SpaceX 18年里程碑，全球首次商业载人发射的前世今生

编者按：本文来自微信公众号“甲子光年”（ID:jazzyear），作者：刘景丰，36氪经授权发布。

美国东部时间5月30日15时23分（北京时间5月31日凌晨3时23分），佛罗里达肯尼迪航天发射中心39A发射台，人类首次实现了商业载人发射！

这一次，创造历史的又是马斯克。

他成立的商业航天公司SpaceX旗下的第二代载人“龙”飞船（下文龙飞船，均指二代载人龙飞船）刚刚搭载着两位宇航员，道格拉斯·赫尔利和罗伯特·本肯顺利进入太空。这是自2011年之后，时隔9年，美国在本土执行的第一个载人航天任务；更是全球第一次由私有企业实现的载人发射。

为了这一次龙飞船的成功发射，SpaceX已做了足足6年的准备：

2014年，与NASA签订合约，开始正式打造载人航天项目；

2016年1月，完成飞船降落伞测试。

2019 年3月，二代龙飞船携带假人试飞成功，不过一个月后，这台成功试飞的飞船在例行静态点火时突然起火爆炸；

2020年1月搭载假人测试逃生系统，并主动引爆了搭载飞船的火箭“猎鹰9” 号，献奉上了史上“最贵烟花”；

更别提此前上千次的发动机静态点火测试、近百次的降落伞测试和数十次的海上救援回收飞船测试……

巨大的技术和工程挑战，也让龙飞船发射日期一再推迟，从最初乐观设想中的2015年一直推迟到了今天。

而原定于3天前（美东5月27日16时33分）的发射任务也在当天发射前因天气原因被紧急取消。

就在此次龙飞船发射的前一天（美东时间5月29日13时49分），SpaceX旗下星际飞船（Starship）SN4原型机在测试中发生爆炸。现场火光冲天，火球甚至将火箭运载车吞没。

好事多磨，好在此次星际飞船爆炸未影响本次载人龙飞船发射进程。

一周前，对发射踌躇满志的马斯克曾在Twitter上写道“睁大你的眼睛，望向天空”。

很好！他没有让我们失望。

值得一提的是，SpaceX在本周二还公布了另一个好消息——新获得了3.5亿美元融资。这位太空狂人的星际探索梦又多了些砝码。

龙飞船发射成功，新融资到账，在创办SpaceX整整18年后，太空狂人马斯克离上火星又近了一步。

1. 历史性时刻

发射前半小时，两名宇航员道格拉斯·赫尔利和罗伯特·本肯已早早坐进龙飞船，等待最后的发射。

作为首批执行商业载人飞行任务的宇航员，鲍勃·本肯和道格·赫尔利不仅有20年的太空经验，还都开过航天飞机。 

道格拉斯·赫尔利是美国海军陆战队中校、试飞员。他曾驾驶过“奋进”号和“亚特兰蒂斯”号航天飞机执行任务，其中就包括2011年美国航天飞机退役前最后一次飞行——“亚特兰蒂斯”号航天飞机执行的谢幕任务。

罗伯特·本肯是一名工程博士、空军上校。他曾两次参与“奋进”号航天飞机飞行任务，并进行过6次、共超过37个小时的太空行走。他们早在2018年就被NASA选定进行龙飞船的首飞，为这一次飞行任务已等了2年。

龙飞船内部设计走白色极简主义风，很像高级轿跑。飞船内有7个座位，3面圆形窗户。在座位前上方，是飞船的显示和控制模块。

两位宇航员的太空服则由曾为蝙蝠侠、超人、蜘蛛侠、美国队长等漫画英雄设计电影战衣的好莱坞服装设计师何塞·费尔南德斯操刀。当然，这酷炫的太空服也必须通过NASA的各项严苛测试，以满足航天任务所需的功能性和安全性。

发射1分钟后，火箭将飞船推入8.1千米高空，此时飞船飞行速度已经达到1000公里/小时。5分钟后，飞船飞行速度已经超过1万公里/小时，进入200公里的近地轨道。同时，“猎鹰9”号火箭也顺利在海上平台被回收。

飞船将在太空飞行19个小时，于美国东部时间5月31日10时与国际空间站对接。

此次发射的龙飞船，采用两舱段设计方案，独立飞行时可工作1周，对接状态下可工作210天。

接下来的19个小时里，两位宇航员将沿着地球轨道环绕飞行，并将于美东时间周四上午11点29分与国际空间站对接。

目前，SpaceX和NASA已把今年8月30日作为了下一次龙飞船发射的目标日期。届时，会有4位宇航员被送上太空，其中3名是美国NASA宇航员，一名是日本宇航员。

2. 龙飞船有何不一样？

其实人类之前已有载人航天的技术，那么此次发射的龙飞船与此前相比有何不一样？ 

细数下来，龙飞船创造了多个世界第一：

第一个可重复使用的载人飞船；

第一个由商业公司制造的载人飞船；

第一个成功通过逃生系统测试的载人飞船；

得益于该项任务，SpaceX成为全球第一个把宇航员送入太空的商业公司；

从某种意义上，龙飞船的成功宣示了美国重返载人飞船的行列。

当今世界，能实现载人航天的国家只有三个：中国、美国、俄罗斯。

中国、俄罗斯选择了飞船路线，目前技术下这种航天器只能使用一次；美国在1972年之前选择用飞船来运送宇航员，但由于当时的飞船只能使用一次，1972年之后转向航天飞机路线，好处是可以重复使用。 

但设想中很美的航天飞机计划的发展却事与愿违。

航天飞机更像是一架用火箭驱动的飞机，这是它能重复使用的关键———大机翼在减速伞等设备的辅助下控制速度，进而控制升力的大小和方向，调节飞行姿态和位置，使航天飞机准确地降落在跑道上。但真开始投入使用后，它的缺点开始暴露，不仅成本没降下来，安全性还无法保障。

航天飞机使用费用有多贵？通过一组数据来感受下，自1972年以来，美国共为航天飞机项目支出1960亿美元，共执行飞行任务135次，分摊下来每次的发射成本约为15亿美元，相当于每发射一次就烧掉1.5个 “独角兽”。 

更让人担忧的是，航天飞机的安全性始终无法保障。

1986年，“挑战者”号航天飞机升空后爆炸，7名航天员遇难；2003年，另一架 “哥伦比亚”号航天飞机又在升空后发生爆炸解体，机上7名航天员同样全部遇难。两次事故，不但损失了美国5架航天飞机中的2架，还失去了14名航天员。人们对航天飞机的安全性充满质疑：135次飞行失败2次，算下来航天飞机的事故率达到1.5%，远远超出了NASA在设计之初估计的每10万次飞行失败1次的要求。

航天飞机事故成了美国人心中挥之不去的痛。这也是日后NASA为什么会如此看重载人飞船安全性能的原因。

2011年，在“亚特兰蒂斯”号航天飞机执行完最后一次任务后，美国结束了所有航天飞机的服役。 

此后，NASA与波音公司、SpaceX合作了“商业乘员计划”，开展可重复使用的载人飞船项目。

最先做出成绩的是拥有深厚工业底蕴的波音公司。2019年11月，波音旗下名为“星际客机”的载人飞船率先进行了紧急逃生系统测试，但测试时遭遇故障，飞船返回舱3个降落伞中有1个没打开。

一个月后，“星际客机”在首次不载人的试飞中再次遭遇挫折——未能按计划与国际空间站对接，只好提前返航。两次测试失利令NASA大失所望。 

“星际客机”的失败，顺势把可重复使用载人飞船的首发机会让给了SpaceX龙飞船。

龙飞船的逃生系统测试，是以一场“最昂贵的烟花”向世人展示的。

2020年1月19日，龙飞船搭载假人宇航员借助“猎鹰9” 号火箭升空。随后“龙”飞船带着假人飞离火箭，火箭随即爆炸，在空中形成巨大的火球，被网友们戏称为“最昂贵的烟花”。

飞船在大西洋上降落，测试成功。

这次逃生测试是载人航天史上的一次重大突破。

逃生测试是应对火箭发射意外最为关键的一部分。有了此次的成功测试，NASA和SpaceX 才下定决心进行真正的载人飞行。 

安全性有了，还要考虑可用性——成本够不够低？ 

龙飞船是可重复使用的，随着使用次数增加，成本会逐步降低。

一份美方报告显示：SpaceX龙飞船的报价为每座位5500万美元。而波音“星际客机”的船票是每人9000万美元，比SpaceX贵出60%。如果再跟航天飞机折合每次飞行花费15亿美元的费用相比，龙飞船的费用是航天飞机的1/27。

这样看，龙飞船无疑是目前最完美的载人飞船了。

3. 互相成就的SpaceX和NASA

造出龙飞船的SpaceX如今大放异彩，其主要业务有三大板块：

一是发射业务，对应猎鹰1、猎鹰9、猎鹰重型等运载火箭。

二是载人航天业务，对应今天发射的二代龙飞船和未来更大型的星际飞船星舰（Starship)；

三是志在打造天基互联网服务的星链计划。

实际上，包括SapceX在内，如今美国商业航天公司的欣欣向荣，都离不开背后的伯乐NASA。

上世纪90年代以来，美国航天工业开始被波音和洛克希德·马丁公司垄断，这两家公司后来还联合起来哄抬火箭发射价格，让NASA身受其苦。

2003年，痛定思痛的小布什政府，开始对彼时仍处于垄断地位的NASA和传统军工巨头开刀。

这背后的逻辑是，政府主导和军工巨头垄断下的航天项目没有生存压力，不仅缺乏创新动力，而且从子系统到火箭飞船成本都严重虚高。

小布什的做法很直接，颁布了两道政令——《国家航天运输政策》《美国国家航天政策》。这两道政策最重要的作用就是将NASA的工作重心转变到科学研究和深空探测领域。 

此后，NASA逐步让出近地空间业务，并向私营航天公司开放相关科研项目。换句话说，美国开始真正放开了商业航天的市场。

美国扶持商业航天的背后还有一个小插曲。在2011年美国航天飞机退役后的9年里，NASA不得不依赖俄罗斯的“联盟”号载人飞船将宇航员送往国际空间站。

而且在这个卖方市场，俄罗斯“联盟”号的船票也开始涨价，从2007年的单价2180万美元涨到2018年已达8110万美元。

对于世界头号航天大国的美国来说，这有点太丢面儿了，自己的载人航天任务不仅要看别人脸色，还被别人宰。

为此NASA开始了一场赛马——在载人航天最核心的运载火箭、货运飞船、载人飞船和空间站四个方面，均扶持了一批明星公司和项目，可谓百花齐放。

比如运载火箭领域，既有的“宇宙神”和“德尔塔”家族火箭，也有诺格公司的安塔瑞斯火箭和SpaceX的猎鹰系列火箭； 

在货运飞船领域，基于运载火箭的基础，SpaceX的货运“龙”飞船和诺格公司的“天鹅座”飞船是最大赢家；

在载人飞船领域，最初有蓝色起源、波音、内华达山脉集团和联合发射同盟等公司，最后只剩SpaceX的龙飞船和波音的“星际航线”入围； 

空间站方面，佼佼者是毕格罗宇航，它专注于可充气式柔性空间站的建设。2016年，其曾将一个重达1.4吨的毕格罗可充气居住舱（BEAM）送到国际空间站，为宇航员提供太空工作休息场所。

在这场赛马的“载人”赛道里，SpaceX是除航天老贵波音之外，获得NASA最多资金扶持的公司。 

自2006到2012年，NASA给SpaceX投资近5亿美元，尤其当2008年猎鹰1号成功首飞，SpaceX成为第一个实现火箭发射的商业航天公司，NASA献上“超级大礼”——与SpaceX签订了总额达16亿美元国际空间站货物补给合同。此后又与SpaceX签订26亿美元的国际空间站人员运输合同，支持其开发龙飞船，SpaceX的载人项目由此在2014年开始正式启动。

此外，NASA的软性扶持也不少，包括给人、给技术，争取政策。

在人才上，SpaceX的成立就得益于NASA火箭科学家汤姆・穆勒的加入；此后也不断有NASA人员加入SpaceX的传闻。

就在今年初，前NASA载人航天计划负责人威廉·格斯登迈尔也加入SpaceX，助力此次“龙”飞船发射安全。

技术方面，SpaceX公司的主力发动机灰背隼1上至关重要的喷注器，就来自于阿波罗计划登月舱下降段发动机；SpaceX的2195铝锂合金以及搅拌摩擦焊也不用像其他国家航天机构那样独立研发，只需直接购买相关设备即可。

政策更是不用说，一任任总统前仆后继地给与扶持。除了小布什总统的两道政令，2015年2015奥巴马政府又通过了《关于促进私营航天竞争力、推进创业的法案》和《商业航天发射竞争法案》，进一步压制传统军工巨头，为其他商业航天发展彻底扫清障碍。

NASA这种为他人做嫁衣的精神，让世界其他地区的民营商业航天公司好生羡慕。

但成功除了看时代机遇，还要结合个人努力。

SpaceX的发展史，是一个一直为科技圈津津乐道的“励志故事”。

具体到载人项目的研发中，SpaceX也充满挫折。

2016年9月，搭载龙飞船的“猎鹰9”号火箭在发射台爆炸，导致原定于当年12月的发射计划一推再推，2017、2018，连连落空。

到2019年4月，SpaceX载人项目又在一个月内遭遇两次重创：

先是4月20日，曾演绎过SpaceX测试首飞的第二代龙飞船在例行静态点火时突然起火爆炸；几天后，在龙飞船的一次返回舱着陆测试中，4个降落伞中有一个“主动未打开”，导致返回舱高速撞向地面。

这场爆炸让NASA高层对一路高歌猛进的龙飞船项目开始谨慎起来，各种测试变得更加严苛。甚至NASA局长要求SpaceX年底前必须测试10次来证明安全性。

种种压力袭来，作为总指挥的马斯克却出奇冷静，甚至都没在推文里提及这起事故，但他转发了一篇文章：Tesla’s 11th Death Anniversary — No Joke!（特斯拉的第11个死亡纪念日——不是开玩笑! ）。

言外之意，SpaceX不会被一次爆炸吓到，反而会越挫越勇。

后来的表现也确实如此，调查显示，事故发生的原因是，飞船推进器的钛金属止回阀与氧化剂相互作用引发爆炸，而SpaceX此前的设计没有充分考虑钛阀门与氧化剂相互作用的极限条件。为此，工作人员彻底换掉飞船上的钛金属止回阀，采用一次性安全隔板burst disk替代。

2019 年 11 月，龙飞船再次进行了地面静态点火测试并取得成功。

这个小波折只是把人送往太空的千万道关卡中的一个。从这个意义上，SpaceX作为这一领域的前沿公司，是在帮所有后来者挡风和踩坑。

有了NASA的“保姆式”的扶持，再加上马斯克天坚持到底的执拗，SpaceX脱颖而出成为“天选之子”并不令人意外。它值得。

SpaceX与NASA也共同创造了国家航天机构和民营商业公司互相成就的佳话。

 4. 商业航天新时代

多年前，登月第一人阿姆斯特朗站在月球表面，说了那句著名的话：

“这是我个人的一小步，却是人类的一大步。”

如今，龙飞船的一小步，也成为全球商业载人航天发展的一大步。

一方面，这将为未来更宏伟的载人太空计划做准备。NASA上周末曾提到，这次的载人发射会将为月球和火星探索奠定基础。

另一方面，这也标志着进入太空可能不再是“宇航员”的专利，这也是龙飞船让大众如此兴奋的原因。

有消息称，SpaceX已经和太空旅游公司Space Adventures签下合约，双方计划在2021年年底至2022年年初启动太空旅游计划。 

该太空旅游计划所搭载的正是此次成功运行的龙飞船。飞船每次最多可搭载4名游客，每次可以在轨道中停留5天。但在升空之前，游客要先在美国进行数周的训练。

当然，现在上太空花费不菲，船票可能高达5200万美元，所以如果你还没有挣够几个小目标，暂时离遨游太空有距离。

而未来，随着技术的提升和载人飞船重复使用次数的增多，太空船票有望下探，太空旅行将有机会会逐步普及。

这对一直在浩渺宇宙中感到孤独的地球文明来说，也许是一场浩荡星际征程的起点。 

在地面纷扰不断的今天，龙飞船的发射，是一个值得所有人振奋的科技进展。

这辈子，你做好上太空的准备了吗？