美國商業公司執行私人航天員任務分析

趙琪 宋國梁 張蕊（北京空間科技信息研究所）

北京時間2023年5月22日5:37，美國公理空間公司（Axiom Space）在佛羅里達州肯尼迪航天中心39A發射臺利用獵鷹-9（Falcon-9）運載火箭成功發射“載人龍”（Crew Dragon）飛船，執行第二次“國際空間站”（ISS）私人航天員任務。“載人龍”飛船經過約15.5h飛行后，與“國際空間站”和諧號（Harmony）節點艙天頂點對接。飛船搭載的4名航天員以私人航天員身份在軌開展了為期8天的短期考察任務。5月30日23:05，搭載Ax-2乘組的自由號（Freedom）“載人龍”飛船從“國際空間站”脫離對接，經過12h飛行，“載人龍”飛船在佛羅里達海岸安全濺落。

1 任務概況

此次任務代號為公理任務-2（Ax-2），是公理空間公司利用“載人龍”飛船執行第2次私人航天員任務，也是該型飛船第10次執行載人飛行任務。本次任務飛船編號為C212，被命名為“自由號”，該飛船為首次重復使用。本次任務中，獵鷹-9運載火箭編號為B1080.1，是該火箭一子級的首次發射任務。

本次任務原計劃2023年5月8日實施，但受到“獵鷹重型”（Falcon Heavy）運載火箭發射衛訊-3（ViaSat-3）衛星任務推遲的影響，Ax-2任務也隨之推遲，使得該任務在軌時間由10天縮短至8天。本次任務發射過程按照美國國家航空航天局（NASA）和太空探索技術公司（SpaceX）確定的操作程序進行，獵鷹-9運載火箭在零發射窗口點火，順利將“載人龍”飛船送入預定軌道，并首次在載人航天任務中實現運載火箭一子級的陸上垂直回收。

2 乘組與站上活動

航天員乘組

此次任務中，自由號飛船搭載了4名乘員，分別為美國籍航天員佩吉·惠特森（Peggy Whitson）和約翰·肖夫納（John Shoffner），沙特阿拉伯籍航天員阿里·阿爾卡尼（Ali Alqarni）和雷安娜·巴納維（Rayyanah Barnawi）。

任務指令長佩吉·惠特森飛行經驗豐富，曾3次前往太空，在職業生涯進行過10次艙外活動，累計艙外活動時間60h21min，在太空中累計停留675天，創造了女性艙外活動次數、美國累計太空停留時間等多項紀錄。惠特森也是第一位擔任NASA首席航天員的女性，該職位是NASA航天員隊伍中的最高級職位。惠特森2018年6月從NASA退休，目前的身份是公理空間公司顧問和載人航天部門主任。

飛行員約翰·肖夫納是一名商人、賽車手和飛機駕駛員，累計飛機駕駛時間8500h，曾擔任Ax-1任務的備份航天員。

阿里·阿爾卡爾尼是一名沙特空軍的戰斗機飛行員，雷安娜·巴納維則是一名癌癥研究人員。2023年2月12日，沙特航天委員會（SSC）宣布兩人參加Ax-2任務，并在“國際空間站”開展14項生物醫學和物理實驗。兩位航天員成為第二位和第三位進入太空的沙特人，巴納維成為沙特首位女航天員。

站上活動與應用情況

Ax-2任務的乘員活動側重于科學、教育和推廣，4名航天員計劃在“國際空間站”上進行超過20項不同的實驗，確定人類航天探索新技術的實用性，同時在飛行過程中收集數據，加強對地球和軌道上人體生理學的理解。這種公私合作關系為發展商業太空經濟提供了機會，并支持低地球軌道上的生物醫學產品和先進材料的商業創新和制造。

Ax-2任務為用戶在低地球軌道上開展科學研究、生物制造、技術驗證等各類應用提供了更多的機會。作為第二次前往“國際空間站”的私人任務，Ax-2任務是公理空間公司及其學術和工業伙伴在微重力條件下進行概念驗證研究和前沿突破的重要一步。參與Ax-2任務應用項目的商業公司有生物服務公司（BioServe）、西達斯西奈醫學中心（Cedars Sinai）、螺旋視覺公司（Cortivision）等。

3 后續計劃

私人航天員任務進展

2022年8月，公理空間公司作為唯一一家競標單位獲得NASA授予的第二次私人航天員任務。同時，NASA對于私人航天員任務增加了一項要求，即私人航天員任務必須由一名有飛行經驗的前NASA航天員指揮，對于執行短期任務且沒有接受過專業訓練的航天員提供必要保障。2023年3月14日，NASA批準了公理空間公司第三次前往“國際空間站”的私人航天員任務，該任務計劃最早于2023年11月發射。

公理空間公司表示，后續前往“國際空間站”的私人航天員任務將主要面向政府，由政府資助的航天員將成為此類任務的主要客戶，未來的Ax-3和Ax-4任務乘員中將只有一名個人客戶。2022年11月，匈牙利政府計劃通過與公理空間公司達成協議，斥資1億美元在2024年底或2025年初將一名航天員送往“國際空間站”執行為期一個月的私人航天員任務，屆時將測試12臺匈牙利設備，并進行匈牙利大學的8項實驗，同時為歐洲航天局（ESA）進行研究和實驗。除匈牙利外，公理空間公司還與土耳其達成協議，計劃將一名土耳其航天員送往“國際空間站”。

商業空間站進展

公理空間公司在執行私人航天員任務的同時開發一系列連接到“國際空間站”的商業艙段，這些艙段將在“國際空間站”2030年左右退役后作為獨立商業空間站的核心。在公理空間公司安裝完這些商業艙段后，公司將擁有屬于其自身的對接端口，這樣可以極大增加飛行機會，而不必競爭私人航天員任務，目前NASA將私人航天員任務限制在每年2次。

公理空間公司計劃最早在2025年底發射其首個商業空間站艙段，2026年發射第二個商業空間站艙段，可以使公司的商業艙段一次最多容納8人，在2026年末或2027年，該空間站還將增加一個用于科學研究的艙段。第二次私人航天員任務進一步支撐了該公司建造空間站及進入太空的能力，在支持低地球軌道經濟產業增長的同時使公司向實現商業空間站的目標又邁進了一步。

4 幾點分析

（1）私人航天員任務促進低地球軌道商業化快速發展

公理空間公司時隔一年再次開展私人航天員任務，在首次私人航天員任務基礎上吸取了大約200條經驗教訓，并對公司的計劃、訓練方法以及最終執行任務的方式進行了調整。隨著后續私人航天員任務進入常態化運行模式，NASA在《低地球軌道商業開發計劃》中明確提出的發展私人航天員任務目標正快速實現，太空旅游市場將迎來更多商業機會。近年來，SpaceX、藍源（Blue Origin）、維珍銀河（Virgin Galactic）等商業航天公司都將部分業務重心轉移至軌道和亞軌道太空旅游市場，5月25日，維珍銀河公司時隔近兩年再次利用太空船二號（Space Ship Two）飛行器成功將6人送入亞軌道。SpaceX也計劃于2023年9月實施“北極星黎明”（Polaris Dawn）任務，進行世界首次商業艙外活動。更多的競爭者意味著更低的成本和更優質的服務，未來，私人航天員任務將成為發展低地球軌道經濟計劃的一部分，而NASA將成為低地球軌道上的眾多客戶之一，低地球軌道向商業化快速發展。

（2）私人航天員任務開創載人航天活動新模式

私人航天員任務不同于普通的太空旅游，該類型任務需要航天員在空間站完成大量科學實驗和研究。NASA和商業公司將與“國際空間站”航天員和地面飛行控制員協調，為私人航天員在軌活動進行規劃。商業公司負責提供任務規劃、硬件開發、生命支持、醫療支持、乘員培訓與乘組配置、安全認證、在軌運行和任務管理服務。在私人航天員選拔方面，NASA及其國際合作伙伴會對商業公司提出的航天員名單進行背景審查，同時，擬議的私人航天員需要接受NASA的醫療資格測試以獲得飛行批準。NASA將根據該機構支持任務的能力、商業公司成功執行任務的能力及公司對低地球軌道商業化目標的貢獻，綜合評估私人航天員任務。NASA私人航天員任務開創了載人航天活動新模式，為人類進入低地球軌道提供了新思路。

（3）私人航天員任務將擴大進入太空國家規模

隨著科技進步和商業化航天的發展，進入航天領域的門檻越來越低，航天已不再是少數發達國家的專利，眾多航天基礎較為薄弱的國家紛紛選擇與航天大國開展合作，發展本國的航天事業。隨著公理空間公司瞄準的客戶群體發生改變，不具備獨立實施載人航天計劃的國家有望通過該模式將本國航天員送入太空。公理空間公司為世界各國提供的私人航天員載人航天項目，是以可負擔、可持續和可預測的價格提供統包服務。相比于政府間合作，通過與商業公司簽署相關合同，能讓有意愿將航天員送入太空的國家更方便實現任務目標，進而擴大進入太空國家的規模。