登上國際空間站的BEAM究竟是誰的乳酪？

科技 06-15

小二茶話

上回咱們說到BEAM在國際空間站的重任：進行充氣式太空艙展開以及相關防護技術的驗證。

詳見：那個火遍朋友圈的BEAM在國際空間站上究竟要幹啥？

那麼BEAM作為一個商業項目是如何登上國際空間站的呢？對於當前熱議的商業航天又產生了怎樣的影響呢？

今天，閱天茶館，請上海航天808所的王燕繼續跟您聊。

第四回

始於NASA，成於Biglow，充氣艙幾經波折

畢格羅宇航公司（Bigelow Aerospace）成立於1999年，總部設在拉斯維加斯北部，創始人羅伯特·畢格羅。自公司創立之初，就致力於空間居住艙的建造，開拓太空旅遊的新型商業模式，讓遨遊太空的夢想不再是宇航員的特權。此外，該公司雄心壯志遠不至於此，畢格羅本人曾在多個場合公開宣稱要建造畢格羅公司自己的空間站。

登上國際空間站的BEAM究竟是誰的乳酪？

然而，充氣式居住艙的概念並不是畢格羅首創。NASA早在上世紀60年代就開始了充氣式居住艙的概念研究，上世紀90年代末NASA專門為國際空間站研製了一款轉移居住艙（TransHab）。這是一種可以取代國際空間站上剛性居住艙的新型充氣式居住艙（展開後直徑可達8.2米）。之所以取名「轉移居住艙」，是出於將來可以用於載人深空的目的。然而，由於成本居高不下，以及研製進度拖延，反對聲音居高不下。1999年，美國國家宇航協會起草了一份書面協議，建議NASA可以繼續從事充氣式居住艙的研究，但是必須停止轉移居住艙的研製。2000年，眾議院1654法案禁止NASA繼續從事轉移居住艙的研究和研製，但是允許NASA將充氣式居住艙出租給私營公司。畢格羅宇航公司購買了NASA關於充氣式居住艙的多項專利，從而開始了該領域的研究。

NASA於2010年提出了載人登火的雄偉目標，重新啟動了關於充氣式居住艙技術的研究。2011年1月，畢格羅宇航公司開始研製BEAM，計劃2年之內完成試驗飛行前全部研製工作。2012年12月，NASA的先進探索系統項目（Advanced Exploration System, AES）授予畢格羅宇航公司1780萬美元合同，用於研製畢格羅充氣式活動太空艙（BEAM）。2013年5月，NASA授予了內華達山脈公司200萬美元16個月固定價格合同，用於通用停泊機構（Common Berthing Mechanism，CBM）的研製，該機構正是BEAM對接國際空間站的關鍵所在。

登上國際空間站的BEAM究竟是誰的乳酪？

畢格羅公司規划了一系列宇航產品，其中包括已經發射並在成功軌運行的Genesis I、Genesis II和BEAM，在研的的B330和BA2100，當然也包括取消的兩次任務。詳情見下表：

表1 畢格羅宇航公司系列產品

登上國際空間站的BEAM究竟是誰的乳酪？

（1）Genesis I

Genesis I是畢格羅宇航公司研製並成功發射的首個實驗性居住艙。2006年7月12日，Genesis I由第聶伯號運載火箭在俄羅斯Dombarovaskiy導彈發射基地發射升空。太空艙在軌展開後尺寸為：長4.4米，直徑2.54米，內部容積11.5立方米，展開後尺寸僅為B330的三分之一左右。軌道高度為490.6公里~547.4公里，軌道傾角為64.5度，軌道周期為95分鐘。 Genesis I也是沿用了TransHab的設計。

Genesis I裝有八個砷化鎵太陽電池陣，四個為一組分布在飛行器兩側。此外，搭載了13個相機，其中7個用於觀測飛行器外部物理狀態，比如外部防護結構、太陽電池陣；另外6個安裝在內部，用於觀測內部儀器和試驗。太空艙內部壓力為51.7kPa，採用被動熱控，平均溫度26攝氏度。Genesis I採用了單個氣體充氣罐，制導控制系統採用的是扭矩桿、太陽敏感器、GPS 和一個磁力計。

（2）Genesis II

2007年6月28日，畢格羅宇航公司又發射了第二艘無人充氣式太空艙，依舊是由第聶伯火箭在Dombarovskiy導彈發射基地發射升空。作為Genesis I的姊妹太空艙，繼承了Genesis I的飛行經驗和飛行數據。

與Genesis I相同，Genesis II摺疊狀態下直徑為1.6米，展開後長4.4米，直徑2.54米，內部容積11.5立方米，內部壓力在69.6kPa到72.4kPa之間。軌道高度為485.1公里*557.5公里，傾角64.5度，軌道周期95分鐘。目前，Genesis II綜合電子系統在運行2年半後已經停止工作，但仍繼續在軌飛行，驗證其充氣式太空艙長期在軌運行的能力。

與Genesis I相比，Genesis II具有很多技術進步點。在制導控制系統方面，安裝了反作用飛輪，以及精確測量系統，無需更多燃料消耗就可測出太空艙的自轉速度和角動量。Genesis II還攜帶了22台相機（比Genesis I多了9台），以及多台充氣罐。此外，搭載了敏感器套件，用於測量壓力、溫度、姿控和輻射等參數。Genesis II本身並沒有推進系統。預計Genesis II可在軌運行12年，之後將載入地球大氣層燒毀。

（3）B330

B330（又稱鸚鵡螺或BA330）是目前畢格羅宇航公司在研的一款新型充氣式載人居住艙，可容納6名宇航員，既可用於太空旅遊，又能滿足未來載人登月乃至載人深空飛行，計劃2020年發射。

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B330質量為20噸-23噸，長13.7米，直徑6.7米，容積330立方米。與國際空間站15噸重的命運號實驗艙相比，B330的質量僅增加了33%，但內部容積提高了210%。B330安裝了兩塊巨大的太陽電池翼，此外還有兩塊大型散熱板。完全展開後，艙壁厚度可達0.46米，能有效抵禦輻射和熱源。B330設計了雙冗餘控制推力器，採用單組元肼推進劑。它的綜合電子系統可以為導航、對接和軌道機動提供服務。此外，它提供了舒適的生保系統，如設計了獨特的零重力衛生間，可收集固態和液態水，為宇航員提供半私密的休息場所，以及健身設備等。

（4）BA2100

BA2100（又稱Olympus）是繼B330之後，畢格羅公司尚處於概念研究階段的行星際轉移居住艙。BA2100質量約65-70噸，約是B330的3倍，可搭載16名宇航員轉移飛行。整個艙體長約17.8噸，最大直徑12.6米（僅對接端直徑為7.6米），增壓容積約2250立方米（國際空間站僅837立方米）。BA2100目前尚在概念研究階段，未來可能由在研的航天發射系統（SLS）來發射。

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第五回

謀深空，助商業，推動技術創新

（一）從推動探索體系方面來看，BEAM成功在軌運行是NASA火星之路戰略框架下地月試驗場階段關於深空居住艙技術邁出的重要一步

2015年，NASA頒布了《火星之路》載人深空探測一體化體系架構的戰略報告，明確提出了以低地球軌道為起點，火星為終點的載人深空探索的路線圖，並將實現路徑分為依賴地球階段、地月試驗場階段和不依賴地球三個階段。其中，地月試驗場階段將致力於重型運載、空間推進、宇航員、ISRU、深空操作能力、科學目標、深空居住艙、乘員健康等技術的發展。在深空居住艙技術方面，明確提出了要推動低地球軌道以遠、可滿足至少4人的深空居住艙開發。在NASA先進探索系統（Advance Exploration System，AES）項目的支持下，推動了以畢格羅充氣式活動太空艙（BEAM）和下一代空間技術探索合作夥伴（NextSTEP）為代表的深空居住艙技術的開發。在低地軌道居住艙方面，BEAM已經成功展開並在軌運行；在環月軌道乃至地火轉移居住艙方面，NextSTEP項目已經與畢格羅、波音、洛·馬、軌道ATK簽訂了商業夥伴合作協議，其中畢格羅公司的B330深空居住艙入選。由此可見，作為地月試驗場階段的關鍵技術，NASA正致力於深空居住艙技術的研製與開發，該技術的發展將對火星之路「三步走」戰略起到重要的推動作用。

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（二）從推動商業航天方面來看，BEAM成功在軌運行是NASA與私營公司成本共擔、利用共享的創新型合作模式的成功嘗試

NASA火星之路的報告也明確指出了要繼續推進近地軌道商業化飛行，除了近地軌道商業貨物運輸服務和商業乘員運輸服務之外，NASA還將採取措施刺激近地軌道經濟活動的可持續增長，包括完善商業化政策和法規，培育/孵化穩健的、自我持續的、經濟可承受的美國商業航天服務力量，滿足政府機構和私營機構的需要。NASA和畢格羅宇航公司簽訂了1780萬美元的固定價格合同，一方面，NASA出資給予研製經費，可以確保以固定成本完成項目的研發，防止出現經費超支；另一方面，NASA在合同中約定了相應技術條款，即承研方必須向NASA提供充氣式居住艙在防輻射、防微流星和空間碎片方面的性能參數等數據。這與前不久SpaceX公司與NASA簽訂的關於「紅」龍」」飛船的「商業航天能力合作」協議類似，也是一種成本共擔、利益共享的合作模式，這種模式也是基於培育新型商業模式、推動經濟可承受的商業航天服務力量的需要。

（三）從推動技術發展方面來看，BEAM成功在軌運行或將改變載人深空的探索架構

充氣式居住艙最大的特點是質輕、體積小。拿B330為例，與國際空間站命運號實驗艙相比，內部容積提高了210%，但質量僅增加了33%，從而可以降低起飛質量。尤其是在載人登陸月球或者載人登陸火星任務中，通常會採用人貨分離的運輸方式，並且涉及到多次交會對接，那麼如果採用充氣式居住艙，就能提高運輸效率、降低任務成本。由此來看，不排除未來NASA採用充氣式居住艙作為深空轉移居住艙的可能。

小二茶評：

您要說，關於BEAM，咱們說的也不少了吧？該結束了吧？其實不然，一項新的事物出來，有看熱鬧的，有看門道的；有看發展的，也有看歷史的。角度不同，感受不同。這兩篇「章回體」情報分析稿看完，您還有什麼不明白的嗎？也許你覺得自己已經全然知道了，可是，總會有人別出心裁的告訴你那些你不知道的事情。

不賣關子了，閱天茶館，下回接著聊~

下次來的是個「重量級專家」這件事兒我會提前告訴你嗎？

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（註：原創文章，轉載請與我們聯繫！）

微言航天