早的一次正面开杠,可以追溯到 2004 年 2 月。

当年的 NASA 未经公开竞标,直接将价值超 2 亿美元的合同给了 SpaceX 的竞争对手 RpK 时,马斯克不顾旁人劝说,坚定起诉。

冒着可能与 NASA 翻脸的风险,马斯克重申了自己的立场:NASA 应该鼓励创新而非支持某些公司。

SpaceX 最终胜诉,NASA 被法院要求开放竞标。

修订后的项目名称就是商业轨道运输服务(COTS),SpaceX 凭实力赢得了其中很大一部分订单。

也是这个时候开始。整个局面改变了。NASA 在航天领域合作模式上也不一样了。

过去,走 ” 成本加成 ” 模式,先支付再验收。只要签下合同,费用通常不断增加。

承包商不仅能报销与合同相关的所有直接和间接成本,如材料、人工、设备及管理费用,还能获得合同金额固定比例的预设利润。

看似爽快的慷慨扶持,其实最大程度阻碍了创新。如果一份成本加成合同你永远完不成,承包商几乎没有动力推进工期、削减成本。

以洛克希德 · 马丁公司和波音公司的合资企业 ULA 为例,他们到 2017 年都在依赖从俄罗斯进口发动机。

” 波音公司和洛克希德 · 马丁公司只想稳稳当当地吃成本加成合同的老本。” 马斯克曾在自传中提到:” 在这种体制机制下,人类不可能飞到火星去。”

为此,SpaceX 提出了一种新的方式,那就是 NASA 验收后再付款。

承包商承担风险自筹资金做项目,只有当他们真的完成任务后,才能收到合同规定的钱。

以结果为导向,减少干预,赋予合作伙伴更大的设计和制造自主权,登月计划开始奏效了。

NASA 也没料到,2006 年雇佣的 ” 临时工 ” 竟然一路狂飙,击败众多老牌企业,日渐享有主角光环。

尤其在中国宣布 2030 年登月球之时,SpaceX 甚至被视作是拯救美国太空事业的最后希望。

” 筷子夹火箭 ” 的上演,似乎已经在预示,即便没有 NASA 的重视,马斯克有朝一日也会把人类送上火星了。

所以说,有了 Space X,还看 NASA 做啥?

这样想,NASA 会委屈的。

你看《NASA Fiscal Year 2024 Spending Plan》,NASA 要做的远不止深空探索。(虎嗅注:以下三个图表中各项费用单位均应为百万美元,具体项目名称可能因机翻导致稍有出入,仅作示意;表头可参照表 2)

还有各种科学研究。

以及技术开发、航空研究、STEM 教育、安全与安保、设施建设与环境合规等项目。

很多项目通常没有直接商业利益,需要公共资金和长期投资。

这些,都只有 NASA 能做。

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