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20年后的NASA会走向何方?答案可能取决于私人太空公司和中国

造就Talk的编辑们 来源:造就

自1972年以来,NASA的载人航天任务一直局限于近地轨道。未来20年,它会超越这一界线吗?

 

1998年,美国宇航局(NASA)发射了“月球探勘者号”探测器,在月球上发现了水。同一年,15个国家聚在一起,商定了国际空间站的框架,并将该实验室的第一批组件送入轨道。还是在这一年,NASA的新型航天器X-38成功完成了首次试飞。所有这些事件以各种各样的方式,确定了美国航天事业的发展路线,最终引领我们走到今天这一步。

 

过去几年中,载人航天领域出现了一些具有颠覆性的重要趋势,其中很多是在1998年时没有人预料到的。如今,由亿万富豪支持的新太空技术公司进入了人们的视野;以中国为突出代表的国际参与者也纷纷崛起,试图重现乃至超越NASA的壮举。

 

鉴于美国的经历和现状,未来20年,美国和世界其他国家将走向何方?本文将对20年前、现如今的太空旅程进行回顾和论述,并对20年后做一番预测。

 

1998年:成绩斐然

 

1月6日,由雅典娜二型火箭搭载的“月球探勘者号”探测器发射升空,飞往月球。这是自1973年之后,NASA进行的第二次探月任务。

 

上世纪60年代末和70年代初,有十多位宇航员曾在月球表面漫步,在那里,他们看到的是一个寒冷、死寂、干燥的世界。与尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)一同登月的巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin)曾用“壮丽的荒凉”来描述他们眼前的景观。

 

但在那之后的数十年里,科学家开始相信,月球两极的永久阴影区域可能存在水冰。科学家认为,如此寒冷的地方也许会留存来自彗星和其他水源的水冰,因为在那样的黑暗真空地带,在温度从不会超过零下190摄氏度的情况下,一旦出现水,它是不会消失的。

 

在“月球探勘者号”携带的仪器中,有一台中子光谱仪,它可以检测月球两极氢原子的富集情况,由此推断出水的存在。探月任务开始前,科学家曾估计他们可能发现数千万到数亿吨的水冰。最终,在为期19个月的任务中,探测器找到了30亿吨水冰。人们突然意识到,阿波罗计划中的干燥世界竟然存在着如此大量的水。过了几年,在“哥伦比亚号”航天飞机失事后,这一发现的重要性更显得尤为突出。

 

1998年1月6日,在美国卡纳维拉尔角空军基地的46号航天发射场,雅典娜二型火箭搭载NASA的“月球探勘者号”探测器发射升空,飞往月球。

 

1998年1月,美国、俄罗斯、加拿大和十多个欧洲国家签署了一份正式协议,决定共同开发和运营国际空间站。当年11月,俄罗斯航天局发射了“曙光号”功能货舱,它负责为空间站提供推进、姿态控制和通信功能。两周后,一艘航天飞机将NASA的“团结号”节点舱送入太空,宇航员将它跟“曙光号”功能货舱进行了对接。

 

从那时起,国际空间站不断演进,并最终发展到420吨的规模。它不仅成为了美国太空政策的基石,在人类太空计划中也扮演着关键角色。过去20年里,无数载人航天任务来来往往,但国际空间站一直都在那里。它也许至少还能再运行十年。

 

过去20年里,国际空间站计划促成了各国之间宝贵且长期的合作,NASA现在希望将这种合作延伸到深空探索领域。近年来,在商业太空飞行的兴起中,国际空间站也越来越多地发挥了计划之外的重要作用。

 

最后要说的是,在1998年,NASA开始在一个项目上取得显著进展,即名为X-38的小型飞行载具,它被认为是航天飞机的小个头继承者。

 

1998年3月,一架B-52飞机在海拔7,000米的高空投放了一架X-38试验机。在降落伞的帮助下,X-38安全地穿过地球大气层,最终在跑道上降落。之后几年里,NASA成功完成了多次试飞。

 

X-38试验机是一种升力体研究载具,上图是它在被投放前,位于B-52母机机翼下的特写镜头。

 

2001年7月10日,NASA对原型机X-38的迭代版本进行了第二次自由飞行试验,一架B-52母机在加利福尼亚州莫哈韦沙漠中爱德华兹空军基地的上空投放了X-38。

 

2000年7月11日,工作人员从“超级彩虹鱼”运输机上卸下X-38 V-131R,这款试验机旨在证明“救生艇”式乘员返回载具的效用,以便在发生紧急情况时,将国际空间站上的宇航员带回地球。

 

2000年11月2日,X-38 V-131R在首次自由飞行试验中,借助巨型翼伞,降落在NASA德莱顿飞行研究中心附近的罗杰斯干湖上。V-131R是X-38系列的第三代版本。

 

2001年12月13日,为国际空间站研制的乘员返回载具X-38原型机开始了第八次自由飞行试验。NB-52B母机从位于机翼的发射架上投放了X-38。

 

NASA的X-38是乘员返回载具的原型机,图为一架X-38在完成第二次自由飞行试验后,降落在德莱顿飞行研究中心附近的湖床上。

 

X-38升力体研究载具被投放前,悬挂在B-52母机上。

 

“他们找准了研究方向。”韦恩·黑尔(Wayne Hale)回忆道,他当时是一位航天飞机飞行指挥员,后来升任航天飞机项目经理。“他们建造的是一种功能非常强大的太空船,不仅仅是一款救援载具,它可以用来做很多事情。”

 

最初,X-38是准备用作接驳空间站的“救生艇”,以便在紧急情况下将七名宇航员带回地球。然而,这款载具还能被升级为可重复使用的航天器,由私人公司的火箭搭载升空。遗憾的是,X-38计划最终被终止。

 

2018年:既充满希望又令人担忧

 

2003年2月,NASA现代载人航天计划遇到了一场灾难事件:“哥伦比亚号”航天飞机重返大气层时,在得克萨斯州上空发生解体,飞机上的七名宇航员全部罹难。

 

这场悲剧发生后,当时的小布什政府试着为NASA的未来寻找一条安全且有意义的发展道路。最终,他们确定了一套涉及月球和国际空间站的战略。

 

布什总统宣布,现在,NASA是时候再次把触手伸向深空了。由于“月球探勘者号”已经在月球表面发现了水冰,因此作为深空探索的第一步,NASA将派宇航员重返月球,以确定那里有什么资源。NASA的目标不仅仅是重新登上月球,而且要学习如何在月球表面生存。布什政府的计划是,在2020年之前完成一次登陆。

 

与此同时,航天飞机被继续用于建设国际空间站,然后,这些老化的飞行载具退出了历史舞台。在空间站上,宇航员开始学习如何长时间在太空中生活,这期间,他们还测试了开展长期太空任务所需的各种技术,比如水的回收利用。

 

在航天飞机退役后的2011年至今,NASA仍然需要找到一种方法把宇航员送到空间站。就在“哥伦比亚号”失事的前几个月,时任NASA局长肖恩·奥基夫(Sean O’Keefe) 因预算原因取消了X-38计划。因此,在“哥伦比亚号”事件后,在NASA想方设法寻找航天飞机的替代品时,该机构实际上是亲手扼杀了X-38这个原本也许简易的解决方案。

 

国际空间站在2010年基本建成,图为“亚特兰蒂斯号”航天飞机拍摄的国际空间站。

 

这最终导致美国当局做出了一项决策,它可以算是过去20年间,对NASA和美国航天事业来说最重要的决策之一。2008年,NASA开始向私人公司提供资金,由后者承接向空间站运送物资的任务。两年后,该机构又扩展了这个项目,把运送宇航员前往空间站的任务也涵盖在内。于是,由SpaceX和波音公司根据NASA“商业航天员计划”建造的太空舱,就成为了航天飞机的替代品。

 

对NASA来说,现如今是一个既充满希望又令人担忧的时刻。自布什总统2004年宣布将重返月球以来,NASA一直在朝这个目标努力。在把人类送入深空这项任务上——目的地可能是月球,可能是火星,也可能兼而有之——NASA的进展似乎颇为顺利。过去的14年里,NASA及其承包商一直在建造“猎户座”飞船以及大型火箭太空发射系统(SLS),以期实现这些目标。看到NASA如此坚定,倒是让人颇感安慰。

 

另一方面,令人担忧的地方也恰恰在于,为了实现布什总统2004年提出的深空探索愿景,NASA已经用去14年时间。随着政府更迭,美国的太空探索计划也发生了变化,但即便到了今天,在NASA以可持续方式重返月球的目标计划中,收集利用月球上的水资源,依旧是核心组成部分。问题在于,自2004年以来,NASA已经在“探索系统”上花费了数十亿美元,但令人沮丧的是,我们距离登陆月球至少还有10年甚或更长时间。

 

14年是一段很长的时间。当初,人类向太空发射第一颗卫星“斯普特尼克1号”与人类首次登月之间,才只隔了12年。NASA或许已经踏上了通往深空之路,只是这条路,它似乎走得一点也不着急。

 

2038年:几大颠覆性力量

 

除了行星运动轨迹和短期天气预报之外,我们几乎不可能对未来做出预测。但正如NASA当前的载人航天活动可以从1998年溯源,我们也可以从现今的太空飞行发展动态中,找到有关未来的一些线索。

 

一个明确的信号是,NASA(以及国会两党)都倾向于在阿波罗计划之后,首次将宇航员送到近地轨道以外的空间。小布什总统指示NASA要重返月球表面,奥巴马总统对探索小行星、然后探索火星做出了明确要求,特朗普总统则下令建造月球空间站“深空门户”,以作为探索月球和火星的前哨。总之,所有人都把深空作为了目的地。

 

展望未来,我们能否真的达到那里,仍然是最大的未知数。现实情况是,由于NASA在开发“猎户座”飞船和SLS火箭上已经花费了大量时间以及数百亿美元,该机构已没有资金来研制飞抵那些目的地所需的基础设施,包括着陆器、电力系统和栖息舱等等。在实现目标的过程中,我们需要做出艰难的决策,需要设计昂贵的系统,还要甘愿承担风险才行。若想在2038年之前飞抵月球、火卫一或者火星,NASA必须大胆行事。

 

NASA重返月球的路径图。

 

NASA最终会发射大型火箭(SLS预计会在2021年首次升空)。这将让该机构得以拿出一部分资金,用于一套真正的探索计划。2010年从NASA退休的黑尔,如今是NASA顾问委员会的成员,他说自己对此抱有希望,但不会翘首企盼。

 

“如果这只是一项政府计划,那么事情跟从前不会有什么不同。”他说,“每个人都希望有太空计划,但他们不愿意在那上面花很多钱。所以,你拿到的预算还是老样子,不够你去做想做的事。”

 

要推动NASA走出这条惯性路径,还是存在一些颠覆性力量的,其中之一便是私人领域太空革命。NASA曾通过“商业航天员和货物计划”以及其他财政拨款和合同,推动了这场革命。如果NASA与SpaceX、蓝色起源(Blue Origin)、毕格罗宇航(Bigelow Aerospace)等公司实现全面的公私合作,它将能从中获取新的能量、成本效率和源源不断的创意想法。

 

从历史上看,NASA在研制发射系统时,从未把重点放在成本价格上。(举例来说,单是开发SLS火箭,NASA一年就要花费约20亿美元,而这些钱可以买下20次“猎鹰”重型火箭提供的发射服务。)该机构已经收到白宫和国会的指令,要开展载人航天任务,并且要出色、安全地完成。因此NASA花了大量资金,对自身系统进行再三检查。

 

说到太空探索,存在另一种思维模式——它在SpaceX身上体现得最为明显,但许多新的太空公司也在践行这种模式——即,如果我们能降低进入太空的成本,我们便有能力在太空做成更多有趣的事情。正是在这种思维模式下,SpaceX和蓝色起源开发出了可重复使用的火箭。至关重要的是,这两家公司的幕后老板都是一心想实现自身梦想的亿万富豪。没有人能在1998年时预料到这些,但当下,NASA或许能以更快的速度以及低得多的成本进入深空,去往它想去的地方,办法就是对这些私人发射服务加以利用。

 

此外,如果私人公司发现了真正有利可图的轨道业务,那么商业太空活动同样也有可能扰乱NASA的计划。目前,在太空赚钱的途径,只有通信服务和遥感卫星。除了这些领域之外,眼下大多数太空技术公司都是通过承接政府合同来维持生计。

 

未来几十年里,小行星采矿可能会变得有利可图,但目前看来,似乎还相当遥远。不过,一项距离我们更近的突破也许会出现在某些领域,比如在微重力环境下进行3D器官打印,如今这项应用已在早期测试中展露出前景。并不是说它一定会成功,但我们可以想象一下,如果可以从太空带回健康的心脏、肺、肾脏或其他器官,那将会产生怎样的医疗和商业影响。如果企业能在太空中找到短期利润点,由此而来的“淘金热”或许会催生出一条直达太空的“铁路”,进而迅速实现太空入口的大众化。

 

此外,中国也可能迫使美国政府加速推进NASA的计划。但就目前来说,中国的计划是在2030年左右把宇航员送上月球。中国的不断成功也许会导致NASA失去当前的一些国际合作伙伴,后者可能转而支持中国的太空计划。毫无疑问,这会促使NASA做出某种更紧迫的回应。

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