美国老航天创业，想造下一代航天飞机

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来源丨创业邦（ID：ichuangyebang）
作者丨临风
编辑丨海腰
图源丨摄图网


Sierra Space成立于2021年4月，是知名航空航天承包商Sierra Nevada Corporation的子公司，由其航空部门分拆而来，关注SAML“太空接入、移动和物流”服务市场。
他们有太空旅游、火箭快递、太空物流、太空居住舱等相关产品，这些概念听来非常遥远，远到不切实际。

图源：Sierra Space

而Sierra Space，这家商业公司在与NASA（美国国家航空航天局）的合作中，逐步将概念变成现实。
最为大众所熟知的，是它名为“追梦者（Dream Chaser）”的太空飞机，计划在2024年底首飞前往ISS，承担太空货物运输，首架“追梦者”已在5月运抵肯尼迪航天中心。

图源：Sierra Space

不仅于此，贝索斯的蓝色起源、波音及Sierra Space宣布将在2030年建成“Orbital Reef”商业空间站，刚好赶上国际空间站ISS的预计退役时间前后。在今年1月，其充气太空舱LIFE通过了77psi的“极限爆炸测试”，这意味着它已符合NASA推荐的安全标准。
最近，Sierra Space正在研究返回物流航天器Ghost，专为小型有效载荷从太空安全返回设计，如今已通过3项高空跌落测试，将再进入高超音速测试。
Northrop Grumman的31年老员工、前航空航天系统部门总裁Tom Vice担任该公司CEO，在他的设想里，Sierra Space正在全力搭建一个太空平台，将太空运输、空间站和太空应用整合至统一生态中。
Sierra Space最新一笔融资发生在2023年9月，金额2.9亿美元，领投方是日本贸易公司Kanematsu Corporation、日本最大银行MUFG Bank、日本保险公司Tokio Marine Nichido，这些公司都参加了日本的宇宙航空研究开发机构研究。截至本轮融资，Sierra Space融资总额近17亿美元，估值53亿美元，此外，它还有价值34亿美元的有效合同。
7月12日，Sierra Space宣布，将加速探索日本大分太空港，将其作为“追梦者”在亚洲的潜在着陆点。
在准备太空飞机首飞的同时，Sierra Space还在扩展卫星产品线Eclipse。今年4月，Tom Vice在接受日媒采访时表示，Sierra Space资金充足，将考虑在未来12-18月内上市。
而在6月，ULA（美国联合发射联盟）首席执行官Tony Bruno宣布，因准备工作出现延误，Dream Chaser将不会在今年首次发射。加上这一次，首飞计划已推迟3次。如果太空飞机首飞是Sierra Space上市股票动力的催化剂，那么延迟发射也许对此有所影响。

一个部门转出来的独角兽

土耳其移民出身的亿万富翁奥兹曼夫妇Eren Ozmen、Fatih Ozmen在1963年创立Sierra Nevada Corporation（以下简称“SNC”），将其打造为航空航天和国防承包商。
SNC此前已经参与了数百次太空探索任务，是NASA的HLS（载人着陆系统）计划团队的一部分，SNC战略空间系统副总Steve Lindsey简单概括：“我们深度参与了NASA几乎所有探索工作。”
在2010年4月，《国家航天政策》中，美国明确公布，未来将由商业航天公司提供近地轨道载人和货物运输服务。在STS-135“亚特兰提斯号”2011年结束服役后，美国的载人航天空间站飞行任务转向全面的商业采购。
太空产品Dream Chaser是他们据合同研发的飞行器，也是SNC的明星产品。
Dream Chaser基于HL-20航天飞机改进，该计划至今已持续超10年之久，它的开发受NASA批准以及AFRL的大量资金和技术支持，是为NASA商业载人航天计划开发的升力体设计。
但SNC并未成为NASA的载人计划首选。2013年，Dream Chaser在加州飞行着陆测试中起落架出现故障。据Spacenews，2014年，SNC在飞行器开发和执行ISS首次载人飞行的合同竞标中败给波音（“星际客机”CST-100）和SpaceX（Dragon2）。
后来，SNC才在2016年获得NASA商业补给服务CRS-2合同，成为国际空间站运输物资的三家公司之一，另外两家是SpaceX、Orbital Sciences Corp。据合同，到2020年代中期，Dream Chaser将执行至少7次前往ISS的无人货运飞行。
据官网介绍，在2017年时，团队进行了一次关键试飞测试Dream Chaser的硬件，在加州沙漠上空下降时自动展开起落架，成功降落在NASA阿姆斯特朗飞行研究中心的跑道上。
Dream Chaser也被优化用于货运而非载人，按计划造出第一艘Dream Chaser航天飞机。除了它本身可携带4080磅补给，它身后拖着的“流星号”（Shooting Star）货运模块可携带额外11000磅货物。

图源：CNBC，Dream Chaser2020年8月的气动外壳

对于飞行器的价格，Lindsey表示将降低成本，希望更接近SpaceX（Dragon载人舱约5500万美元/人）。
而且他们从未放弃过载人目标。据称，他们仍在和NASA签订合同合作，通过一项无资金支持的《太空法案协议》（SAA）进行，并发推表示他们的载人航天飞机的研制工作仍在继续。

图源：Twitter

另一方面，SNC多年来一直与NASA签合同开发充气居住舱，用于当做太空生活和工作的基础设施。与他们合作过的Bigelow在做类似业务BEAM模块，只不过当时，Bigelow成功发射了2各个较小的充气模块，而在倒闭之前都没能发射全尺寸居住舱。
SNC在2020年7月还从五角大楼的国防创新部得到一项合同，是打造“流星号”货物板块的轨道前哨站。
空间站、物流、太空飞机，一套合同谈下来，SNC在2020年底看到商业低地球轨道经济的前景，大力投资太空系统部门。那两年，贝索斯、马斯克、布兰森等亿万富翁都往太空领域加注筹码，去开拓人类的世外之地。2021年4月，SNC的航空部门独立出来，成立了Sierra Space。
“我们的太空业务是增长战略的一个独特案例，”奥兹曼在内邮里写道，“为了实现更大的影响，我们将太空业务转型为独立的商业太空公司。”
他们的目标是造出近地轨道的航天飞机、商业空间站和系列环境系统基础设施。Sierra Space并非普通的初创公司，它在成立之初就承接了SNC的成熟业务及产品，并手握来自NASA、五角大楼的有效合同，自然会吸引大批投资者。
Sierra Space在成立第一年完成一笔14亿美元巨额融资，资方是General Atlantic、Coatue Management、Moore Strategic Ventures、BlackRock等，融后估值45亿美元成为独角兽。

新型的太空物流

在资金充沛的情况下，Sierra Space自然接手了SNC此前的太空飞机和充气居住舱等项目。
Sierra Space在2021年11月考虑推出第三版Dream Chaser，专门用于国家安全任务。据资料，当前载物版DC101名为Tenacity，已经建造完成，DC102名为Reverence，还在修建中，并有载人版DC201已经正在研究双尾固定翼设计。
“我们用情感特征来命名我们的产品，Tenacity（坚韧）能帮人们渡过难关，建立Tenacity也是一件相当不易的事。”Tom Vice在今年2月展示时，解释了Tenacity一语双关。
2022年，美国神秘的太空飞机X-37B顺利飞回，在轨运行908天再次刷新记录，可循环利用的太空飞机成为热门话题。
当时，Sierra Space接管测试的产品Dream Chaser也是可回收复用航天器，可回收复用15次，货物舱为一次性舱段。Tenacity能与多种运载火箭兼容，发射期间它是装在火箭内部的，可以收纳配置在5米有效载荷的整流罩里，减少上升负荷，保护航天器免受碎片影响，方便重复使用。

图源：YouTube，Tenacity配置在整流罩中的概念设计

不仅如此，官网描述的Tenacity还有这样几个特点：
一是货运板块很能装。这得益于上述的货物模块Shooting Star“流星号”，一个15英尺的货运空间，对Tenacity来说是一个消耗品。它能向低地球轨道运输重达6吨的加压和非加压货物。“流星号”安装在航天器后部，既能提升货物载重，也能支持处理3250公斤的垃圾，还能在任务完成后存储关键废物，有效载荷则被重新装入飞行器中。
二是落地比较平稳。Tenacity长9米，是较小型的飞行器，约是航天飞机轨道飞行器总长度的四分之一。其加压容积是33立方米，在跑道上着陆时产生1.5G重力，非常轻柔，很适合运输易碎货物。
三是Tenacity是一类多任务飞行器。它可以通过飞行器配置、发射地点、目的地、着陆地点，持续时间和许多其他变量为国内和国际客户定制。
此外，据介绍，在隔热罩的设计上，Sierra Space采用了约2000个独特的隔热板设计，每块板大小、密度、厚度各不相同，相较航天飞机的设计更坚固，能满足所有微流星体轨道碎片要求。

图源：NSF

2023年9月，Sierra Space发布了Dream Chaser的概念视频，并在去年11月完成了首艘太空飞机的组装工作。按计划，Tenacity将飞向ISS，与整流罩分离后打开太阳能电池板和机翼，在途中完成试验任务，靠近空间站时被机械臂抓取对接。其中，“流星号”可以作为常规舱供航天员使用。Tenacity的飞行时间约为82天。
2019年，SNC宣布6次Dream Chaser的CRS-2任务飞行都将由ULA的Vulcan运载火箭送入轨道。
今年5月，Tenacity运抵肯尼迪航天中心梦工厂，将向轨道实验室发送7800磅货物。然而，他们发射计划始终在延期，Dream Chaser原计划在2021年底的首飞推迟了3次。据报道，ULA 宣布原定于2024年9月发射的计划将再次延期，计划的改变是由于美国太空部队给出的压力。
除了Dream Chaser，Sierra Space承接的还有充气居住舱项目，被称为LIFE模块，也就是大型综合灵活环境模块。2020年，SNC时期的LIFE模块还在进行模型测试，他们在和Biglow合作的过程中开发了将BEAM模块连接到国际空间站的机制。

图源：CNBC，2020年测试期间充气的太空居住舱

国际空间站（ISS）将在2030年退役，许多公司都在筹划研发私人太空站。
Ars technica报道指出，国际空间站虽然比任何商业空间站都大得多，但它的建造成本超过1000亿美元，每年运维和货物运输费用超30亿美元。商业空间站无疑将比国际空间站更简单、便宜。

图源：NASA，国际空间站

NASA与众多商业公司签署资助协议，共同研发空间站技术。如，Voyager Space联合空客、Northrop Grumman加持的Starlab计划，以及蓝色起源与Sierra space的Orbital Reef（轨道礁）空间站，和Axiom的空间站计划。
2024年初，NASA再次给Orbital Reef计划拨款4200万美元，使得总拨款数达到1.72亿美元。LIFE充气模块便是用于该项目的产品。

图源：YouTube，居住舱概念设计

Sierra Space做出LIFE模块的首款产品，直径27英寸（约8-9米），完全膨胀后舱体容积285m³，约为国际空间站可居住面积的1/3，可以容纳约4名宇航员。
LIFE在发射过程中可以装进5米的有效载荷整流罩里，进入轨道后膨胀。

图源：Sierra Space

也就是说，LIFE软体舱如果通过所有测试，发射到太空后可自动展开，形成3层公寓楼的生活空间，如果想达到目前国际空间站的体积，就发射3次这类的软体舱便足够。多个LIFE模块组合在一起，可以创建比国际空间站更大的领域。

图源：Sierra Space

此外，Sierra Space还在研发更大的LIFE模块，如LIFE5000的体积有5000m³，直径19米，可适应9m的整流罩。预计在未来2-3年，该公司将会为LIFE模块开发飞行硬件。
为应对太空环境极端温度变化和真空状态，LIFE进行极限爆破（UBP）压力测试。这个看似编织袋的大家伙在今年1月的测试中抗住了77磅/平方英寸（psi）的压力。据The Verge，这场测试是全尺寸测试，比NASA推荐的60.8psi更高，超出27%。

图源：The Verge

这次测试的重点是LIFE的压力外壳舱内约束层的性能，无论压力多大都要保持空间完好无损。这个“壳”由9层材料组成，约束层名为Vectran带（跟火星探测器材料相同），与宇航服制造商ILC Dover合作开发，这类织物在轨道上充气后比钢硬5倍，比铝硬10倍。

图源：YouTube

这项未来充气空间站计划也由NASA的《太空法案协议》（SAA）根据第二次商业空间能力合作（CCSC-2）进行。
另外，Sierra Space还是制作航天硬件的领先者，包括航天器、精密空间机制和航天器子系统。3月，有消息透露，曾在波音和洛克希德·马丁工作过的Erik Daehler担任Sierra Space的轨道系统和服务副总裁，他负责监督该公司的轨道飞行器技术从民用和商用转向军事化配置，以支持国防行动。
Sierra Space积压了价值13亿美元的国防相关订单。
据Space News消息，去年7月Sierra Space从空军测试中心获得2260万美元的合同在VR35K-A发动机的基础上继续研发，这是用作未来运载火箭上面级的发动机。今年1月，美国太空发展局宣布选定Sierra Space和洛克希德马丁、 L3Harris建造和运行54颗卫星，成为SDA卫星群第二阶段跟踪层的一部分。其中，Sierra Space的合同价值7.4亿美元。
Sierra Space设计的新型卫星瞄准的是美国太空2025年的预算，可用于围绕其他航天器进行精确交会和近距离操作，例如为卫星设施做加油或维护。
以及在今年4月，Sierra Space正在开发一类返回物流航天器Ghost，可用于太空运输货物并安全降落回地球，该公司的Axelerator团队大约花费90天完成了Ghost的原型机和测试活动。这个航天器的口号是“在90分钟之内实现全球有效载荷运送”，它最终的目标是做太空的物流，设计承载能力是250至700公斤。

图源：YouTube，Ghost测试，跟随直升机上升高度坠落

当前，形状类伞的Ghost已经在佛罗里达州完成了三次坠落测试，它的其中1个测试件从Sikorsky S-76直升机上4000英尺高空投下（配备降落伞），确保硬件在亚音速下稳定飞行，演示了控制下降和着陆距离。
换句话说，若在后期通过扩展到高超音速测试，未来该飞行器重返大气层时，在合适的高度释放翼伞，它能将有效载荷引导到所需区域的100米范围内。因为对较小的有效载荷特别有用，这一概念将能使偏远战场的士兵短时间内获得急需物资，或用于民用，在地球范围内送最快的“快递”。

图源：Sierra Space，Ghost伞状测试机

总的来看，Sierra Space已为太空物流设计和产出系列产品。Tom Vice表示，加上可重复使用的太空飞机和价格实惠的太空居住舱，Sierra Space正在大幅度节省在轨运行的成本。
“我们正在做开创性工作，为人类进一步探索太空打开大门。”

与商业航天合作“太空快递”

Sierra Space的Dream Chaser被称为航天飞机继任者，是能往返太空和地球的无人驾驶货车，除了NASA的空间站任务，还可能执行低地球轨道任务、科研任务和卫星维护等。
这其中，近地轨道的资源开发是未来的“宝藏”所在。《中国航天报》曾发文指出，近地轨道一直是人类开发强度最大和收获最多的空间资源，如我国，无论是礼炮系列、和平号、天空实验室、航天飞机、国际空间站和天空空间站等人类重大载人航天工程，还是遥感、气象类等卫星，都将近地轨道作为首选。
当前最大的国际空间站是由美国、俄罗斯等16国建造与共同使用的最大空间平台。茫茫太空中还有一个大空间站，我国的天宫空间站，已经在2022年底完成T字型建造，设计寿命约为10年，未来还将继续扩充空间。

图源：中国载人航天，天宫空间站

为抢占太空话语权，各大经济体都在筹谋或资助建造国际空间站的替代物。不少商业太空公司已经盯上空间站建设，其中就包括马斯克的星舰和贝索斯的Orbital Reef轨道礁等。其中，Sierra Space合作的Orbital Reef项目不同于硕大笨重的刚硬太空舱，每一件都便于运输且具备重量和空间的优势，假如测试成功，他们将快速降低空间站成本并加速其发展。从融资信息可以看出，日本已经在重金押注与Sierra Space的合作。

图源：Sierra Space，“追梦者”选择日本被动对接系统作为商业空间站设计

要建空间站，供应物资也十分必要。太空物流归类于在发射和卫星工业之外的新型基础设施中。据Space Capital，在2023年一季度，太空物流累计投资额仅次于空间站，达11亿美元。在其2024第一季度的报告中，持续投入空间站和LIFE的Sierra Space被列为第四大最有价值的基础设施公司。
中美极大可能引领太空领域物流的发展。如上述内容，NASA已与多家商业航天公司合作数十亿美元的合同，进行空间站架构、太空物流、加油和服务系统的合作。NASA提供访问权限和机组测试系统、工具与软件，商业公司负责关键技术的开发和部署。
而我国也有发展“太空快递”，且能做到小时达。我国太空物流主要由搭载长征系列运载火箭的天舟货运飞船来执行，其中天舟六号能搭载7.4吨物资，运输能力遥遥领先，天舟七号则是我国今年发射向太空的“新年大礼包”，载着5.6吨重的物资，入轨后采用3小时交会对接方案，又快又稳。
此外，在去年5月，中国载人航天工程办公室发布《关于征集空间站低成本货物运输系统总体方案的公告》，向全社会征集低成本货物运输方案。有人指出，方案是对天舟六号改造初衷的延伸和扩展，向市场化运营转型。而商业航天公司如星河动力、星际荣耀、蓝箭航天都有“太空快递”的业务或方案。

图源：中国载人航天

Lindsey曾指出，真正有趣的是，航天飞机的运载定价其实取决于火箭发射的价格，“这是近地轨道紧急腾飞的必要条件之一”。在SpaceX、维珍银河等公司的加入后，全球太空的发射价格成本已在持续降低。
花旗银行预测，在2040年的太空经济中，太空物流预计占太空经济总收入的20%以上。未来，抢先把持低成本太空运输的国家或公司将吃下真正红利。