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。

美国的登月梦,要被SpaceX盘活了?

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。

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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。

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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。

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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……

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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。

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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%。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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)

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还有各种科学研究。

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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。

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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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