美國航天發展史——「為了星辰大海」商業航天行業分析（一）

「星海浩瀚，你是最亮的那顆。」

——謹以此文紀念Stephen Hawking。

2018年3月14日，當代偉大的物理學家史蒂芬·霍金於劍橋的家中逝世，飛向了群星。緬懷一個人的最好方式不是懷念，而是接過他的火炬，繼續前行。為此，我們特意整理與撰寫了此系列文章，以表紀念。

正文如下。

伴隨著SpaceX與Elon Musk的新聞不斷，商業航天這個領域也逐漸進入人們的視線。在SpaceX發展的如火如荼的同時，人們不禁在思考中國的商業航天事業發展如何？對宇宙的探索是否會被美國遠遠甩在身後？

面對這個全新的行業，筆者做了很多資料搜集工作，並進行了較為深入的思考，希望對這個問題做出一些回答。如果可以對讀者有些啟發，則不勝榮幸。本文為商業航天系列文章的第一篇，將對美國（商業）航天發展史做一分析。

| NASA的故事

1958年7月29日，美國總統艾森豪威爾簽署了《美國公共法案85-568》，創立了美國國家航空航天局（NASA）。其前身美國國家航空諮詢委員會（NACA）。NASA的領導項目包括阿波羅登月計劃、「天空實驗室」（Skylab）空間站，以及後來的太空梭。自NASA成立以來，人類對於宇宙的探索開啟了新的篇章。

關於NASA可以講的東西有太多太多——歷史、機構設置、主要發現，甚至美蘇爭霸，等等。考慮到篇幅所限，以及我們還是希望落腳到商業航天層面，本文就通過列舉NASA所開展的各項計劃，希望對NASA的發展，以及美國的航天事業發展做一個簡單梳理。

水星計劃（Project Mercury）：水星計劃是美國第一個載人航天計劃，自1958年10月7日開始正式實施，目標是向太空發射搭載宇航員的航天器並安全返回——而且最好先於蘇聯完成這一目標（蘇聯此時已經發射了兩枚衛星並成功搭載一條名叫萊卡（Laika）的雌性混種犬）。「水星」計劃招募了美國第一批宇航員（7名），於1963年結束，共完成25次飛行試驗，其中包括4次動物飛行，2次載人彈道飛行，4次載人軌道飛行，耗資約4億美元。美國通過「水星」計劃證明人能夠在空間環境中生存和有效地駕駛飛船，也取得了載人飛船設計的初步經驗。但是在這一回合的載人航天競爭中輸給了蘇聯，突出表現為載人上天的時間落後於蘇聯，航天運載能力也處於劣勢。

雙子星計劃（Project Gemini）：1961年11月至1966年11月美國實施了「雙子星座」計劃，作為從「水星」到「阿波羅」計劃之間過渡，其主要任務是研究、發展載人登月的技術和訓練航天員長時間飛行及艙外活動的能力。該計劃歷時5年，完成了10次環繞地球軌道載人飛行，每次2人，共耗資接近13億美元。「雙子星」計劃作為一項既是過渡性又是獨立的計劃，取得了許多開創性的成就，也為「阿波羅」登月計劃提供了極其寶貴的經驗和科學技術成果。整個飛行期間，航天員共進行了52項試驗，在不同高度上拍攝了1400張地球彩色照片，全面的研究了人在太空中長期工作和生活的情況。為航天技術人員及地面機組人員提供了發射火箭所需的大量的實踐活動。到「雙子星座12號」飛行結束時，美國航天員已經有了2000小時的太空飛行記錄，而此時蘇聯的飛行時數只有500多小時，美國人至此開始領先於蘇聯。

阿波羅計劃（Apollo program）：阿波羅計劃是美國從1961年到1972年組織實施的一系列載人登月飛行任務，目的是實現載人登月飛行和人對月球的實地考察，為載人行星飛行和探測進行技術準備。它是世界航天史上具有劃時代意義的一項成就。阿波羅計劃始於1961年5月，至1972年12月第6次登月成功結束，歷時約11年，耗資255億美元。

在阿波羅計劃以及其輔助計劃中，尤其以阿波羅1號的登月計劃最為知名。1969年7月16日，巨大的「土星5號」火箭載著「阿波羅11號」飛船從美國卡納維拉爾角肯尼迪航天中心點火升空，開始了人類首次登月的太空征程。美國宇航員尼爾·奧爾登·阿姆斯特朗、巴茲·奧爾德林、邁克爾·柯林斯駕駛著阿波羅11號宇宙飛船跨過38萬公里的征程，承載著全人類的夢想踏上了月球表面。這確實是一個人的小小一步，但是整個人類邁出的偉大一步，他們見證了從地球到月球夢想的實現。

天空實驗室（Skylab）：美國在1973年5月14日發射了第一個試驗性太空站——「天空實驗室」，它是美國第一個環繞地球的航天站。

上世紀八十年代，人類在探索與開發太空方面將進入一個新時期，其標誌就是一系列可回收和重複使用的近地球太空站—「太空實驗室」的發射。太空實驗室是人類在太空或以太空為基地建立的用於科學實驗的飛行器或永久性基地。目前這類實驗室都是半永久性的，如前蘇聯的「禮炮」號空間站、「和平」號空間站、美國的「太空實驗室」和歐洲的「太空實驗室」。它們一般容納4~6人，宇航員在太空工作時間不到一年，主要進行天體物理、航天醫學、生物學、天文學、材料科學、工藝科學和生命科學方面的實驗。

自1973年5月到1974年2月，天空實驗室先後接納過3批航天員，每批3人，在站分別工作了28天、59天和84天，進行了270多項研究實驗，拍攝了18萬張太陽活動的照片、4萬多張地面照片，還進行了長期失重人體生理學試驗和失重下材料加工的試驗。但是，「天空實驗室」出現在太空渡船之前，發射一次耗費極大，故不得不在飛行數次後宣告結束，以等待太空渡船試飛成功後改進為能重複使用的新太空站系列，即「太空實驗室」系列。「天空實驗室」太空站於1979年7月11日進入大氣層燒毀。

太空梭（Space Shuttle）：太空梭是一種有人駕駛、可重複使用的、往返於太空和地面之間的航天器。它既能像運載火箭那樣把人造衛星等航天器送入太空，也能像載人飛船那樣在軌道上運行，還能像滑翔機那樣在大氣層中滑翔著陸。太空梭為人類自由進出太空提供了很好的工具，是航天史上的一個重要里程碑。

1969年4月，美國宇航局提出建造一種可重複使用的航天運載工具的計劃。1972年1月，美國正式把研製太空梭空間運輸系統列入計劃，確定了太空梭的設計方案，即由可回收重複使用的固體火箭助推器，不回收的兩個外掛燃料貯箱和可多次使用的軌道器三個部分組成。

雖然世界上也有許多國家都陸續進行過太空梭的開發，但只有美國與蘇聯實際成功發射並回收過這種交通工具。但由於蘇聯瓦解，相關的設備由哈薩克接收後，受限於沒有足夠經費維持運作使得整個太空計劃停擺，因此全世界僅有美國的太空梭機隊可以實際使用並執行任務。

美國歷史上研製過5種型號的太空梭：哥倫比亞號太空梭、挑戰者號太空梭、發現號太空梭、亞特蘭蒂斯號太空梭和奮進號太空梭。2011年7月，NASA於STS-135任務後將將太空梭除役，新一代航天器「獵戶座航天器」（又譯奧賴恩）將成為美國載人宇宙探索的主要工具。

國際空間站（International SpaceStation，簡稱ISS）：國際空間站的設想是1983年由美國總統里根首先提出的，於1993年完成設計，並開始實施。它是一個由美國與俄羅斯、加拿大、歐洲、巴西以及日本合作，六個國際主要太空機構聯合推進的國際合作計劃。裝配完成後的國際空間站長110米，寬88米，大致相當於一個足球場大小，總質量達400餘噸，將是有史以來規模最為龐大、設施最為先進的人造天宮，運行在傾角為51.6°、高度為397公里的軌道上，可供6～7名航天員在軌工作，之後國際空間站將開始一個為期10～15年的永久載人的運行期。

然而，對於國際空間站的爭議從來就沒有停止過。反對者認為建造國際空間站花費資金規模龐大，不如用於其他的無人太空實驗項目，或者地球相關項目；支持者則認為要將眼光放長遠，國際空間站計劃所開發的載人航天相關技術的商業應用，會間接帶動全球經濟，其所帶來的收益是最初投資的七倍，保守估計也有三倍。

星座計劃（Constellation Program）：由於太空梭將於2010年全部退役，美宇航局因此在2005年實施了星座計劃，開發新一代載人航天系統。整個計劃將包括一系列新的航天器、運載火箭以及相關硬體，將在包括國際空間站補給運輸以及登月等各種太空任務中使用。然而實際中太空梭於2011年7月退役，而星座計劃則因為資金短缺、進度拖後、設計思想有爭議等原因於2010年初被奧巴馬政府終結，相關法案於同年十月成為法律。

火星計劃（Mars Project）：火星是地球的近鄰，曾經有過和地球相似的環境，即使是現在，火星的地表下也有可能存在生命。為了揭開謎團，人類對火星進行了一次又一次的探索。自20世紀60年代以來，美國發射十餘次火星探測器，僅6次實現火星著陸——海盜號（1975年）、探路者號（1996年）、勇氣號（2003年）、機遇號（2003年）、鳳凰號（2008年）、好奇號（2011年）。1975年8月20日和9月9日，美國發射了海盜1號和2號探測器，用於探索火星上有無生物。它們分別在火星上工作了六年和三年，對火星進行了考察和拍照，共發回五萬多幅火星照片，在四次探測有無生命存在的實驗中，沒有發現任何高級生命痕迹，從而排除了有關火星人的推測。

太空的士：2014年9月16日，美國宇航局(NASA)在佛羅里達州的肯尼迪航天中心宣布，波音公司和SpaceX贏得價值68億美元的「太空的士」合同，將在未來幾年向國際空間站運送航天員。此舉標誌著NASA向著重啟載人航天飛行邁進了一大步。

當然，除了以上計劃之外，NASA還做了很多很多工作，包括夭折的「獵戶座」計劃、木星探測計劃、土星探測計劃，等等。不再一一列舉。

| 美國的商業航天之路

有數據顯示，從1985年到1988年10月間，太空梭的發射價格增加了85%，即每次發射費用飆升到9000萬美元。這筆花費完全違背了NASA最初設計太空梭的預算，也違背了可回收技術是為了節省發射成本的初衷。不能放棄對太空的探索，又沒有大量資金用於航天科技投入，NASA必須要尋找其他的途徑實現航天探索——競價招標。

上世紀80年代，美國國會通過法案，允許民間組建航天企業，向市場提供航天發射、衛星通信、衛星遙感等服務。其中明確帶有「商業」字眼的法規有：《空間商業發射法案》(1984年)、《商業空間法》（1998年）、《陸地遙感商業化法》(1984年)、《陸地遙感政策法案》(1992年)、《商業遙感政策》（1994年）。到了2015年，美國眾議院表決通過《關於促進私營航天競爭力、推進創業的法案》和《商業航天發射競爭法案》。這使商業航天正式成為一個完整的，有特定含義的片語。

2003年哥倫比亞號太空梭事故後，美國航宇局決定將近地軌道載人航天活動承包給企業，稱為「商業軌道運輸服務」。2008年，NASA正式啟動該項目，旨在為國際空間站發展商業補給服務。經過招標，NASA最終選擇了兩家創新能力強的私企，運送貨物到國際空間站。這兩家私企中的一家就是直到今天都備受關注的Space X。

起初Space X並不被看好，NASA向Space X開放了阿波羅登月和太空梭研發的大量技術報告，轉移了大量成熟技術。NASA還把自己的核心技術骨幹，包括一批航天業內的頂尖高手轉移給Space X。Space X在技術創新方面不斷尋求新的突破，憑藉技術優勢逐漸成長為行業的領袖，而NASA在競爭招標的過程中獲得了「物美價廉」的設計方案和設備。

這是美國太空探索戰略有史以來最大的一次轉型。事實上，這並非航天事業的第一次商業化嘗試。早在1960年8月，NASA開啟阿波羅計劃時，就收到了14份投標意向，最終，通用動力公司與康維爾公司、通用電氣公司、格倫·L·馬丁公司收到了合約，並要求三方團隊在6個月內拿出可行方案來。因此美國第一個載人航天計劃：從火箭到飛船，甚至防熱層均由商業公司製造，載人登月計劃：指令艙、服務艙、登月艇和月球車都是通過招標由商業公司完成。

至於衛星通信廣播，在美國一開始就是商業化運行的。國際通信衛星組織轉型為國際通信衛星公司，標誌著這個領域徹底進入了商業化形態。因此，這成了商業航天中一個形成共識、不需要討論的領域。

圖：國際衛星通信公司

由此可見，在美國，商業航天是伴隨著政府運營向政府採購轉型而逐漸形成概念的，而且，在今天公認的商業航天企業中，有很多其實是傳統企業，例如正在承擔國際空間站貨運任務的軌道科學ATK公司和正在研製CST100飛船的波音公司。

可以說，那些參與競爭招標的商業公司才是美國航天大秀中的主角，它們的助力使美國至今都保持全球航空航天工業的領頭羊的位置。而在這過程中，美國政府同樣起到推動作用，在其2010年頒布的《美國國家航天政策》中提出了要致力於鼓勵和推動商業航天發展計劃。該計劃明確提出，未來美國近地軌道載人和貨物運輸服務將由商業航天承擔，通過競爭使近地軌道載人探索活動更加便利，成本更低。同時，這樣可以加快航天技術革新的步伐，不但可以填補美國現階段航天運輸能力的缺口，還可以開啟一種新的航天企業競爭模式。

美國航天私企的成功，給我國的航天運載器的效率和效益，提出了挑戰，也在一定程度上為我國航天體制改革，提供十分有益的借鑒。

要分析美國的商業航天發展現狀，需要詳細分析SpaceX的發展歷史與現狀。關於SpaceX與Elon Musk，又是一個龐大的故事，我們下文詳細分解。歡迎關注。

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