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。