国际空间站商业天地往返运输系统发展历程
近日，本公号介绍了我国载人航天办公室发布的《关于征集空间站低成本货物运输系统总体方案的公告》。如果若干年后回看，这一公告可能会成为我国商业航天大发展的一个标志性事件。
“它山之石、可以攻玉”，今天让我们看看美国是如何围绕国际空间站的运营，发展其商业航天的，以及 NASA 在推动货物和乘员运输商业化方面所走过的路。
1、商业航天前的天地往返运输系统
国际空间站（ISS）的天地往返运输系统，包括俄罗斯和美国的能力，日本等国家也曾试图建立相应的能力，但未能实现。
俄罗斯主要通过隶属于俄联邦航天局（Roscosmos）的联盟（Soyuz）号载人飞船和进步（Progress）号货运飞船。
俄罗斯联盟MS-16载人飞船
俄罗斯进步MS-11货运飞船
这些飞船在美国航天飞机退役后的一段时间里，成为了支撑空间站不间断运行的唯一载具。其中进步号货运飞船也是目前唯一可以为国际空间站提供轨道维持的飞船。
美国在建立商业天地往返系统前，通过航天飞机实现空间站往返。航天飞机高昂的运维成本，特别是1986 年挑战者号（Challenger）和 2003 年哥伦比亚号（Columbia）的 2 起灾难，最终导致其于2011年退役。
2011年5月23日，由俄罗斯联盟飞船拍摄的对接国际空间站的美国奋进号（Endeavour）航天飞机
2、美国商业货运天地往返运输系统的发展
美国最早的商业航天相关的政策可以追溯到1984年，当年美国国会通过了《1984商业太空发射法案（the Commercial Space Launch Act of 1984）》，该法案主要面向近地轨道航天应用，指定美国航空航天局（NASA）推进商业太空飞行这一选项。
1986 年和 2003 年的 2 起航天飞机灾难，加快了美国发展商业航天实现国际空间站天地往返运输的进程。
① COTS
2006年初，NASA宣布开始商业轨道运输服务（Commercial Orbital Transportation Service, COTS）计划。2013年9月，参与该计划的太空探索技术（SpaceX）和轨道科学（Orbital Sciences Corporation）两家公司成功完成了全部货物演示验证飞行。
NASA在整个 COTS 计划中仅花费了 8 亿美元，就分别完成了 2 家公司中运力运载火箭和货运飞船的开发。与此形成鲜明对比的是采用成本加成（cost-plus ）合同研制的猎户座（Orion）飞船的研制费用达到了惊人的120亿美元。
② CRS-1
2008年底，在COTS计划基础上，NASA 启动第1阶段商业补给服务（Commercial Resupply Services, CRS-1）计划，将首轮货运合同授予参加 COTS 计划的2家公司。
其中，12次飞行授予 SpaceX 货运龙（cargo Dragon）飞船，该飞船由猎鹰9（Falcon 9）火箭发射，合同额160亿美元；
2016年4月8日执行国际空间站货运任务的 CRS-8 龙飞船
8次飞行授予当时的轨道科学公司（该公司后变更为轨道ATK公司，隶属于诺格公司 Northrop Grumman）天鹅座（Sygnus）飞船，该飞船由星宿二（Antares）火箭发射，合同额190亿美元。
增强尺寸的天鹅座飞船执行国际空间站货运任务
SpaceX 和轨道科学公司先后于 2012 年和 2014 年，通过 SpaceX CRS-1 和 CRS Orb-1 任务分别执行了其第 1 次补给任务。
2015年，NASA 将 SpaceX 和轨道ATK（Orbital ATK，原轨道科学公司）公司的 CRS-1 任务扩展到 20 次和 12 次。
③ CRS-2
商业补给服务第 2 阶段合同（CRS-2）于2014年开始启动工业方竞标。NASA 在 2016 年 1 月将其授予了3家公司。
轨道ATK公司的天鹅座飞船，14次任务
SpaceX 公司的龙2飞船，15次任务
内华达山脉（Sierra Nevada）的追梦者（Dream Chaser）空天飞机，6次任务
追梦者（Dream Chaser）空天飞机，尚未进行过轨道飞行
CRS-2 从2019年开始执行货物运输飞行，预计将持续到2026年，3家公司的合同总额累计将不超过140亿美元。
目前，执行 CRS-2 任务的 SpaceX 的货运龙和猎鹰9号正常运行。
轨道ATK公司（隶属于诺格）由于星宿二火箭一级采用俄罗斯发动机，因俄乌战争造成的断供，正在基于萤火虫航天（Firefly Aerospace）的发动机进行一级火箭的再设计。除了今年7月的一次最后一次基于俄罗斯发动机的发射外，将通过购买 SpaceX 猎鹰9火箭的发射服务完成 2023-24年的3次发射任务。
内华达山脉的追梦者（Dream Chaser）空天飞机尚未进行其首次飞行，预计将在不早于2023年进行该飞行器的首次验证飞行（CRS SNC-1）。追梦者将通过联合发射联盟（ULA）正在研制中的火神（Vulcan）火箭的第 2 次飞行发射升空，该火箭的首飞预计将在今年7月进行。
3、美国商业载人天地往返运输系统的发展
从2011年航天飞机（Sapce Shuttle）退役到2020年 SpaceX 公司载人龙飞船（Crew Dragon）首次执行商业载人计划（Commercial Crew Program, CCP）任务，NASA 依靠俄罗斯联盟号（Soyuz）飞船将宇航员运送到国际空间站，每个座位平均价格超过8,000万美元。
紧随商业轨道运输服务（COTS），NASA 启动了商业乘员开发（Commercial Crew Development, CCDev）计划，该计划目标是开发美国自己的国际空间站宇航员商业发射能力。
① CCDev 1
2010年，NASA 实施商业乘员发展阶段1 (CCDev 1)任务，累计授予5家美国公司5,000万美元，用于发展载人航天概念和技术。这5家公司包括：蓝源（Blue Origin）、波音、完美太空发展公司（Paragon Space Development Corporation）、内华达山脉、联合发射联盟（ULA）。
② CCDev 2
2011年4月，NASA 启动商业乘员发展阶段2 (CCDev 2)任务，授予4家公司2.7亿美元，用于开发可搭载宇航员的美国运载工具。包括授予蓝源 2,200万，用于相关技术开发；内华达山脉 8,000万，开发追梦者空天飞机；SpaceX 7,500万，开发龙2飞船集成发射逃逸系统；波音9,230万，追加CST-100星际线飞船开发费用。
③ CCiCap (CCDev 3)
商业乘员综合能力(Commercial Crew integrated Capability, CCiCap)计划最初被称为 CCDev 3。在这一阶段的计划中，NASA要求提案是完整的、端到端的操作概念，包括航天器、运载火箭、发射服务、地面和任务操作以及回收。
2012年8月3日，NASA选择了3组建议方案：
内华达山脉 2.125亿，追梦者空天飞机和阿特拉斯5火箭组合；
SpaceX 4.4亿，龙2飞船与猎鹰9组合；
波音 4.6亿，CST-100星际线飞船与阿特拉斯5组合。
④ CPC phase 1
认证产品合同(Certification Products Contract, CPC)1阶段涉及开发具有工程标准、测试和分析的认证计划。
2012年12月10日，NASA 公布获得项目1阶段授权的名单：内华达山脉 1,000万；SpaceX 960万；波音 990万美元。
⑤ CCtCap （CPC phase 2）
商业载人运输能力（The Commercial Crew Transportation Capability, CCtCap）为CPC的第2阶段，包括最终开发、测试和验证，以允许载人演示飞行并对接国际空间站。
NASA 于2013年7月19日发布了CCtCap合同草案的征求建议书。2014年9月16日，该机构宣布，波音和 SpaceX 获得向国际空间站提供载人发射服务合同，金额分别为 42 亿和 26 亿美元。
2019年11月，NASA首次发布了每座位的成本估算：SpaceX 的载人龙为5,500万美元，波音的星际线飞船为9,000万美元。波音公司还获得了超出固定价格合同之外2.872亿美元的额外补偿。通过调整波音星际线飞船，通过在其乘员舱内装载额外货物，将其每个座位的成本价调整为约7,000万美元，这仍然高于载人龙在加入第5名乘员前的价格。
2019年，SpaceX和波音分别进行了一次无人轨道测试飞行。
无人载人龙飞船对接国际空间站
2022年5月20日执行OFT-2任务的波音星际线载人飞船迫近国际空间站
2020年11月16日，SpaceX 载人龙飞船由猎鹰9号火箭发射升空，进行了其首次正式载人飞行任务（Crew-1），在此之前该公司成功进行了载有2名乘员的Demo-2验证飞行。目前，执行Crew-6任务的“奋进号（Endeavour）”载人龙飞船正对接国际空间站。
波音星际线飞船，由于软件设计等等原因问题频出，预计将在今年7月才进行其首次载人试验飞行（Starliner CFT），在这一次成功试飞后，星际线飞船有望正式纳入 NASA 载人航天运输系统序列。
2022年9月，NASA 基于 CCtCap 向 SpaceX 再一次购买了 5 次空间站运输服务，其费用为 14.36亿美元，预计整个任务可贯穿至国际空间站退役。通过 CCtCap SpaceX公司累计获得 NASA 的合同额超过 49 亿美元。
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