“鷹”飛九天——私營宇航業迎來一縷曙光

□ 羅斯 陳杰

按照預定目標，“獵鷹”9號火箭應把飛船模型送入距地面250千米高的軌道

6月4日，美國私營企業太空探索技術（SpaceX）公司從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地，成功試射一枚“獵鷹”9號（Falcon 9）運載火箭，并將“龍”系列飛船的一個模型送至相應軌道。

美國航宇局計劃在航天飛機退役后利用“龍”系列運送貨物甚至航天員前往國際空間站。無論是“獵鷹”9號的運載能力，還是研發公司的成長速度，都反映了美國航天工業基礎之雄厚，更具革命性的是，美國私營企業在航天界的攻城略地，很可能會在將來顛覆航天發展的舉國體制。

“獵鷹”系列火箭示意圖

按照預定目標，“獵鷹”9號火箭應把飛船模型送入距地面250千米高的軌道

“獵鷹”9號一級火箭采用了9臺“灰背隼”發動機

“獵鷹”9號一級火箭采用了9臺“灰背隼”發動機

“獵鷹”火箭的技術性能

獵鷹系列火箭包括“獵鷹”1號和“獵鷹”9號，可將輕型、中型和重型航天器送入不同傾角和不同高度的軌道。其中“獵鷹”9號又根據使用的整流罩不同以及捆綁的助推器不同分為4個型號，首次發射的型號整流罩直徑為3.6米。

迄今為止，包括“獵鷹”1號和“獵鷹”9號在內的獵鷹系列運載火箭總共執行了6次發射任務，3次獲得成功。

2008年9月28日，美國空間探索技術公司研制的“獵鷹”1號運載火箭從美國陸軍里根彈道導彈防御試驗場起飛，將質量約為165千克的“鼠星”模擬衛星成功送入預定軌道。此次成功發射是具有快速空間響應（ORS）能力且低成本的“獵鷹”1號火箭的第4次發射，也是繼2006年3月、2007年3月和2008年8月連續三次發射失敗后取得的首次成功。

2009年7月15日，該公司用“獵鷹”1號火箭將一顆馬來西亞衛星成功送入預定軌道，這是世界上首次私人航天發射，太空探索技術公司也因此成為首個成功發射運載火箭的私營企業。

表1 獵鷹系列運載火箭的運載能力和整流罩尺寸

“獵鷹”1號是兩級液體運載火箭，長約21米，整流罩直徑1.7米，兩級發動機全部使用液氧和煤油作為推進劑。其中第一級采用“灰背隼”發動機，通過渦輪泵供給推進劑，可重復使用；第二級使用“鷹”發動機，采用擠壓式供給燃料。在第一、二級分離后，第一級利用降落傘濺落在太平洋海域，由專門的船只回收。經維修后再重復使用。“獵鷹”1號飛行安全系統采用推進終止方式，而不是爆炸自毀方式。這在美國運載火箭系統中是獨一無二的，既大幅度減少了對地面安全的影響，又降低了系統成本。

“獵鷹”1號火箭能實現快速響應，其主要原因是火箭發射前的操作和檢測非常簡單。首先，有效載荷水平裝配到“獵鷹”1號火箭上，然后使用“獵鷹”運輸車起豎火箭，完成系統測試、試驗和燃料加注等。“獵鷹”運輸車利用液壓系統把水平支架起豎到垂直位置，從而完成“獵鷹”1火箭的起豎操作。這些不復雜的操作使火箭發射價格更加便宜，反應也更快速。為了達到機動性最優化的目的，“獵鷹”1號火箭的發射控制中心設在機動車內，無需花費資金在發射場建造控制中心，也無需為租用控制中心支付管理費用。

6月4日14時45分，“獵鷹”9號發射升空，9分多鐘后，其攜帶的飛船模型也進入軌道

“獵鷹”9號也是兩級火箭，長約47米，推進劑與“獵鷹”1號一樣都是液氧和煤油，第一級采用9臺灰背隼發動機，第二級采用1臺灰背隼發動機。雖然在公司的商業計劃中沒有要求可重復使用，空間探索技術公司一直希望回收火箭第一級，該火箭級在發射后濺落太平洋，原計劃利用下降過程張開的降落傘浮在洋面，但火箭級在降落解體。

“獵鷹”9雖然屬于大中型運載火箭，但其發射周期一般只需16天，而其他一些發射系統則是2個～4個月。這一發射周期能夠滿足各種航天發射任務，包括商業的、戰術的和戰略火箭發射任務。這種發射周期還特別適合星座補網。當有效載荷不在發射場附近，只能在發射前運送到發射場的情況下，它也是適用的。

2009年6月16日，“灰背隼”發動機點火測試

“獵鷹”1號燃料箱

“獵鷹”系列火箭采用高科技、高強度輕質鋁鋰合金材料，內部結構設計嚴格

奧巴馬總統支持太空探索技術公司，這是他今年視察獵鷹火箭發射陣地的情形

“獵鷹9號”頂部頭錐體整流罩將安裝在多臂支持結構上，在組成復合外殼時提供牢固的構架

奧巴馬總統支持太空探索技術公司，最右者為太空探索技術公司老板埃羅?穆斯克

私企參賽的背后推手

私人宇航公司在美國航天運輸業的崛起得益于美國航天商業化政策的推動。如果沒有美國航宇局和美國國防部高級計劃研究局在背后支持，太空探索技術公司絕對不可能成事的。太空探索技術公司顯然無力在測試場、發射場、測控等所有方面全部自主實現，而波音和洛克希德這種巨頭又不會主動幫忙。

早在2006年1月18日，為解決航天飛機退役后國際空間站的航天員與貨物運輸問題，美國航宇局和美國國防部高級計劃研究局（DARPA）共同啟動了為期6年、價值5億美元的“商業軌道運輸服務”（COTS）項目。該項目旨在支持私人公司發展航天技術，并最終為國際空間站提供貨物和航天員補給服務。當時，包括太空探索技術公司公司在內的20多家企業參與了競標，而太空探索技術公司公司憑借“獵鷹”9號火箭和龍式太空艙方案競標成功。

“獵鷹”9號的發射場非常簡單，是水平總裝和臺架起豎方案，發射架結構非常簡單

“龍”船飛向國際空間站示意圖

2008年底，美國航宇局又與該公司簽署了總價值16億美元的國際空間站補給合同。按照合同，在2016年前，該公司將使用其計劃中的“獵鷹”9號火箭和龍式太空艙進行12次發射，為國際空間站運送約20噸貨物。

美國航宇局為了支持私人企業發展航天事業，采取了非常慷慨的態度。為了避免參與COTS項目的私人企業使用洛克達因等廠商昂貴的發動機，美國航宇局開放了阿波羅計劃的部分技術，以便太空探索技術公司能夠按任務需求和總體設計研制合適的火箭發動機。“獵鷹”系列的“灰背隼”發動機就采用了登月艙下降級發動機的噴管。而為了使太空探索技術公司能夠進行試車，美國航宇局還允許其使用測試臺架。

“龍”船降落傘試驗

火箭運輸

火箭裝配

美國空軍雖然已經有了“德爾它”4運載火箭，但對于太空探索技術公司的“獵鷹”系列火箭也非常感興趣。“獵鷹1”號在夸賈林環礁奧莫萊克島上的發射場，原先就是空軍里根測試站的一部分。而這次發射“獵鷹”9號的SLC-40發射場，原來是空軍“大力神”3和“大力神”4火箭的發射場。未來，“獵鷹”9號還可能在加州的范登堡空軍基地發射，用于向高傾角軌道發射軍用載荷。需要指出的是，“獵鷹”9號的首次發射搭載的是載人飛船的測試模型，主要進行船箭結合和在軌測試，但是SLC-40的設施目前還遠遠無法承擔載人航天任務。

美國一直以來都在謀求擁有快速進入空間的能力，希望快速利用空間資源滿足戰術與戰場應用需求。“獵鷹”1號火箭的成功發射標志著美國快速進入空間能力得到了進一步提高。在軍用方面，可以在接到命令后及時部署有效載荷，快速完成星座的組網和補網發射，有效支持戰術應用。另一方面，這種快速發射能力在民用和商用航天領域也具有較大的應用潛力。在民用方面，可以為國際空間站之類的在軌飛行器提供救援或快速補給等急需服務。商業方面，可以進行航天器的快速維護與升級并使之迅速投入使用產生效益。

“獵鷹”系列火箭的成功，無疑會導致更多的私營企業加入到運載火箭的研制和航天發射事業中來，這必將會為美國航天工業的發展帶來更多的活力。

宇宙探索技術公司火箭制造車間

SpaceX崛起的象征意義

位于美國硅谷的宇宙探索技術公司(SpaceX)正在一座巨型機棚內建造他們的新型“獵鷹”9號。目前，第二枚“獵鷹”9號火箭組裝已經接近完成，將于夏末起飛。此次任務預計攜帶真正的“龍”太空艙，以驗證飛船分離、軌道機動和再入。如果“獵鷹”9號再成功完成兩次預定發射，那么它將在2011年同國際空間站對接。

經過半個多世紀的發展，航天發射技術已逐漸成熟，技術門檻和資金門檻日益降低。同時，全球發射市場對高可靠性、低成本商業運載工具的需求愈加強烈，從而吸引了越來越多的私人企業進入航天發射市場。私人企業不僅是世界航天發射市場的一個有益補充，同時也增加了它的活力與動力。

今年年底之前，美國現存的三架航天飛機要全部退役，其中“阿特蘭蒂斯”號已經率先完成了最后一次飛行，“發現”號和“奮進”號航天飛機將于今年9月、11月分別進行最后一次飛行。這意味著，美國將再次陷入沒有現役載人航天器的狀況，在私營企業的載人航天技術成熟前，美國航天員或許只能搭乘俄羅斯“聯盟”號載人飛船前往空間站。

根據美國總統奧巴馬公布的新太空探索計劃，將在未來5年內為美國航宇局新投入60億美元，用于鼓勵使用商業火箭，并至少將國際空間站的壽命延長至2020年，使航宇局的重點從重返月球中轉移出來。“獵鷹”9號運載火箭首次發射成功成為了這一計劃的里程碑成果，也是一個值得載入世界航天歷史的日子。

“獵鷹”9號運載火箭的成功還要歸功于太空探索技術公司老板埃羅·穆斯克（Elon Musk）。埃羅·穆斯克是網上交易第三方支付工具“貝寶”（PayPal）的創始人。2002年埃羅·穆斯克將“貝寶”賣給eBay后，將獲得的資金投入了太空探索技術公司公司的創建和運載火箭的研制。這是他的第3家私人公司，他親任該公司的首席執行官和技術總監。穆斯克希望太空探索技術公司能消除官僚機構的繁瑣程序，提高工作效率，通過不斷創新以及內部生產和測試，將火箭發射的成本降至一般商用火箭的十分之一。

宇宙探索技術公司的辦公室

2009年10月22日，美國總統奧巴馬指派的奧古斯丁研究小組提交了載人航天飛行方案評審最終報告——《尋求適合偉大國家的載人航天飛行計劃》，報告認為美國航宇局的航天飛機替換計劃耗資過多、耗時太長，難以形成切實可行的方案。研究小組成員更傾向于利用商業發射系統將航天員送入近地軌道，這樣才可能節省大量資金。

除了埃羅·穆斯克的慷慨解囊和政府政策這一幕后推手，風險投資是另一個資金來源。政府雖然按合同向太空探索技術公司提供資助，但撥款與波音和洛克希德這種巨頭絕對不可同日而語，這是媒體將太空探索技術公司稱為私人企業的原因之一。另外，在國外上市企業被稱為“公眾公司”（Public Company），與此對應的非上市企業則被稱為“私人公司”（Private Company）。

美國政府推動SpaceX這樣的企業冒尖，很有可能將改變未來全球航天事業的格局，特別是其商業模式一改過去舉國體制下“集中力量辦大事”，也不同于少數幾家巨頭壟斷整個市場分享政府大訂單的傳統模式，其長遠影響可能是顛覆性。