龙飞船成功载人首飞，马斯克是如何给NASA省钱的？

　　 东部时间5月30，SpaceX研发的载人型龙飞船，由自家的猎鹰9号火箭发射升空，从而让宇航员再次从本土乘坐本国的航天器进入国际空间站。

　　在航天飞机停飞的这些年里，虽然宇航员也还能上天，但是乘坐的“船”却是俄罗斯的“联盟号”飞船。不但要掏人均8600万美元的巨款买票，还会受到美俄关系变化的影响，两国处得不好的时候，宇航员也得跟着受气。如2014年，俄罗斯的要员就曾经威胁要拒载宇航员，并建议他们使用蹦床去往国际空间站。

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　　（正在与国际空间站进行对接的载人型龙飞船。图片来源：NASA）

　　 在马斯克搞定了载人龙飞船后，宇航员上天终于不用再看别人的眼色了。同时，自家的飞船也让NASA省了不少钱。据NASA总监察长办公室的估算，坐龙飞船上天一次，NASA平均要为每个宇航员支付5500万美元。虽然这仍然不是一笔小钱，但已经俄罗斯的要省了不少。

　　 作为NASA商业载人航天计划最终选定的两种飞船之一，马斯克的龙飞船给NASA省的钱不只有每次上天时需要支付的“船票费”。在商业载人航天计划中，NASA总共投入了约80亿美元的研发经费，就获得了龙飞船和CST-100两种新一代的近地轨道飞船。相于NASA的传研发模式，这两种飞船的研发经费足足节省了200-300亿美元。

　　 可重用技术，可能没你想象的那么省钱

　　 说到省钱，人们想到的途径往往是近年被炒得火热的可回收重用技术。直觉上，如果同一样东西能够被多次使用，肯定用完一次就报废要便宜不少。例如，如果一架造价几千万甚至几亿美元的民航客机飞行一次就直接抛弃，恐怕一般人就就很难负担得起机票了。

　　 然而，在航天领域，可重复使用技术对于成本的降低没有一般人想象的那么有效。航天飞机是第一种成熟的可重复使用航天器。除了橙色的燃料箱是一次性使用外，航天飞机的轨道器（也就是大多数人印象中的航天飞机）可以多次重复使用，发射时使用的固体火箭助推器在完成任务后会在海上降落，回收后仍然可以再次使用。

　　 （轮船正在打捞回收航天飞机的固体火箭助推器，图片来源：NASA）

　　 然而，最终让航天飞机计划走向末路的一个核心原因，却是因为航天飞机烧钱太猛。在航天飞机服役末期，每次飞行的成本已经高涨到15亿美元。在NASA总预算有限的情况下，有不少人认为航天飞机消耗掉了太多的经费，以至于有价值的科学任务无法开展。

　　 在航天飞机设计之初，人们曾经对她有着美好的憧憬——强大的人员和货物运输能力，整个机队维持每年50次以上飞行的出勤率，每次飞行低至数百万美元的飞行成本。每艘航天飞机在完成一次任务后，仅有1%的部件需要更新，经过两个星期的整备就能重返太空，核心发动机可以使用数十次。

　　 （完成一次飞行后，在厂房中进行维护的航天飞机轨道器。图片来源：NASA）

　　<> 然而理想很丰满，现实却很骨感。

　　由于项目经费的，航天飞机的实际设计相较于最初的设想打了不少折扣。在后来的实际使用中，那些美好的愿景全都未能实现：每次飞行后的实际维护工作远高于预期，至少需要2000个小时。而每次维护所需更换的部件占到了航天飞机总部件量的10%-15%。在航天飞机使用的过程中，仅有一年达到了全年9次的飞行数，在的年份则均这个数量要低。由此，我们也就不难理解为什么航天飞机的使用成本会一飞冲天：维护耗费了更多的部件材料费用和人工费用，而维持航天飞机飞行的团队也需要相当高的经费。当航天飞机的飞行次数减少时，分摊到每次飞行上的常费用则会增加。

　　 （2011年，执行最后一次航天飞机任务的亚特兰蒂斯号航天飞机。图片来源：NASA）

　　 因此，可重用技术能不能省钱、能省多少钱，决定于飞行间维护成本、寿命内可用次数、最高飞行频度等等多个因素。对于近些年来出尽风头的猎鹰9号火箭，它以可回收状态飞行时，需要预留额外的燃料给第一级返回使用，还需要在火箭上安装回收所需的额外装置，这些都增加了火箭的“死重”，降低了能够发射的有效载荷重量。回收后，猎鹰9号的第一级在重复使用前也需要进行一定的维护工作，可用次数目前最多能达到四次。至于火箭用到三手、四手之后，到底能省多少钱，一直是一笔糊涂账。根据SpaceX肖特维尔的估计，重用火箭降低成本的例也仅有30%。也就是说，客户使用翻新的火箭，仍然需要至少支付相当于新火箭70%的费用，离马斯克对于航天发射费用“下降几个数量级”的愿景差的还是有点远。而且，SpaceX也不会把降低的成本全部回馈给客户，因此发射降低的例30%还要低。

　　 （SpaceX第一级火箭回收过程，期间火箭发动机要多次点火，因而要预留燃料。图片来源 SpaceX）

　　 <>一口价，没有中间商赚差价

　　 虽然载人型龙飞船具备可重复使用的潜力，但是直到本次任务时，能否使用“二手”龙飞船实际执行载人任务，SpaceX和NASA仍然在考虑之中。在未来已经确定的任务中，SpaceX将使用全新的飞船+全新的猎鹰9号火箭。当然，用于发射龙飞船的猎鹰9号第一级被回收后，可以在翻新后用于航天器的发射任务，为SpaceX节约一些成本。但由此节省的经费，并不十分可观。

　　 既然“回收重复使用”没有我们想象的那么省钱，SpaceX是如何给NASA省钱的呢？

　　 在以往的航天器研发制造中，虽然也会将相关工作交给波音、诺斯罗普·格鲁曼等企业完成，但NASA始终对航天器的设计保持控制，NASA的人员会深度参与到研发过程中，制造出的航天器、其附带的知识产权和航天器的运营设施属于NASA，研发的全部预算也由NASA承担。如果把飞船看做是一部汽车，那么NASA就是汽车的买主，还负担一切有关汽车研制的费用。

　　由于航天活动的未知性和风险性，这种一切由买单的模式有助于推动新的航天技术发展，开辟新的探索领域。NASA计划用于载人深空飞行的”猎户座“飞船，就仍然采用了这种模式。但在这种模式下，一切由NASA兜底，承包商通过技术开发降低成本的动力不强，项目超支几乎成了一定要发生的事情。

　　 在商业航天计划中，NASA是以”一口价“的方式支持飞船研发、采购发射服务。无论飞船研发最终的成本是多少，NASA的付费是固定的。在这种模式下，NASA的角色由买主变成了租客，企业将自发的提高研发的效费，并尽力进行成本控制。用NASA内部一本刊物的话说，“当花他们自己的钱时，企业往往会变得更加精明。“在这种模式下诞生的飞船，航天器属于研发的企业所有，除了向NASA提供载人服务外，他们还可以向的客户太空旅行的“船票”，由此弥补开支、赚取利润，创造新的商业机会。

　　 (SpaceX在霍桑的研发制造设施，能够集中完成大量的研发制造工作。图片来源：Wikipedia)

　　 同时，SpaceX新的运作模式也为节约成本创造了条件。联合发射联盟（ULA）等传航天企业，往往会将航天器的一部分部件或设计工作转包给的子承包商，同一航天器的研发需要遍布全境的数百个子承包商共同完成。维持这样一支庞大的队伍运转，不但会增加管理成本，还会造成中间商赚取差价的问题。而SpaceX的研发和制造过程则是高度集成的。和一般家庭节省生活开支的路数类似，SpaceX奉行“能自己搞定就绝不出去买”的原则，在自身内部集中完成大部分的研发工作，可以较有效的控制成本。

　　 (近地轨道发射单价的变化趋势，的单位为 千美元/千克。图片来源：参考内容[2])

　　 事实上，即便不启用可回收功能，猎鹰9号火箭向近地轨道（LEO）发射载荷的单价也相当“白菜“，仅为每千克2万7千美元。这个仅相当于从上世纪七十年代到本世纪初，长期保持稳定的LEO发射单价的七分之一。

　　未来，随着新航天技术和管理机制的运用，各国运载火箭的发射单价还会越来越低。由此，航天器在重量和可性上的将不再那么苛刻，航天器本身的成本也有望随之走低。长期以来，由于经费难以负担昂贵的航天器研发和发射，许多科学和技术上有关太空的想法都无法正上天实现。发射的降低，将让这些为钱所困的灵感有机会变成现实。而“配送费”的下调也有望让宇航员也可能在太空中生活的更好，吃到更多没有脱水的食物，多用一点水清洁身体，甚至在大型的航天器中享受虚拟重力带来的更舒适的太空体验。

　　 参考内容：

　　 [1] Dana Andrews, Space Shuttle 2.0: What did we learn? Space Reveiw

　　 [2] Harry W. Jones, The Recent Large Reduction in Space Launch Cost, 48th International Conference on Environmental s

　　 [3] Peter B. de Selding, SpaceX’s reusale Falcon 9: What are the real cost savings for customers? Spacenews