SpaceX和波音如何保证NASA宇航员安全?

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在SpaceX公司猎鹰9号火箭飞往国际空间站途中解体后近一个月，CEO Elon Musk公布了是什么导致该载具摔机：一根只有两尺长、一寸粗的有缺陷的钢质支柱。这是在火箭液氧罐中支撑氦气压力阀的数千根支柱之一，它断掉时，释放出过多氦气，导致罐体——然后是火箭——爆裂。在太空飞行中即便是最小的疏忽也可能是灾难性的。

幸运的是，这台在劫难逃的载具上没有宇航员——只损失了盒饭、水、和货物。但是很快宇航员们就会坐在同一款火箭上。SpaceX和波音正在开发乘员运输模块，将接送美国宇航员来往国际空间站。这是NASA商业载人计划的一部分，其目的在于刺激私人航天部门，计划在2017开始。

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SpaceX在五月展示了它的发射台中止系统

每270次飞行，我们可能有一次要出事

这是航天局第一次将其宇航员的生命托付给私人公司。这是空间探索的一种新模式，用新的方法确保安全。NASA正以与航天飞机任务相似——如果不是更高——的标准要求这些私人公司。但在这些载具的研发过程中，航天局监管程度是最小化的。相反，SpaceX和波音必须满足几百个预定的安全要求，并证明一旦搭载宇航员的火箭解体，他们能让宇航员们存活。对于载具长什么样子或者如何工作，NASA则说不上什么话。

即使有着所有这些要求，NASA并不要求从SpaceX和波音有100%的可靠性。” 你能否分析性地表明，每一百次任务中有多少次将是安全的，并能使乘员安全返回地球？“NASA商业航天发展总监这样问道，“我们提出的指标是：每270次飞行，我们可能有一次要出事。”

更少的限制

NASA一直借助外部承包商设计和建造载具。航天飞机是由罗克韦尔国际建造，而洛克希德马丁制造了其外部燃料箱。而NASA的下一支大型火箭太空发射系统(SLS)，是由波音、Alliant Techsystems和洛克希德建造。

然而，这些项目和商业载人计划的主要区别是监管程度。NASA直接控制航天飞机的设计规范，发给承包商10,000至12,000条要求需要满足。NASA人员也深度驻扎于生产过程中，监督生产的每个级别，并在必要时下单变更。载具也许是外部承包商建造的，但NASA拥有最终产品。

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亚特兰蒂斯号航天飞机从弗罗里达升空

载具最终属于SpaceX和波音——而非NASA

对于用于商业载人计划的CST-100和龙式V2(现在叫载人龙式)太空舱，载具的几乎所有后勤都由这些公司负责；SpaceX和波音只要满足NASA商业载人合同中开列的280项设计要求。McAlister说这些要求不太死板，而且主要是围绕着安全和性能。合同要求有一个可靠的中止系统，和让船员手动覆盖飞行软件的方式——但并不指定这些系统该如何工作。

McAlister 说：“这为企业提供了很大的灵活性来以他们想要的方式设计自己的系统。在商业载人中，我们可以废弃较低级别需求，让企业自主创新，想出独特的解决方案。”这也让SpaceX和波音能按自己的节奏工作，因为他们不需要经常让NASA检查，以确保符合令人生畏的标准清单。

NASA的确也向这些公司派驻了几个机构联系人，他们与公司工程师们以任何所需方式合作。航天局也需要对公司设计的完全“洞察”。“如果有一个重要会议，或重要测试数据，我们有完全的访问。” McAlister说。但虽然有着重度整合和日常沟通，载具最终属于SpaceX和波音——而非NASA。

商业载人计划缺乏监督也有导致麻烦的时候。一月份，评估NASA的安全表现的航空安全咨询小组(ASAP)说NASA对于该计划的安全后勤并没有给他们足够的信息。NASA与ASAP的沟通此后已有改善，但该组织仍有一些担忧，该小组□□海军中将Joseph Dyer说：“我们对问题执行的信心在于领导者的素质。”只要几个关键人员，包括NASA主管载人探索的副局长Bill Gerstenmaier在参与该计划，Dyer对安全就有信心。但他认为，他必须信任个性和声誉，而不是明确透明的数据记录，是令人警惕的。

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波音正在研发CST-100将宇航员送往太空

中止和冗余

商业载人计划要求公司满足某些里程碑，就像学生需要通过某些标准化考试。如何通过则由各公司自行决定。

对于SpaceX和波音，这意味着做出冗余；例如，该公司在其载具中放进三个不同的计算机系统，以防前两个计算机在任务中失效。而即使三个全都下线了，宇航员还有后备控制。

但保证乘员安全的主要系统是太空舱的中止过程。正如六月份我们从SpaceX了解到的，一支小铁棍就能在发射时弄砸一台500多吨的火箭。NASA想知道，如果像这样的事情再次发生，宇航员可以安全逃逸。

为保证这点，SpaceX将集成一个飞行中止系统。嵌入在载人龙式舱壁里的超级德拉科小型引擎能在载具抵达太空前把太空舱带离即将失效的火箭。然后，载人龙式的降落伞弹出把太空舱降落回地面。“不像以前的发射塔中止系统，它在直抵太空的一路上都为宇航员提供逃逸能力，”SpaceX发言人Phil Larson说。

波音表示它有一个类似的飞行中逃生系统。如果飞船即将失效，波音的系统自动检测到故障，一台Rocketdyne RS-88引擎能把太空舱推动到安全处，然后放出降落伞，波音载人和任务运营总监Chris Ferguson说，直到主引擎关断，飞行中终止可以在任何时候启动。

对于发射开始前的麻烦也有计划。这些系统称为发射台中止，一旦火箭发动机故障，能携带乘员远离发射台。用于飞行中逃生系统的相同引擎将携带太空舱抵达安全处。

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虽然这些安全系统是相似的，但他们不会接受相同的测试。SpaceX已经在五月展示了它的发射台中止系统；它计划在2016年测试飞行中逃逸系统。另一方面，波音直到2017年2月都不能测试其发射台中止系统，公司也没有公布在其太空舱首次载人飞行前测试飞行中终止系统的任何计划。NASA说这是因为波音更依赖于计算机建模。而SpaceX公司能够做更多的物理试验，则是因为该公司已经获得了载人龙式的类似版本。

这种毛骨耸然的计算被称为“概率风险评估”

NASA预计将会有死亡。与波音和SpaceX的合同指定太空舱在99.6%的国际空间站任务中保持乘员安全。这意味着NASA认为，每270次任务就会有一次灾难□□故。

这种毛骨耸然的计算被称为“概率风险评估”，或PRA。它用来评估与复杂技术相关的风险，意味着预测三件大事：所有可能的系统故障、有多大可能发生故障，以及最终，它们的后果——其中包括，没错，死亡。要做出一个PRA，公司要考虑以往的故障率、载具可靠性、飞行范围，以及其他数据点。“这有点像如果把飞行实际飞上许多次，模拟会是什么样的体验。” NASA的McAlister说。

PRA很有争议。例如，它们不考虑人为错误。专家们说，它当然不可能考虑到每一个可能的灾难性场景。但他们是用于确定一台载具优势和劣势的有用工具。

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公司必须证明他们的太空舱将在99.6%的国际空间站任务中保持乘员安全。

但即使有这些限制，商业太空飞行的PRA还是比前辈更好。航天飞机有1/80的机会损失乘员——所以新太空舱理论上更安全三倍。哥伦比亚号和挑战者号灾难的幽灵笼罩着安全系统；这是新的中止能力为什么会存在的部分原因。这也是为什么太空舱更小了——这使它在太空中更容易避开轨道碎片，Ferguson说。

“我们绝不能无视我们在航天飞机上失去了15条人命的事实，尽管这是一个伟大的科技成就，我不会说它是一个纯粹的成功。” Ferguson说。

虽然很容易将商业载人计划与航天飞机计划进行比较，但这还为时过早。SpaceX公司将在2016年进行龙式太空舱的无人试验，波音公司则将在2017年四月测试其CST-100。载人飞行将安排在2017年——虽然NASA局长Charles Bolden说，如果国会不给航天局这个项目所需的拨款，第一次飞行有可能延迟。但即使第一次飞行成功也不足以告诉我们这个项目是否成功。毕竟，我们期待的是可靠性，而这需要不止一次，而是许多次发射。

当然，真正的考验是当这些发射中的某一次失败的时候。那时我们会发现这些安全系统到底有多好用。

本文译自 BBC Future，由 王丢兜 编辑发布。