揭秘NASA崭新的太空出租车：商业载人太空旅行指日可待

太空旅行即将迎来改变。自1961年尤里·加加林(Yuri Gagarin)首次太空飞行以来，只有国家建造的航天器将人类送入过轨道。但不久的将来，最早在明年，世界上第一艘私人载人宇宙飞船将从佛罗里达州肯尼迪航天中心起飞，并前往国际空间站。

但对许多人来说，这次首次飞行更重要的方面是人们期待已久的美国本土载人航天飞行将重新恢复，这将标志着自2011年最后一次航天飞机任务以来的痛苦的结束，在此期间，美国宇航员不得不搭乘俄罗斯宇宙飞船。但是美国人要庆祝的不仅仅是不再依赖俄罗斯的发射计划，随着商业宇航员项目的首次发射，美国国家航空和宇宙航行局正在尝试一种新方法：向私人公司和宇航员开放太空探索。21世纪的太空竞赛并非始于全球超级大国之间的竞争，而是始于企业之间的竞争。波音(Boeing)和SpaceX是首批竞争对手，它们正在建造可为NASA的六次载人任务分别飞往国际空间站的航天器。

只要他们的宇宙飞船符合美国宇航局的要求，这些公司就可以在固定的政府预算范围内自由设计和制造他们想要的东西。至关重要的是，波音和SpaceX拥有并操作自己的航天器，他们可以免费向其他国家、公司甚至个人出售航班。

前航天飞机设施上挂着一幅壁画，上面是波音公司对航天飞机的替代品。(鲍勃·弗格森/©2016波音公司)

这艘宇宙飞船将会使用经过验证的火箭飞行——波音公司CST-100“星际航班”会使用联合发射联盟的“阿特拉斯5号”，SpaceX公司龙飞船会使用“猎鹰9号”，除此之外关于这两艘宇宙飞船的其他一切几乎都是全新的。每个公司的团队都开发了隔热罩、中止系统、降落伞、座椅、控制和显示器。甚至连宇航员在发射和重返大气层时穿的宇航服品牌都要么是波音要么是SpaceX。

在美国国家航空航天局的雄心壮志，和这两家私人公司的商业目标的交叉点上站着四个人。自2015年以来，宇航员埃里克·博埃(Eric Boe)、鲍勃·本肯(Bob Behnken)、苏尼·威廉姆斯(Suni Williams)和道格·赫尔利(Doug Hurley)都曾在这两艘飞船上工作和训练过。现在，他们的培训计划将分开。Boe和Williams将继续在星际航班上训练;而Behnken和Hurley将会在龙飞船继续训练。

总体上说，共有9名宇航员被分配到每个航天器的前两次飞行中。有三位是来自2013年宇航员班的新人：前海军陆战队F/A -18飞行员尼科尔·奥纳普·曼恩(Nicole Aunapu Mann)将乘坐“星际航班”的处女航;物理学博士、海军P-3猎户座指挥官乔希•卡萨达(Josh Cassada)将加入苏尼•威廉姆斯(Suni Williams)的第二次“星际航班”任务;美国海军F/A-18飞行员维克多·格洛弗(Victor Glover)将与经验丰富的宇航员迈克·霍普金斯(Mike Hopkins)一起执行SpaceX公司的第二次任务。

与宇航员博埃和曼恩一起登上这艘“星际航班”处女航的是波音公司的机组和任务运营总监克里斯·弗格森(Chris Ferguson)。在美国国家航空和宇宙航行局(NASA)工作了13年的弗格森在三次航天飞机任务中获得了航天经验，包括作为到达空间站最后一次任务STS-135的指挥官，所以他想成为回到载人航天任务的第一个人，但STS-135飞行员道格·赫尔利(Doug Hurley)也有同样的雄心，波音公司和SpaceX公司之间把美国人送上空间站的竞赛在某种意义上已经变成了这两个人之间的竞赛。

今年早些时候，我在休斯顿与四位首批商业宇航员进行了交谈，他们讲述了与波音和SpaceX公司合作的经历。

自动驾驶进入轨道

在约翰逊航天中心，当我挤进一架波音公司(Boeing)的“星际航班”(Starliner)太空舱模型时，太空航天器的斯巴达式功能回到了我的脑海。尽管有科幻的名字，但这架“星际航班”感觉比上世纪70年代的标志性航天飞机看起来更老土。太空舱是一个小小的、狭窄的、像罐头一样的宇宙飞船，看起来就像是半个世纪前阿波罗指挥/服务舱的精神继承人。波音公司表示，这架“星际航班”的立方英尺是专有的，但它的设计可以容纳7个以上的货物;而阿波罗号的体积为218立方英尺，但却只能容纳3个。

以前的航天飞机在跑道上精确地降落在欢呼的人群面前，而现在的商业太空舱将用降落伞降落在海洋或荒无人烟的沙漠中，这种高度自动化的航天器被设计成在无人控制的情况下运行，从在佛罗里达州的发射开始，到返回地球后舱门的打开都无需人工操作，这就像是对飞行员的第二次侮辱。

“这是你的Uber太空之旅!”Kavya Manyapu说，她是波音公司的一名机组人员操作和测试工程师，她领着我进入“星际航班”的指挥员座位。在我的上方是一排小得惊人的按钮和刻度盘。“飞行器是自动飞行的，所以与航天飞机相比，控制面板要相对小很多，”Manyapu说。

在这个21世纪时代，星际航班拥有多个三星平板电脑，以取代航天飞机繁琐的操作说明书，而SpaceX的龙飞船则拥有那块在特斯拉仪表盘上也不会显得不协调的大触摸屏。所以我对宇航员干部(所有的前军事试飞员和航天飞机机组人员)的第一个问题是——这种向自动化的转变是否削弱了他们的作用。

“我们正在向允许人类做他们擅长的事情这个方向过渡，比如识别在某些事情不太对劲的情况，”拥有两次航天飞机飞行经验丰富的Behnken说。“我们不擅长连续几个小时监控同一个参数，以确保这个参数正常，但电脑在这方面就做得很好，所以挑战就在于确保人类的干预能力被分配在正确的地方。”

这两艘航天器都将拥有手动控制系统，如果航天器的自动化系统在与空间站对接之类的关键时刻出现故障的话，手动控制系统就可以允许宇航员接管操作。

Behnken离开龙飞船，这架龙飞船于2017年在加州SpaceX总部建造，他和Hurley会成为首批驾驶龙飞船前往轨道的人。(SpaceX)

“自动化是很好，但是知道它在做什么更好，”威廉姆斯说。她是这个团队里在轨道上停留时间最长的宇航员，她一共在轨道上停留了322天，是唯一一个在联盟号和航天飞机上飞行过的人。她说，我们“应该成为这个系统的一部分，这对波音来说是不言而喻的，因为他们过去就是这样做的，但我不认为这是SpaceX的目标，因为他们的卫星发射和货运车辆已经实现了自动化。”

将飞往国际空间站的飞船在某些方面自动化对宇航员来说是件好事。根据轨道力学的不同，旅程可以短至6小时，也可以长至48小时。威廉姆斯说，长途飞行让宇航员有机会从座位上挣脱出来伸伸腿——SpaceX和波音的设计都为四个一组的宇航员提供了足够的活动空间。但只有在飞行了一整天或更长时间后，宇航员才有足够的时间完成系统检查，然后闭上眼睛试着放松。

威廉姆斯预计，这两艘新飞船的飞行协议将与她2012年在联盟号上的飞行体验相似。威廉姆斯表示：“每当(发动机)着火时，他们就不希望你四处走动。”联盟号在飞行时只使用地面通信，所以有时通信会中断。但是对新航天器来说，除非有问题，否则这不会成为问题——他们将使用卫星中继来保持联系，就像航天飞机一样。

一般情况下，当机组人员想要脱下宇航服时，会有一个伙伴系统：每次只能有一个人脱宇航服，而且至少有一个人通过宇航服内置无线电与地面控制系统保持联系，在驾驶舱里的开放频道会产生嘈杂的呼应，结果就和人们打电话到电台脱口秀节目但是他们家收音机还开着一样，所以除非所有宇航员都脱下了宇航服，船员一般不会打开机舱扬声器，这还是在飞行时间长度允许的前提下。

脱下或者重新穿上宇航服是一个繁琐、耗时的过程，所以飞行时间比较短的话，所有宇航员都可能不会脱下宇航服。当宇航员穿着宇航服时，给内部空调系统供气的脐带线必须保持连接。“这是一套压力服，所以呼吸不太顺畅，”威廉姆斯说。

联盟号机组人员由指挥官和飞行工程师组成(指挥官通常会在之前的任务中担任过其他职位)。在航天飞机的飞行中，术语是不同的，分有指挥员和飞行员，但他们的分工是相似的：飞行员(或飞行工程师)监控制导系统和导航控制，指挥员检查系统，包括对接系统(指挥员还负责航天飞机着陆。)

威廉姆斯认为，在目前与这四名宇航员一直在合作的两艘商用宇宙飞船上，机组人员的责任将会和以前是类似的。尽管SpaceX公司创始人兼首席执行官埃隆•马斯克毫不掩饰他计划将毫无航空经验的乘客送入太空作月球旅游或者搭载火星殖民者进行单程旅行，但是威廉姆斯推测，即使是这样，乘客可能至少也会接受一些基本的培训，当然了，这些培训比航空公司乘客经常忽略的那些简短安全简报要专业得多，否则的话，她指出，另一名机组人员将不得不密切地关注着这些毫无经验的乘客。

在上一个夏天，弗吉尼亚州汉普顿的兰利研究中心里一个星际航班实体模型完成了着陆测试(NASA Langley/David)

马斯克将太空飞行转变为一项旅游事业的热情与波音公司几十年来在美国几乎所有重大航天项目上的砥砺深耕形成了鲜明对比。道格•赫尔利(Doug Hurley)表示：“当我们去到SpaceX的时候，我们是那个房间里年纪最大的人，有些人甚至比我们小20岁。还有他们的进展速度!我从来没见过进展这么快的速度。这是一件好事，但有时候也不是什么好事，而美国NASA和波音公司的进展速度则更加谨慎。”

“SpaceX更像是一家网络公司，”威廉姆斯表示同意这样的一个看法，“他们很棒，很有创意，也不受阻碍，可以想出有趣的新方法来解决问题。(但)有时他们不知道自己不知道什么，因为他们试图变得更有创意，而把经验拒之门外。”

但代沟从来都是相互的。今年5月，埃隆·马斯克(Elon Musk)对记者说，“有时候，就像一个真正关心此事的朋友一样，我可以非常坦率地说，NASA有时候真的很让人头疼，但我还是非常爱NASA。”

四名宇航员都坚称，他们对这两艘飞船都一视同仁，两家公司在开发过程中对他们的评论和建议都做出了回应。“这两家公司在很多方面都非常不同，”参加过两次航天飞机任务的飞行员Boe说。“但随着时间的推移，我看到两家公司正变得越来越相似。”

威廉姆斯说，她并没有花太多时间去考虑她是更喜欢乘坐龙飞船还是星际航班。她一直在想的是既然现在任务已经确定了，她将会和过去三年在工作中认识的一半(大约)的人说再见。

两家公司都有一个共同点，那就是他们都在努力降低航天企业固有的风险。威廉姆斯说：“我们在这些公司工作的原因之一，就是这样的话他们就能看到进入飞船的人，我希望这能让人们慢下来一秒钟，确保他们做好了每一个细节。”

NASA将首次根据宇航员可能失事的可能性来评估商业飞船。如果两家公司的致命事故概率不能低于270分之一，该机构可能会拒绝为它们的载人航天飞船颁发证书。

但要让NASA感到满意的话，两家公司仍有许多工作要做。该机构曾向SpaceX公司指出其对猎鹰9号(Falcon 9)火箭燃料压力容器的担忧，该部件在2016年曾导致火箭发射台发生剧烈爆炸，以及在测试期间发现发动机涡轮出现的裂缝也不容忽视。后来SpaceX公司重新设计了这枚火箭，并于5月初成功发射，但NASA希望在考虑允许宇航员乘坐这枚火箭之前，至少能再进行7次成功发射。美国航天局还对SpaceX公司在宇航员登上火箭后再为“猎鹰9号”灌输燃料的计划表示不安，并要求SpaceX公司在宇航员乘坐火箭之前成功演示五次燃料灌输。

波音同也存在需要克服的障碍。NASA的模拟实验表明，一个旨在在事故发生时将太空舱拉到安全位置的中止系统落地时可能会危险地翻滚。美国政府问责局(Government Accountability Office)同样也提出了担忧，即“星际航班”的隔热层可能会在返回大气层的时候损坏降落伞系统。波音公司发言人丽贝卡•里根(Rebecca Regan)表示，该公司的分析显示，只有在挡热板前的降落伞没有展开的情况下，隔热罩与部分降落伞系统才会有一点非常小的接触机会。波音公司相信这种接触不会伤害到这艘船或机组人员，目前正在进行的测试旨在显示“任何潜在的接触都是无害的，”里根说。

在上个7月在NASA俄亥俄州普拉姆布鲁克站完成测试之后，龙飞船已经被送到卡纳维拉尔角。

“最难的事情之一是描述风险，”Boe说。“当2000年我那班宇航员们出现在NASA时，他们说航天飞机的失事风险几率是400分之一。后来我们发生了挑战者号事故，再后来又发生了哥伦比亚号事故，失事几率很快就变成了50分之一。(商业项目的)事故几率这个数字更多是为了保证飞船建造是在正确的方向上，这样你就能得到一个更安全的飞船。现实中的270分之一的几率就像把飞镖扔向木板一样。

赫尔利说：“我并不是那么担心那些别人觉得需要担心的东西，反而是其他的事情，那些小事情，我们没有察觉的、毫不起眼的小事情，对于这些小事情你只能相信每个人都做好了他们的分内事。”

威廉姆斯说，正是对同事的信任才使得宇航员能够抛开他们承受着的巨大生理风险的担忧。“太空太棒了，”她说，“它对我而言意义非凡，但同时太空也是非常危险的，把高压氦气罐放进液氧里?你疯了吗?这些都是巨大的风险，但我觉得和这两家公司以及NASA的人相处得很舒服。”

当波音公司的技术人员在协助并做笔记的时候，Eric Boe穿着他的太空飞船专用宇航服，测试他在星际客机舱内的机动能力。(SpaceX公司)

虽然处理风险一直是宇航员的一部分，但商业乘务计划给NASA带来了另外一些不熟悉的东西——保密。SpaceX和波音之间存在着一道知识的防火墙，宇航员们被严格禁止讨论一家公司的技术。Boe表示：“最难的部分是这两家公司不能共享信息。如果你在谈论一套宇航服，那你必须得小心，不要谈论另一家公司的宇航服，那是人家的专利。”

但宇航员可以自由地分享他们过去工作和猎户座计划的经验，猎户座计划是美国宇航局为深空任务设计的一个更大的航天器。但是一些敏感的细节确实偶尔会被泄露出来，Williams说：“这在以前的项目中就发生过，我发现自己有时会比参加其他培训项目时要更安静一点，因为我必须记住这是哪家的技术。

此外，宇航员面对的另一个新奇之处是财务问题的顾虑。以前航天飞机每次发射的成本超过15亿美元，部分原因是NASA和它的承包商在“成本加成”合同下工作，这使得双方可以在项目发展过程中添加各种功能。但SpaceX和波音就没有这种奢侈了，他们六次任务的每一次任务的费用都被限制在5亿至8亿美元之间。“你可以走进公司说，‘嘿，我们想这么做’，但每个人都必须面对现实，因为这是一份固定价格的合同，”Boe说。

商业载人计划的起源可以追溯到十多年前的一场对话，这场对话发生在NASA人类探索项目负责人比尔·格斯滕迈尔(Bill Gerstenmaier)和当时负责国际空间站运输的凯西·吕达斯(Kathy Lueders)之间。Lueders说：“从那时起，我们才开始梦想我们想要国际空间站成为什么样子、它要如何被使用、以及它如何影响我们的货物需求。”此前美国国家航空航天局(NASA)与SpaceX和轨道科学公司(Orbital Sciences)启动了一个商业货运项目，为国际空间站的双向货运任务授予固定价格合同。该机构还交出了阿波罗号有关高速返回舱的大量数据。

Lueders说：“(当时)这两家公司甚至还没有经过验证的运载火箭，这对我们来说是一个巨大的飞跃，但从国家的角度来看，看看我们收获了什么!它创造了这个市场，并且为CCP建立了(我们)。”

虽然商业船员计划与货运计划类似，但它增加了一个认证阶段，以降低宇航员的风险。该项目从2010年开始向6家美国公司提供资金奖励，最终在2014年敲定了波音(Boeing)和SpaceX这两家公司。现在已经是CCP项目经理的Lueders说:“我们从货运计划中学到，竞争非常重要，关键是要让它们都能独立自主地成功飞行，这是商业市场的基础。”

这并不是说NASA放弃发展自己的航空能力。“猎户座”将成为NASA未来登月和火星任务的主要运载工具，它会在NASA自己的太空发射系统(SLS)上发射。猎户座是另一个太空舱，其在2004年宣布，比第一支SpaceX火箭早了4年到达轨道，在2023年底应该会迎来自己的第一次载人发射。

宇航员道格·赫尔利(Doug Hurley)、埃里克·博埃(Eric Boe)、鲍勃·本肯(Bob Behnken)和苏尼·威廉姆斯(Suni Williams)都与SpaceX和波音公司(Boeing)合作过开发太空出租车。(SpaceX公司)

Behnken说，这种扩展的开发过程产生了经验教训，特别是在显示、界面和降落伞方面，这对SpaceX和波音都有好处，“通过了解另一种飞船的方式，我们利用猎户座让两家供应商都变得更成功。”

但这也并不是说宇航员项目就可以免受NASA臭名昭著的习惯延迟。这两家公司最初被要求在2017年就向NASA提供测试认证飞船所需的所有证据(包括试飞)。美国政府问责局今年7月发布的报告强调了认证可能会推迟到2020年或更晚，并建议NASA在其与俄罗斯的协议在明年到期后寻找其他方式到达国际空间站。

赫尔利说:“我们可以延长期限，这可能在某种程度上延长时间。你不想让国际空间站依赖(商业机组人员的)早期飞行。如果不得不这样做的话那是另外一回事，但你肯定想要尽量避免这样的情况。

不管怎样，美国新航天器返回国际空间站的竞赛现在已进入最后阶段。按计划，第一批美国宇航员将乘坐美国宇宙飞船返回空间站，取回2011年克里斯·弗格森指挥的最后一次航天飞机飞行时留下的美国国旗。

“两家公司都想成为第一家飞行的公司，”Lueders说，“这对他们来说是件大事，他们意识到他们都需要成功。SpaceX要是失败了对波音没有任何好处，因为它的失败只会把矛头指向整个市场。”

NASA已经在考虑商业载人计划之外的任务。目前的计划是让国际空间站的联邦直接资金在2024年停止，到了那时候空间站的未来就会变得不明朗。美国国家航空航天局(NASA)的任务是探索将空间站出售给私人公司的可能性，但任何私人实体能够承担其维护成本的可能性似乎都很小。“一旦我们检测通过他们的飞船，波音和SpaceX将会去与其他国家、公司和个人进行交流，”Boe说，并补充说这种转变“可能会很快就会发生”。

虽然高科技的“星际航班”和“龙飞船”可能不会显著改变宇航员的角色，但商业乘务计划正在改变美国宇航局NASA。如果这个项目成功了，那就没有回头路了。与传统的美国宇航局计划相比，这种以更低成本、更快速度开发安全航天器的能力是不容忽视的。NASA新任局长Jim Bridenstine已经表示，“(近地轨道商业化的)模型可以延伸到月球及其月球周围的任务，甚至深入到太空，包括火星任务。”

Lueders也表示:“利用商业手段来完成整个任务，让我们有能力完成更艰巨的任务。对于去月球或火星，我们知道不可能只依靠SLS和猎户座，这必须是要有SLS，猎户座，其他运载火箭和其他能力以及许多其他公司的想法百花齐放。

与该机构在国际空间站的国际合作不同，商业机组人员计划是一项国内努力，已成为国家身份复兴的象征，它的成功将以放眼轨道商业的美国公司数量来衡量。

“很多人认为NASA甚至没有宇航员在太空里，”Boe说，“但是看到佛罗里达再次有发射任务，并且我们能够观看和参与其中，这些都唤醒了以前的激情，这真的太棒了，我每天起床都会掐自己一下，好确定自己不是在做梦。”

虽然在火箭顶部的太空舱可能没有航天飞机发射那么壮观，但从海角重新发射火箭还是将会引起群众兴奋，但是人们到底是在为什么兴奋呢?

在宇航员和公众熟悉这两艘新的宇宙飞船之前，没有人确切地知道。