航天观察 | 美国商业航天活动概览:NASA商业载人、太空旅游、商业发射、太空旅馆、月球探索、小行星采矿......

36氪To B产业报道 · 2021-01-14
美国广义的商业航天活动包括NASA商业货运/载人、太空旅游、商业发射服务、太空舱/太空旅馆、月球探索、小行星采矿等

编者按:本文来自航天十二院和航天驭星联合撰写的《商业航天简报》,36氪经授权发布。

作者:十二院 孔超、刘洁

原文题目:美国典型商业航天活动发展现状

编辑:乔雨萌(qiaoyumeng@36kr.com)、石亚琼 (syq@36kr.com)

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商业航天活动没有明确的概念划分。一部分观点认为只有私营公司为私营公司或个人消费者提供产品或服务才属于商业航天;另一部分观点认为只要私营公司参与,承担经营风险,追求投资回报,并以市场化方式运行,无论客户是公还是私,都算是广义商业航天活动,例如NASA提供资助部分资金并引入多家企业竞争的项目也属于“商业”。美国广义的商业航天活动包括NASA商业货运/载人、太空旅游、商业发射服务、太空舱/太空旅馆、月球探索、小行星采矿等。

(一)  NASA商业货运/载人

NASA的商业运输项目包括商业货运(Commercial Cargo)和商业载人(Commercial Crew),前者称商业轨道运输服务(COTS)计划,后者称商业载人运输能力(CCtCAP)计划。COTS计划于2006年启动,私营部门与政府合作开发航天器和火箭,将货物运送到国际空间站。为鼓励竞争,NASA引入三家公司参与,包括SpaceX和诺斯罗普·格鲁曼航天系统公司(NG)和内华达山脉公司(SNC)。目前SpaceX已经利用猎鹰9火箭搭载“货运龙”(Cargo Dragon)飞船,多次执行货运任务,而且飞船可回收;NG公司通过“宇宙神”(Antares)火箭搭载“天鹅座”(Cygnus)货运飞船向国际空间站运送货物;SNC公司的飞船为“逐梦者”(Dream Chaser),将搭载联合发射联盟(ULA)的新型火箭“火神”(Vulcan)发射,预计2021年首飞。NASA商业载人项目于2011年启动,经过多次竞标,2014年9月确定承包商为波音和SpaceX。2020年5月30日,SpaceX利用猎鹰九号搭载“载人龙”(Crew Dragon)飞船,成功将两名宇航员送到国际空间站,8月2日两名宇航员安全返回;波音载人飞船为“Starliner”号,在2019年12月的无人试飞中,波音未能将“Starliner”对接国际空间站,目前其首次载人飞行一再推迟。

(二)  其他典型商业发射服务

  • 亚轨道太空旅游

从事亚轨道太空旅游的公司有维珍银河(Virgin Galactic)和蓝色起源(Blue Origin)。维珍银河的载具宇宙飞船2号(SpaceShipTwo)类似航天飞机,其技术原理是是用一架巨大的双体客机,在中间挂上一个航天飞机,把航天飞机运载到空中释放后再发射,这样可减少燃料。维珍银河航天飞机在2018年、2019年分别将2名和3名飞行员成功送到离地球80公里的亚轨道,其亚轨道飞行定价是25万美元一个座位,未来将制造5架航天飞机。蓝色起源(Blue Origin)将可回收火箭作为载具,其载具命名为新谢泼德(New Shepard),载具发射舱顶部装有一个胶囊,用于载人。新谢泼德火箭2015年4月年首飞,至2020年10月,已经执行了13次飞行任务。目前两家公司还未实现商业化亚轨道太空旅游业务。

  • 微小卫星发射服务

美国参与微小卫星发射服务的主要企业有三家,分别是萤火虫宇航公司、火箭实验室和维珍轨道公司,受到NASA资助。2014年10月,NASA授予三家公司“风险类”(Venture Class)发射服务合同,用于将微小卫星(立方星、微卫星和纳米卫星)发射到轨道上。萤火虫宇航公司研发的载具是“阿尔法”火箭,其有效载荷为630公斤,在2020年年底试飞。火箭实验室研发的载具是“电子”号火箭,已在新西兰的发射场进行了多次发射,并在弗吉尼亚州建造了第二座发射场,发展势头迅猛。维珍轨道公司出自“维珍”系,其载具为LauncherOne,2020年5月首飞,一级火箭点火后不久发生故障并解体。

  • 重型运载发射服务

除了SpaceX,美国参与重型运载发射服务的一个典型公司是蓝色起源,与SpaceX受到NASA资助不同,蓝色起源的资金来自创始人贝佐斯。蓝色起源重型火箭项目有两款火箭,分别是New Glenn和New Armstrong,均以宇航员名字命名。New Glenn用于执行绕地球轨道飞行的任务,New Armstrong用于将有效载荷发送到月球。New Glenn火箭目前是蓝色起源的发展重点,预计于2021年完成首次飞行任务,蓝色起源希望New Glenn能拿到美国国家安全发射合同例如美国空军的发射合同。

  • 平流层发射服务

从事平流层发射服务的主要厂商是Stratolaunch,由微软联合创始人保罗·艾伦、SpaceX CEO马斯克发起成立,利用一款巨型双身飞机(Stratolaunch)将火箭运送至平流层进行发射。Stratolaunch被称为世界上最大的飞机,翼展117米,与足球场的长度相当,有6台发动机和28个轮子,最大起飞质量589吨,可携带最大227吨的火箭到达平流层发射,这样可以极大程度减少地表发射所需的燃料,同时提高成功率、降低天气干扰因素等。2019年4月,Stratolaunch在加州完成首飞,历时2.5小时,飞行高度约5200米,速度达304公里/小时。

(三)  太空舱/太空旅馆

美国太空舱/太空旅馆领域相对成熟的企业是毕格罗宇航公司(Bigelow Aerospace)。2005年10月,毕格罗建造出世界上第一个可扩展的“太空旅馆”试验舱“起源”一号并于2006年搭乘俄罗斯火箭进入太空,“起源”二号太空舱也于2007年成功进入预定轨道。2015年3月,毕格罗发布“可充气活动太空舱(BEAM)”,BEAM采用折叠设计,能迅速扩张为面积达110平方米的太空舱,首个BEAM太空舱已于2016年成功对接国际空间站。毕格罗未来计划发射两个可扩展20倍的B330充气式太空舱。每个B330重20吨,长17.3米,使用寿命为20年,充气展开后内部空间达330立方米,相当于一辆大巴车,可同时容纳6人。两个B330对接在一起组成太空旅馆,访客可停留一至两周,最长可停留一个半月。未来该技术还将用于建造深空空间站以及载人月球基地或载人火星基地。太空舱研发领域的另一个主要玩家是Axiom Space公司。该公司已经拿到NASA的合同,探索在国际空间站上建造商业居住太空舱,预计从2021年开始把商业客户送往国际空间站。

(四)  月球探索

美国近年来启动“重返月球”计划,与“阿波罗计划”不同,此次政府将资助部分经费,引入商业公司的资金和技术,共同开发月球。NASA最新月球探索计划是阿尔忒弥斯(Artemis)计划,计划于2024年将宇航员送至月球表面。NASA投资26亿美元,合作方涵盖从小型初创公司到洛克希德·马丁这样的巨头公司共9家商业企业,共同开发设计机器人登陆器和登陆系统。此次登月计划中需要开发一款月球登录器,NASA委托蓝色起源、Dynetics和SpaceX三家公司竞争开发。以SpaceX方案为例,该公司将通过星舰发送登陆器送入月球轨道,NASA通过SLS和猎户座飞船将宇航员送入月球轨道。在月球轨道上,NASA会建立一个被称作“gateway”的月球轨道空间站,宇航员可以在其中短期生活。同时猎户座和SpaceX的登陆器都与 “gateway”接驳,宇航员可以通过“gateway”从猎户座飞船转移到SpaceX的登陆器中。

(五)  小行星采矿

美国有两家公司在探索小行星采矿领域,分别为行星资源公司(Planetary Resources Inc)和深空工业公司(Deep Space Industries,DSI)。行星资源公司于2012年4月宣布开展小行星采矿技术探索,并在2015年和2018年发射了相关测试卫星,计划在2020年发射首个小行星探测器,但是该公司融资困难导致资金链断裂,在2018年被区块链公司ConsenSys收购,业务陷入停滞。深空工业公司于2013年1月成立,曾计划在2015年发射飞船Firefly并进行两到六个月的采矿计划,还曾计划发射无人飞船、拦截小行星并寻找矿物,但后续推进工作未知,该公司于2019年1月被Bradford Space收购。

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