文章来自微信民众号：科学大院（ID：kexuedayuan），作者：李会超，题图来自：视觉中国

美国东部时间5月30日，SpaceX研发的载人型龙飞船，由自家的猎鹰9号火箭发射升空，从而让美国宇航员再次从美国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，虽然美国宇航员也还能上天，然则乘坐的“船”却是俄罗斯的“同盟号”飞船。不但要掏人均8600万美元的巨款买票，还会受到美俄关系转变的影响，两国处得欠好的时刻，宇航员也得随着受气。好比2014年，俄罗斯的政府要员就曾经威胁要拒载美国宇航员，并建议他们使用蹦床去往国际空间站。

正在与国际空间站举行对接的载人型龙飞船（图片泉源：NASA）

在马斯克搞定了载人龙飞船后，美国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，但已经比俄罗斯的价钱要省了不少。

作为NASA商业载人航天设计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”。在商业载人航天设计中，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。相比于NASA的传统研发模式，这两种飞船的研发经费足足节约了200-300亿美元。

可重用手艺，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接纳重用手艺。直觉上，若是统一样器械能够被多次使用，一定比用完一次就报废要廉价不少。例如，若是一架造价几万万甚至几亿美元的民航客机航行一次就直接甩掉，生怕一样平常人就就很难肩负得起机票了。

然而，在航天领域，可重复使用手艺对于成本的降低没有一样平常人想象的那么有用。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义务后会在海上下降，接纳后仍然可以再次使用。

汽船正在打捞接纳航天飞机的固体火箭助推器（图片泉源：NASA）

然而，最终让航天飞机设计走向末路的一个焦点缘故原由，却是由于航天飞机烧钱太猛。在航天飞机服役末期，每次航行的成本已经高涨到15亿美元。在NASA总预算有限的情况下，有不少人以为航天飞机消耗掉了太多的经费，以至于其他有价值的科学义务无法开展。

在航天飞机设计之初，人们曾经对她有着美妙的憧憬——壮大的职员和货物运输能力，整个机队维持每年50次以上航行的出勤率，每次航行低至数百万美元的航行成本。每艘航天飞机在完成一次义务后，仅有1%的部件需要更新，经由两个星期的整备就能重返太空，焦点发动机可以使用数十次。

完成一次航行后，在厂房中举行维护的航天飞机轨道器（图片泉源：NASA）

然而理想很丰满，现实却很骨感。

由于项目经费的限制，航天飞机的现实设计相较于最初的设想打了不少折扣。在厥后的现实使用中，那些美妙的愿景全都未能实现：每次航行后的现实维护事情远高于预期，至少需要2000个小时。而每次维护所需替换的部件占到了航天飞机总部件量的10%~15%。在航天飞机使用的历程中，仅有一年到达了整年9次的航行数，在其他的年份则均比这个数目要低。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质料用度和人工用度，而维持航天飞机航行的团队也需要相当高的经费。当航天飞机的航行次数减少时，分摊到每次航行上的一样平常用度则会增添。

2011年，执行最后一次航天飞机义务的亚特兰蒂斯号航天飞机（图片泉源：NASA）

因此，可重用手艺能不能省钱、能省多少钱，决议于航行间维护成本、寿命内可用次数、最高航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，它以可接纳状态航行时，需要预留分外的燃料给第一级返回使用，还需要在火箭上安装接纳所需的分外装置，这些都增添了火箭的“死重”，降低了能够发射的有用载荷重量。

接纳后，猎鹰9号的第一级在重复使用前也需要举行一定的维护事情，可用次数现在最多能到达四次。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。凭据SpaceX主席肖特维尔的估量，重用火箭降低成本的比例也仅有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%的用度，离马斯克对于航天发射用度“下降几个数目级”的愿景差的照样有点远。而且，SpaceX也不会把降低的成本所有回馈给客户，因此发射价钱降低的比例比30%还要低。

SpaceX第一级火箭接纳历程，时代火箭发动秘密多次焚烧，因而要预留燃料（图片泉源：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，然则直到本次义务时，能否使用“二手”龙飞船现实执行载人义务，SpaceX和NASA仍然在思量之中。在未来已经确定的义务中，SpaceX将使用全新的飞船 全新的猎鹰9号火箭。固然，用于发射龙飞船的猎鹰9号第一级被接纳后，可以在翻新后用于其他航天器的发射义务，为SpaceX节约一些成本。但由此节约的经费，并不十分可观。

既然“接纳重复使用”没有我们想象的那么省钱，SpaceX是若何给NASA省钱的呢？

在美国以往的航天器研发制造中，虽然也会将相关事情交给波音、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的职员会深度介入到研发历程中，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，研发的所有预算也由NASA肩负。若是把飞船看做是一部汽车，那么NASA就是汽车的买主，还肩负一切有关汽车研制的用度。

由于航天流动的未知性和风险性，这种一切由政府买单的模式有助于推动新的航天手艺发展，开拓新的探索领域。NASA设计用于载人深空航行的“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，承包商通过手艺开发降低成本的动力不强，项目超支险些成了一定要发生的事情。

在商业航天设计中，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的付费是牢固的。在这种模式下，NASA的角色由买主酿成了租客，企业将自觉的提高研发的效费比，并全力举行成本控制。用NASA内部一本刊物的话说，“当花他们自己的钱时，企业往往会变得加倍精明。”在这种模式下降生的飞船，航天器属于研发的企业所有，除了向NASA提供载人服务外，他们还可以向其他的客户出售太空旅行的“船票”，由此填补开支、赚取利润，缔造新的商业机遇。

SpaceX在美国霍桑的研发制造设施，能够集中完成大量的研发制造事情(图片泉源：Wikipedia)

同时，SpaceX新的运作模式也为节约成本缔造了条件。团结发射同盟（ULA）等美国传统航天企业，往往会将航天器的一部分部件供应或设计事情转包给其他的子承包商，统一航天器的研发需要遍布美国全境的数百个子承包商共同完成。

维持这样一支重大的队伍运转，不但会增添治理成本，还会造成中间商赚取差价的问题。而SpaceX的研发和制造历程则是高度集成的。和一样平常家庭节约生涯开支的路数类似，SpaceX推行“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事情，可以对照有用的控制成本。

近地轨道发射单价的转变趋势，价钱的单元为 千美元/千克(图片泉源：参考内容[2])

事实上，即便不启用可接纳功效，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。这个价钱仅相当于从上世纪七十年代到本世纪初，历久保持稳定的LEO发射单价的七分之一。

未来，随着新航天手艺和治理机制的运用，各国运载火箭的发射单价还会越来越低。由此，航天器在重量和可靠性上的限制将不再那么苛刻，航天器自己的成本也有望随之走低。历久以来，由于经费难以肩负昂贵的航天器研发和发射，许多科学和手艺上有关太空的想法都无法真正上天实现。

发射价钱的降低，将让这些为钱所困的灵感有机遇酿成现实。而“配送费”的下调也有望让宇航员也可能在太空中生涯的更好，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恬静太空体验。

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 Systems

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

文章来自微信民众号：科学大院（ID：kexuedayuan），作者：李会超