隨著國際空間站于2030年接近其使用壽命終點，美國國家航空航天局(NASA)計劃過渡到新的近地軌道(LEO)商業(yè)空間站，以繼續(xù)利用其獨特的微重力環(huán)境和研究優(yōu)勢。NASA正在采用分階段的方式來支持商業(yè)擁有和運營的近地軌道空間站的設(shè)計、開發(fā)和演示，NASA和其他客戶可以從這些空間站購買服務(wù)，并刺激微重力市場商業(yè)活動的增長。

PART 01

NASA商業(yè)空間站分階段計劃

美國國家航空航天局(NASA)計劃通過其商業(yè)近地軌道開發(fā)計劃(CLD)，用商業(yè)建造的空間站取代國際空間站。

第一階段

在第一階段，美國國家航空航天局(NASA)正通過資助協(xié)議和非資助協(xié)議，支持多個商業(yè)空間站及其他商業(yè)能力的研發(fā)工作。

2020年，NASA授予Axiom Space一份合同，要求其提供至少一個可居住的商業(yè)艙段，該艙段將連接到國際空間站。

已完工的Axiom Space空間站的渲染圖，其中包括有效載荷動力熱控艙、1號居住艙、氣閘艙、2號居住艙以及科研制造設(shè)施

2021年，NASA與藍(lán)色起源、諾斯羅普·格魯曼公司及Starlab公司簽署《太空法案協(xié)議》，共同推進(jìn)商業(yè)空間站設(shè)計方案。諾斯羅普·格魯曼公司隨后退出該協(xié)議，轉(zhuǎn)而加入支持Starlab Space的項目。藍(lán)色起源與Starlab Space正致力于開發(fā)可直接進(jìn)入近地軌道的商業(yè)空間站?！短辗ò竻f(xié)議》旨在通過NASA提供技術(shù)專長、評估、經(jīng)驗教訓(xùn)、技術(shù)和數(shù)據(jù)，推動商業(yè)航天相關(guān)事業(yè)的發(fā)展。NASA為商業(yè)實體提供技術(shù)和資金援助，支持其開發(fā)并完善執(zhí)行任務(wù)的解決方案。

2023年，NASA通過第二輪“商業(yè)航天能力合作計劃”選定藍(lán)色起源、諾斯羅普·格魯曼、Sierra Space、SpaceX、Special Aerospace Services、ThinkOrbital及Vast七家企業(yè)建立合作關(guān)系，共同推動商業(yè)航天事業(yè)發(fā)展。這種結(jié)構(gòu)化的NASA專業(yè)知識共享模式，在消耗極少政府資源的同時，有效培育了對構(gòu)建強(qiáng)大低軌經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要的能力發(fā)展。

第二階段

在第二階段，NASA計劃通過多項資助的《太空法案協(xié)議》，支持行業(yè)對商業(yè)空間站的設(shè)計與驗證。NASA計劃于2026年初授予多份第二階段資助的《太空法案協(xié)議》。

通過全面公開競爭選定的第二階段資助協(xié)議將包含三年基礎(chǔ)期，可選里程碑最長可達(dá)五年，并按完成里程碑支付款項。里程碑至少包括關(guān)鍵設(shè)計審查準(zhǔn)備就緒及進(jìn)行至少30天、四人乘員的在軌演示。

第三階段

PART 03

NASA針對商業(yè)空間站的戰(zhàn)略將第三階段達(dá)到頂峰，該階段將采用基于《聯(lián)邦采購條例》的合同，通過充分公開的競爭采購空間站服務(wù)。此最終階段還將提供正式的設(shè)計驗收與認(rèn)證，確保滿足NASA的安全要求。第三階段的更多細(xì)節(jié)仍在制定中。

商業(yè)近地軌道(LEO)開發(fā)(CLD)項目各階段時間線

PART 02

Vast公司Haven-1單模塊空間站

總部位于加利福尼亞州的Vast公司計劃于2026年5月發(fā)射世界上第一個商業(yè)空間站——Haven-1。Haven-1采用單模塊設(shè)計，作為簡單的概念驗證，旨在軌道上運行三年，以支持由四名宇航員組成的乘組執(zhí)行四次為期兩周的任務(wù)。Haven-1配備科學(xué)實驗室，能夠支持微重力研究和半導(dǎo)體等技術(shù)的制造。Haven-1可供私人和政府任務(wù)使用。

Haven-1渲染圖

Haven-1的直徑為4.4米，居住空間為45立方米，約為國際空間站(ISS)的八分之一。它將由SpaceX的獵鷹9號火箭發(fā)射入軌，首批宇航員將在空間站入軌幾個月后乘坐SpaceX的載人龍飛船前往。Haven-1內(nèi)部設(shè)計包括一個1.2米的穹頂窗、一張可展開的公共餐桌、每個船員的私人睡眠空間以及由星鏈提供的高速互聯(lián)網(wǎng)連接。

Haven-1內(nèi)部空間

Vast公司投資建設(shè)了自己的設(shè)施，不僅能夠生產(chǎn)Haven-1模塊，還能每年生產(chǎn)兩個更大的Haven-2模塊——Haven-2是國際空間站的潛在繼任者，Vast目前正處于規(guī)劃的早期階段。2025年Vast公司完成了Haven-1驗證版的建造——該版本并非用于飛行，僅用于地面測試——并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了加壓和發(fā)射受力等方面的測試。Haven-2的規(guī)模將遠(yuǎn)大于Haven-1，采用模塊化組裝。如果Haven-2計劃在2026年NASA商業(yè)近地軌道開發(fā)計劃第二階段獲得批準(zhǔn)，其首個模塊預(yù)計將于2028年由SpaceX星艦發(fā)射升空。

PART 03

Nanoracks公司Starlab空間站

2025年夏，Nanoracks公司的商業(yè)空間站“星際實驗室”(Starlab)完成了其空間站架構(gòu)和系統(tǒng)的初步設(shè)計及安全審查，接下來將啟動詳細(xì)設(shè)計和硬件開發(fā)，以及關(guān)鍵設(shè)計評審。

Starlab概念圖

Starlab空間站由一個直徑和高度均約為8米的大型鋼制外殼模塊組成，包括一個服務(wù)艙和一個居住艙。該空間站設(shè)計可容納4人，也可臨時容納8人，容積為340立方米?？臻g站還配備60千瓦的動力推進(jìn)裝置、用于貨物和外部有效載荷服務(wù)的大型機(jī)械臂。Starlab的核心是空客LOOP多用途軌道艙。該設(shè)計采用多層結(jié)構(gòu)，通過中央隧道連接，隧道周圍環(huán)繞著溫室，為宇航員提供充足的空間進(jìn)行科學(xué)研究、鍛煉和休閑活動。Starlab也已開始建造一個全尺寸、高保真度的空間站模型。該模型將安置在NASA約翰遜航天中心的航天器模型設(shè)施內(nèi)，用于人機(jī)交互測試。

LOOP多用途軌道艙

Starlab的一個關(guān)鍵設(shè)計特點是它能夠通過超重型運載火箭的一次飛行，以完全體形式進(jìn)入軌道：SpaceX星艦已被選中執(zhí)行其發(fā)射任務(wù)。這樣一來，Starlab空間站就可以在地面完成所有設(shè)備安裝，一旦進(jìn)入軌道，將在幾周內(nèi)投入運行。

此外，Starlab還完成了對系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)、采購計劃以及諾斯羅普·格魯曼公司天鵝座飛船對接系統(tǒng)設(shè)計的審查。2023年，諾斯羅普·格魯曼公司與Starlab合作，為商業(yè)空間站提供貨物物流服務(wù)和工程咨詢。

PART 04

Axiom Space公司

Axiom Station模塊化空間站

Axiom Space公司設(shè)計的Axiom Station模塊化空間站計劃用于商業(yè)航天活動和太空旅游。

Axiom Station效果圖

2020年，NASA授予Axiom公司一份價值1.4億美元的合同，負(fù)責(zé)在2026年前將一個居住艙模塊(Hab-1)安裝到國際空間站上。該公司將Hab-1的結(jié)構(gòu)建造外包給了意大利的泰雷茲阿萊尼亞宇航公司。在建造接近尾聲、準(zhǔn)備運往休斯頓進(jìn)行內(nèi)部裝配之際，2024年底，Axiom Spac調(diào)整了其空間站部署計劃，計劃首先安裝有效載荷、電力和熱模塊(PPTM)。NASA提出變更要求是基于國際空間站的離軌時間安排、空間站需為SpaceX脫軌飛行器提供支持，以及希望最大限度挽救空間站設(shè)備和科研成果的考量。原計劃將Axiom的Hab-1艙段與SpaceX的脫軌飛行器同時對接至同一端口(前端口)，這將導(dǎo)致需要耗費大量時間和成本更換適配器以兼容兩艘航天器。PPTM將使用ISS的其他對接端口(節(jié)點1或節(jié)點2的底部端口)，使該模塊能與脫軌飛行器共存，并簡化運行路線。NASA及其他ISS合作伙伴將利用PPTM在脫軌前轉(zhuǎn)移昂貴的研究設(shè)備。相比Hab-1，PPTM將為ISS設(shè)備提供更大的存儲容量,這將有助于保護(hù)硬件，并允許繼續(xù)在國際空間站上進(jìn)行研究和實驗。PPTM預(yù)計最早于2027年完成集成并發(fā)射，它將成為國際空間站退役前唯一獲準(zhǔn)對接的商業(yè)模塊。

Axiom Station部署路線圖

Axiom空間站的下一模塊Hab-1最早于2028年發(fā)射。Hab-1發(fā)射升空并與PPTM對接后將形成一個商業(yè)空間站，可以獨立于國際空間站進(jìn)行作業(yè)。最終，其他模塊將連接到Axiom Station：一個氣閘模塊(AL)、另一個居住模塊(Hab-2)和一個研究與制造模塊(RMF)。

PART 05

藍(lán)色起源公司和Sierra Space公司

Orbital Reef空間站

2021年10月25日，藍(lán)色起源公司宣布將與Sierra Space公司合作，建造一個名為“軌道礁”(Orbital Reef)的“多功能太空商業(yè)園區(qū)”，旨在開拓多個太空新市場，為科研、工業(yè)、國際和商業(yè)客戶提供具有成本競爭力的端到端服務(wù)，包括太空運輸和物流、太空居住、設(shè)備安置以及包括宇航員在內(nèi)的各項運營。

Orbital Reef效果圖

Orbital Reef空間站在初期階段可同時容納十人，居住空間為830立方米。Orbital Reef最重要的組成部分是由Sierra Space公司提供的大型集成柔性環(huán)境(LIFE)充氣模塊，實驗室、廚房、花園和睡眠區(qū)都將設(shè)于其中。Orbital Reef距離完工還很遙遠(yuǎn)，最樂觀的估計也認(rèn)為它要到2027年才能發(fā)射。2025年4月，NASA使用由藍(lán)色起源公司組裝的每一層的獨立模型，進(jìn)行了人機(jī)交互測試。Orbital Reef空間站的進(jìn)度落后于其他競爭項目并不令人意外，因為其兩家母公司都忙于其他項目。Sierra Space一直在忙于其首架追夢者(Dream Chaser)航天飛機(jī)“堅韌號”(Tenacity)的研發(fā)。與此同時，藍(lán)色起源終于在2025年1月將其首枚新格倫(New Glenn)火箭送入軌道，并在推進(jìn)后續(xù)幾枚運載火箭發(fā)射計劃的同時，也在為其首艘“藍(lán)月號”(Blue Moon)月球著陸器做準(zhǔn)備。新格倫火箭將用于發(fā)射Orbital Reef的大型核心艙段。

Orbital Reef模塊介紹

PART 06

現(xiàn)狀總結(jié)及預(yù)期

盡管Vast的迅猛發(fā)展勢頭可能使其Haven-1成為美國首個商業(yè)空間站，但該公司在第二階段的競爭中仍有長路要走。不過，搶占先機(jī)或能幫助Vast在這個尚未定型的研究市場中確立立足點，甚至連空間站有限的實驗艙位都可能因國際空間站過度飽和的需求溢出而供不應(yīng)求。若Haven-2在2028年的部署計劃切實可行，Vast在NASA眼中或?qū)@得與Axiom平分秋色的地位。

從技術(shù)層面看，Axiom目前顯然處于領(lǐng)先地位，其用于接替國際空間站的飛行硬件已進(jìn)入集成階段。憑借多次私人航天任務(wù)積累的載人航天運營經(jīng)驗，該公司在第二階段競爭中占據(jù)優(yōu)勢，乍看似乎是穩(wěn)妥的選擇。但《福布斯》等媒體過去一年的報道揭示了其財務(wù)困境——該公司曾數(shù)次為任務(wù)資金籌措而掙扎。Axiom空間站或許技術(shù)最成熟，但其顯然不穩(wěn)定的財務(wù)狀況，讓人質(zhì)疑其獨立運營整座空間站的能力。

相比之下，Starlab已獲得國際供應(yīng)商的飛行預(yù)訂，成功爭取這些用戶可能成為第二階段評審的關(guān)鍵優(yōu)勢，且Starlab的技術(shù)成熟度正快速追趕同行。若能持續(xù)達(dá)成設(shè)計里程碑，它將為NASA提供堅實可靠的選擇——更重要的是，這個選擇無需經(jīng)歷長達(dá)數(shù)年的在軌組裝過程。

Orbital Reef項目因進(jìn)展遲緩已明顯落后。雖然沒有證據(jù)表明其技術(shù)層面存在困難，但相較于競爭對手表現(xiàn)出的緊迫感缺失，可能在NASA進(jìn)行第二階段資金分配時使其陷入重大劣勢。

在國際空間站退役之前，美國將無法準(zhǔn)備好具備完整能力的直接“繼任者”。與此同時，我國的天宮空間站已全面運行并積極尋求國際合作，影響力日益增強(qiáng)。

隨著馬斯克和此前被提名的NASA局長人選艾薩克曼均已失寵于特朗普，在持續(xù)的不確定性困擾NASA的情況下，國際空間站的退役計劃將如何推進(jìn)實難預(yù)料。若沒有NASA穩(wěn)定的投資與支持，這些商業(yè)公司中恐怕沒有一家能獨立維持其空間站的運營?？梢悦鞔_的是，NASA下一代軌道實驗室的選拔，不僅取決于設(shè)計者的技術(shù)水平，同樣受制于政治環(huán)境。

主要參考資料

[1] Commercial Space Stations——NASA

[2] Where are America’s Commercial Space Stations in 2025?

[3] The world’s first commercial space station is getting closer to launch

[4] NASA Sees Key Progress on Starlab Commercial Space Station

[5] Axiom Space gets ready for its commercial space station

>End

本文轉(zhuǎn)載自“高端裝備科技信息研究中心”，原標(biāo)題《美國商業(yè)空間站計劃進(jìn)展及發(fā)展預(yù)期》。

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