作者：北京海鹰科技情报研究所
出版社：机械工业出版社
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钢铁侠的空间梦想：太空探索技术公司创新发展之路试读：
序言
航天，这一“高精尖”技术自诞生以来就被打上了“非卖品”的标记。且不说其复杂的技术攻关工作，仅是美国、俄罗斯（苏联）、中国等国家数年来发展航天技术所花费的巨额经费就足以令所有公司和个人望而生畏。这一先入为主的观点在全人类的大脑中一驻便是几十年。
1971年6月28日是一个平淡无奇的日子，24小时内，地球上诞生了无数新生儿。然而谁能想到，40年后的今天，他们中的一人却为航天工业的商业化发展画上了重重一笔，让“航天”放下了身段，向全世界展示了一个十分“亲民”的价格，这个人便是埃隆·马斯克。在一篇名为“为什么美国能击败中国——SpaceX公司成本的事实”的文章中，马斯克自豪地宣称：“SpaceX公司已能在国际商业发射市场的价格竞争中击败中国，对此前外界对公司能否成功及其发射成本和发射价格的种种怀疑给予了有力的回击。”在其不懈努力下，商业化的航天发射成为可能。
究竟是什么使埃隆·马斯克仅用40年时间就成长为一个商业传奇？又究竟是什么使SpaceX公司得以快速发展？本书将从“天时”、“地利”与“人和”等角度对埃隆·马斯克本人及其SpaceX公司的成功一探究竟。如果你希望了解美国航天的大环境，即所谓“天时”，你会在本书的前两章中找到感兴趣的内容；若你对SpaceX公司快速发展所占据的“地利”优势感兴趣，则可以阅读本书的第三至六章，去感受美国这片土地上所积淀下来的工业和商业基础；如果你是埃隆·马斯克的粉丝或者对外企的工作氛围充满兴趣，那么建议你直接阅读本书的第七、八章，看看马斯克的个人成长、经商历程和SpaceX公司内部的管理方式，然后你很有可能对前六章感兴趣——因为马斯克和SpaceX公司的成功真的堪称传奇！
此外，完成本书创作绝非一人之功，在中国航天科工集团公司刘石泉同志的总策划指导下，来自北京海鹰科技情报研究所的杨磊、蒋琪、胡冬冬、庞娟、苏鑫鑫、张绍芳、陈英硕、叶蕾、李丹丹、朱爱平、牛文、郭朝邦、葛悦涛、文苏丽、张翼麟、王一琳、陈少春、王晖娟、李文杰、李鹏飞、刘晓明、吴堃、王泰、王艳坤和白海东（排名不分先后）等同志组成了撰写团队，为这本书付出了辛勤的汗水。中国航天科工集团公司花禄森、承文、刘著平、寇志华、周涛，北京海鹰科技情报研究所谷满仓、徐政和北京航天情报与信息研究所的张海峰等同志也对本书的撰写给予了宝贵的指导和帮助。机械工业出版社华章公司的顾煦、程琨等编辑也为本书的出版投入了大量的精力，在此表示诚挚的感谢！
最后，由于航天工业集合了诸多高新技术，为了增加本书的可读性，我们尽量在创作过程中使语言通俗易懂，如有解释不清之处，敬请谅解。前言旁观者清与集思广益
SpaceX公司只是无意中走进了我们的生活——得益于当前成熟的互联网技术，我们有机会在大洋彼岸感受“猎鹰”火箭发射和回收对我们视觉和心灵造成的双重震撼。
作为中国航天人，同时又是航天发射领域的局外人，我们有幸能够带着自己在书本上学到的航天知识，结合生活中听说的各种新闻，以旁观者的身份目睹SpaceX公司的快速发展。正所谓“旁观者清”，本书的创作团队既非SpaceX公司的竞争对手，又非SpaceX公司或埃隆·马斯克的粉丝。因此，我们不仅广泛搜集研究与SpaceX公司相关的资料和数据，并能够站在一个客观的角度上得出有关该公司发展的见解。
然而对SpaceX公司的研究所需要的知识绝非单纯的航天专业领域一类，美国航天领域的发展、美国工业基础和市场环境以及SpaceX公司的管理模式都有可能是其成功的关键因素。因此，集思广益，发挥大家的智慧是必不可少的。得益于中国航天相关单位这一优势，我们组建了一支专业构成广泛的队伍，群策群力，完成了本书的编写。
本书第一章作为引子，为读者展现了一个快速成功崛起的SpaceX公司，随后在第二至六章，对SpaceX公司成立、发展所处的历史时期和客观环境进行了梳理，并在第七、八章展开对公司CEO和管理模式的研究。最后，希望此书内容能够满足广大读者的期望与需求。第一章SpaceX公司
2011年5月4日，太空探索技术公司（SpaceX公司）首席执行官（CEO）兼技术总监埃隆·马斯克在其公司网站上发表了名为《为什么美国能击败中国——SpaceX公司成本的事实》的文章，他自豪地宣称，SpaceX公司已能在国际商业发射市场的价格竞争中击败中国。
中国航天制造在国际市场赖以生存的低成本优势正在遭受严酷的挑战！
埃隆·马斯克列举了SpaceX公司在成本控制上的突出成绩：在发射费用方面，“猎鹰-9”火箭的标准发射费用为每次0.54亿美元，“龙”飞船的单次发射费用为1.33亿美元；在研发费用方面，“猎鹰-9”火箭和“龙”飞船的研发费用均控制在3亿美元左右。
SpaceX公司产品低廉的费用使其获得了航天发射市场的青睐，该公司先后与美国SES公司、泰国、土库曼斯坦签订卫星发射合同，成为美国一家成功进入商业卫星发射领域的新兴企业。一、SpaceX，言简意赅的描述
SpaceX公司创始人埃隆·马斯克原本是一位硅谷精英，出于对火星的好奇和对当前美国太空运输现状的不满，于2002年6月创立了SpaceX公司，旨在开发成本低廉且可靠性高的运载火箭和飞船，并以公道的价格实现商业化太空旅游为目标。
SpaceX公司总部位于加利福尼亚州洛杉矶地区的霍桑市，此前是波音747客机的厂房（见图1-1）。总部包括办公场所、“猎鹰”系列火箭和“龙”飞船制造中心、飞行控制中心。发动机测试中心位于美国得克萨斯州。经美国政府批准，SpaceX公司的火箭可在3个发射场执行发射任务，分别是位于夸贾林群岛的里根试验中心、卡纳维拉尔角空军基地和范登堡空军基地。
SpaceX公司的发展设想是完全商业化的，在马斯克看来，波音公司、洛马公司等大公司过度受制于美国国防部，不能实现全面商业化，缺乏竞争力。而SpaceX公司的目标是将航天发射的成本降低到当前美国政府经营状况下的1/10，向空间运送物资和人员的风险也降低至以往的1/10。因此，马斯克在SpaceX公司内部推崇小型化、精英化、高效化、平等化的硅谷式企业文化。公司除马斯克外，其他高管主要来自波音公司、洛马公司、诺格公司等大型航天企业，在航天领域都有丰富的工作经验。
精干的业务团队，平等、高效的运作模式是SpaceX公司快速发展的重要基础。图1-1 SpaceX公司总部大楼
资料来源：SpaceX公司官方网站。
SpaceX公司成立后的很长一段时间里只有30余名员工，公司内部没有通常意义上的部门划分，各领域员工平等地参与技术研讨、设计、开发等工作。随着公司任务的不断增多，其员工数量也从最初的几十人上升到2013年的3000人，但这一数量仍比美国传统大型航天公司少得多。SpaceX公司在夸贾林群岛的控制中心仅有25名员工及6名任务控制员，公司“猎鹰-1”火箭研发团队也仅有20余人。
创新、自由、进取的企业文化造就归属感和凝聚力。
马斯克认为，太空发射价格高昂的部分原因是不必要的官僚架构。在公司内部，他大力倡导开放、融合的工作作风以提高工作效率。SpaceX公司极力营造管理有序和氛围宽松的工作环境，员工自称为“空间探索人”，经常自发地组织小范围讨论交流，公司高层则经常以员工身份参加会议。例如，在公司员工人数不足1000人时，马斯克都是以普通员工而非首席执行官的身份参与各种讨论。公司推进系统副总裁汤姆·穆勒说：“马斯克吸引人才的最大卖点是SpaceX公司的员工每天都可以踏实地做实际工作，相对自由地建造火箭，而不是把有限的时间浪费在开会、审批或者搞办公室政治之上。”一位来自NASA的工程师也回忆说：“在NASA的火箭制造团队中，很多员工会消耗几年的时间在一个个很小的分支项目上，都不知道火箭到底制造到了哪一步。而在SpaceX公司，马斯克每周五都会向大家汇报火箭进度，让每个员工都由衷地感到自己在参与人类历史的进程。”
低成本、小团队、精英化的运作模式使SpaceX公司达到了极高的劳动效率与投入产出比，并呈现出快速发展的势头。作为一个年轻的公司，SpaceX公司在成立的10年时间内，先后实现了小型运载火箭、中型运载火箭和货运飞船的自主研制、试验和发射（见图1-2），并于2010年10月底正式成为美国首个获得联邦航空管理局（FAA）颁发的航天器“再入许可证”的新兴公司。图1-2 “龙”飞船维修团队
资料来源：SpaceX公司官方网站。
2012年，SpaceX公司实现了“龙”飞船的再入和回收，成为首个实现此目标的新兴航天企业。此次发射的成功也极大地增强了美国新兴公司发展商业航天运输系统的信心，并且坚定了美国政府发展商业航天的决心。SpaceX公司先后获得NASA价值2.78亿美元和16亿美元的国际空间站货物运送合同。此外，SpaceX公司还与其他新兴公司、非美国政府机构及美国军方签订了发射服务合同。截至2013年，公司已签订了近50份合同，总价值约50亿美元（见表1-1）。
在公司产品发展策略上，马斯克采取了平行研制方法，为了奔向火星的目标，同时制造“猎鹰”系列火箭和“龙”飞船，并借助一次次的成功发射，使两者成为正在对美国航天运输业产生深远影响的产品。表1-1 SpaceX公司里程碑事件
资料来源：www.spacex.com.二、猎鹰腾飞
在许多飞行器研发过程中，一定程度上忽略发动机的研发工作并不是什么稀罕事，因为已经有很多现成的不同推力的发动机可供选择。但这一情况如果跟航天运载系统扯上关系，那就是两回事了。
定制发动机占目前运载火箭的研发费用中相当大一部分。近十年来，火箭发射公司一直采用通用的发动机成品，洛马公司选择了俄制RD-180发动机作为其“宇宙神-5”运载火箭的第一级推进器，轨道科学公司采用改造的俄制NK-33发动机作为其“金牛座-2”运载火箭的推进器。
俄制NK-33发动机是20世纪60年代末70年代初由库兹涅佐夫设计局设计制造的火箭发动机。该发动机是分级燃烧循环双元液体推进剂火箭发动机，主要用于登月火箭N1。
俄制RD-180发动机是一款双燃烧室双喷管的火箭发动机，以煤油和液氧为推进剂，使用高压分级燃烧循环，喷管的活动由四个液压缸支持。该发动机主要被用在“宇宙神”系列运载火箭上。
SpaceX公司本可选择与洛马公司和轨道科学公司相同的发展路线，但其选择自行研发发动机，事实证明“灰背隼”发动机的设计非常成功。“灰背隼”发动机是由汤姆·穆勒设计的，它的设计较为简单，以液氧和火箭煤油为推进剂，采用简单的开式循环（即燃气发生器循环），而非分级燃烧循环。与需要在不同地方混合燃料和氧化剂的复杂发动机不同，其使用了单喷注器，即针栓式喷注器。该喷注器技术借用了一些已经过飞行验证的发动机上的相关技术，是“灰背隼”发动机的核心。得益于针栓式喷注器独特的喷注方式及燃烧流场，该发动机可在多种工况下工作，具有燃烧稳定性与可调性。发动机海平面推力可达512千牛，很适合在第二级和轨道级上应用。
从零开始设计一款火箭发动机不是件简单的工作。2003年10月，穆勒和他的团队表示他们已准备好对“灰背隼”发动机进行试车。令人遗憾的是，试验结果不尽如人意——试车过程中，高温气体熔化了发动机喉道，同时也影响到了用于控制推进剂的密封材料。60秒后，工程人员决定中止试验，如果继续试验则可能发生爆炸。在之后的15个月里，穆勒和他的团队逐一排查事故原因。排除故障之后，工程人员立刻开始进行第二次试验，最终试验顺利结束，不仅展现了“灰背隼”发动机出色的性能，同时也成为继20世纪70年代末期洛克达茵公司研制的航天飞机主发动机后的第二型机。“灰背隼”系列发动机历经多次改进（见图1-3），被安装在SpaceX公司的“猎鹰-1”、“猎鹰-9”火箭上。该系列发动机的物美价廉使SpaceX公司更为经济的发射入轨工作成为可能。同时，这样一种基本型发动机的研制，也让工程人员快速积累了经验。为了实现奔向火星的宏伟目标，SpaceX公司还在“猎鹰-9”火箭上和“龙”飞船上采用了自研的“天龙座”（Draco）姿轨控发动机，并且不断开发性能更加强大的改型。图1-3 SpaceX公司的“灰背隼”发动机
资料来源：SpaceX公司官方网站。
由于SpaceX公司成立后资金紧张，马斯克决定开发一个小型实用的运载火箭。SpaceX公司吸取了以前运载火箭发射失败的经验教训（其中大部分是发动机、航电设备故障或级间分离失败），把可靠性摆到了十分重要的位置。为此，有两个关键性技术点，一个是将第一级设计成为可回收利用的；另一个是把推进和分离阶段的风险降到最低，这一目标通过使“猎鹰-1”发动机数量最小化来实现。为确保可靠性，“猎鹰-1”所有的设计决策都经过了全面的测试，从零件级质检和工艺测试、结构载荷、飞行测试到飞行系统、推进子系统测试和验证测试，在飞行器发射之前进行成千上万次的检查。“猎鹰-1”研制进度堪称快速，2003年年初开始制造原型火箭。经过一年左右时间，2003年12月3日，SpaceX公司在华盛顿美国联邦航空管理局大楼前的街道上揭开了原型火箭的面纱。2004年9月，SpaceX公司就赢得了美国国防高级研究计划局（DARPA）的合同，其中包括在夸贾林进行一次“猎鹰-1”的发射。
里根测试场即罗纳德·里根弹道导弹防御试验场，位于马绍尔群岛共和国夸贾林环礁，其主要功能是支持美国陆军与美国国防部绝大多数导弹防御系统的试验与评估。
2005年11月25日，SpaceX公司准备在里根测试场进行“猎鹰-1”的第一次发射。试验并不顺利，阀门故障导致发射任务被取消。此后四个月，又经过了两次准备发射，然而一次燃料箱变形，另一次发动机点火试验时第二级的推进剂泄漏，都没能成功进行试飞。
2006年3月24日，SpaceX公司第四次准备发射，“猎鹰-1”迎来了首次真正的发射试验。格林尼治时间22：30，“猎鹰-1”从发射台起飞，状态稳定。起初，一切都似乎按照计划进行，直到约25秒，发动机上的火焰影响了氦气系统，造成发动机在第34秒停机，“猎鹰-1”坠海。由于“猎鹰-1”配置的是发动机切断靶场安全系统，而不是自毁装置，运载火箭几乎完好无损地落到了距离发射点不远的一块礁石上。发射失败4个月后，SpaceX公司公布了DARPA“猎鹰”返回飞行调查组的调查结果：在起飞前400秒，燃料已经开始泄漏，发射时“灰背隼”主发动机启动即点燃了泄漏的燃料。
时隔一年，2007年3月21日，进行了“猎鹰-1”第二次飞行试验。火箭的第二级燃烧两分钟后失去飞行控制，火箭入轨失败，发射不完全成功。机载视频录像显示第二级发动机在分离时与发动机舱内壁发生了摩擦。
硅谷文化一向对失败非常宽容，甚至将失败看作是荣耀的经验。马斯克常说：“如果失败的不够多，说明你不够创新。”
2008年8月3日，第三次发射，“猎鹰-1”火箭从里根测试场发射仅两分钟后，火箭开始震颤，发出异常声音，最终与地面失去联系。火箭上搭载着美国国防部和NASA的3颗人造卫星，以及208名希望将骨灰撒向太空的死者骨灰。公司从沸腾陷入寂静，马斯克面临巨大的压力——如果第四次还是失败，SpaceX将无力承担第五次发射。
经过接二连三的失败，两个月后的2008年9月28日，第四次发射“猎鹰-l”，火箭升上天空，进入了预定轨道，也终于为SpaceX公司6年多的努力画上了一个感叹号（见图1-4）。图1-4 “猎鹰-1”火箭发射瞬间
资料来源：SpaceX公司官方网站。
历经挫折和推迟，SpaceX公司成功证明了其有耐心和实力在每一次失败后都能够改进和创新，同时兑现了在商业航天中拥有一片天地的誓言。在经历了数次延误和紧急中止后，“猎鹰-1”火箭的成功发射成为了一个重要的里程碑，最低的发射价格和新的航空航天时代诞生了。“猎鹰-1”火箭每次发射标价仅790万美元。
2009年7月14日，SpaceX公司发射了第5枚“猎鹰-1”运载火箭，将马来西亚政府地球观测成像卫星RazakSAT送入了轨道。这是“猎鹰-1”首次将一颗卫星送入太空，标志着SpaceX公司在竞争激烈的商业航天领域赢得了一席之地。此后，“猎鹰-1”就再也没有发射过，取而代之的是可以搭载大约1吨有效载荷的“猎鹰-9”运载火箭。“猎鹰-1”展现了扎实的工程设计水平，其成果被转移到“猎鹰-9”的研发之中，使得后者从开始设计到第一次发射只用了4年半的时间（2005年12月到2010年6月）。该火箭的发动机、电子设备及地面系统的设计、制造、测试工作都是由SpaceX公司完成的，花费不到3亿美元。
范登堡空军基地设在美国加利福尼亚州南部海边，位于阿圭洛角的正北部。该基地面积279.72平方千米，包括51.49千米的海岸线。由于范登堡空军基地的地理位置原因，它可以向西发射高倾角轨道和极轨道卫星。1972年被选作美国西海岸的航天飞机发射基地。1979年开始着手改建，1985年竣工。“猎鹰-9”标志着一个以商业和政府联合、由商业公司担任主要角色的航天时代的到来。“猎鹰-9”是一种两级火箭，由液氧和煤油火箭发动机提供动力，第一级有9个发动机，这也是名字中“9”的由来，当一个发动机出现故障时，“猎鹰-9”仍然能够安全完成任务。它的设计目标是为SpaceX公司提供效费比高的运送卫星到近地轨道（LEO）和同步轨道的服务，运送“龙”飞船，以及运送货物或宇航员到轨道的目的地，如国际空间站。
经过数次延期之后，2010年6月4日，“猎鹰-9”于美国东部时间14：45在卡纳维拉尔角空军基地成功首飞。遥测证实“猎鹰-9”能够到达接近250千米的轨道。在接受媒体采访时，马斯克承认公司接受了来自NASA的帮助，但也指出，“猎鹰-9”标志着一个以商业和政府联合、由商业公司担任主要角色的航天时代的到来。
2010年12月8日，“猎鹰-9”第二次飞行，实现了“龙”飞船有史以来第一次在轨试验，SpaceX公司成为历史上第一个实现航天飞船从地球轨道再入的商业公司。2012年5月22日，“猎鹰-9”搭载“龙”飞船第三次发射升空，“龙”飞船成为第一架飞往国际空间站的商业运输飞船。此后，“猎鹰-9”作为NASA商业轨道运输服务平台正式开始太空之旅，取代航天飞机向国际空间站运送货物和人员。直到本书完成的2014年4月，“猎鹰-9”共连续成功进行了9次飞行（见图1-5、图1-6、图1-7）。图1-5 机库中的“猎鹰-9”火箭
资料来源：SpaceX公司官方网站。
2011年7月13日，SpaceX公司在范登堡空军基地为其正在研制的“重型猎鹰”运载火箭举行了发射设施动工仪式，这标志着“重型猎鹰”运载火箭的研制工作正式启动。2012年5月，SpaceX公司和卫星服务商Intelsat公司达成“重型猎鹰”火箭发射的商业协议。“重型猎鹰”火箭使SpaceX公司进入重型运载火箭市场。根据SpaceX公司标准说明书，“重型猎鹰”火箭能够将53吨的卫星或飞船送入近地轨道，其运载能力是波音公司“德尔塔-4”重型火箭的两倍。该火箭发动机将采用“灰背隼”发动机的升级版，这使得“重型猎鹰”的开发和运营会拥有极高的性价比。“重型猎鹰”火箭的设计力求极高的可靠性，要保证在几台发动机失效的情况下仍能完成任务（见表1-2）。
卡纳维拉尔角空军基地隶属于美国空军航天司令部第45航天联队，位于佛罗里达州卡纳维拉尔角。基地拥有独立的飞机场，跑道长约3千米，位于基地的发射阵地附近，为军方将重型卫星载荷送到基地提供方便。图1-6 “猎鹰-9”火箭正在被拖往发射地点
资料来源：SpaceX公司官方网站。图1-7 “猎鹰-9”火箭竖立在发射台上
资料来源：SpaceX公司官方网站。
除了“重型猎鹰”火箭之外，SpaceX公司可能会构建一个“超重型猎鹰”。马斯克一直表示，他打算继续降低发射成本，提高能力，这意味着“重型猎鹰”火箭并不是SpaceX公司的火箭家族中的最后一种火箭（见图1-8）。表1-2 “重型猎鹰”与其他运载器比较
资料来源：Erik Seedhouse.SpaceX Making Commercial Spaceflight A Reality.2013.图1-8 “重型猎鹰”火箭
资料来源：SpaceX Making Commercial Spaceflight A Reality.“猎鹰-9”被广泛视为商业上的成功案例，自2009年以来，该公司获得了商业发射市场10亿美元的业务，公司仅在2012年就有14个发射合同，使SpaceX公司保持了世界上增长速度最快的发射服务商的地位（见图1-9）。三、龙翔太空
2011年，“亚特兰蒂斯”号航天飞机完成最后一次飞行，标志着航天飞机时代正式成为历史。NASA需要新的载具将宇航员与物资送往太空，SpaceX公司抓住了这一历史机遇，“龙”飞船应运而生。“亚特兰蒂斯”号航天飞机是美国宇航局第四代航天飞机，质量为77.7吨。在1985～2010年之间进行了17次飞行。于2011年7月完成最后一次飞行后退役。“龙”飞船的研制工作始于2004年年底，是由SpaceX公司自筹资金设计的。2006年，以此设计作为方案的核心，SpaceX公司成功中标NASA商业轨道运输服务（COTS）验证项目。2008年12月23日，NASA授予SpaceX公司一份价值16亿美元的商业补给服务（CRS）合同，合同要求在12次飞行中向国际空间站运送20吨货物，合同金额根据情况可最多增加到31亿美元。“龙”飞船整体外形呈钝头圆锥状，高约6.1米，直径约3.7米。飞船由圆锥舱体、一个头部整流罩（发射后弹射掉）和装备了两列太阳能板的支杆组成。其独特之处在于采用了一些标准件，如对接舱口、机动推进器（共计18台）以及支杆结构。与其他可重复使用的飞船不同，支杆结构在再入前与舱体分离（见图1-10、图1-11）。图1-10 “龙”飞船
资料来源：SpaceX公司官方网站。图1-11 “龙”飞船内部结构示意图
资料来源：SpaceX公司官方网站。
2010年6月，“龙”飞船成功进行了验证飞行。2010年11月22日，“龙”飞船获得了美国历史上第一个商业航天器再入许可证。2010年12月8日，“龙”飞船首次试飞成功。2012年5月22日，“龙”飞船由“猎鹰-9”火箭成功发射，与国际空间站成功对接。在对接前两个多小时，空间站宇航员用机械臂完成了对“龙”飞船的“抓捕”，飞船被安全固定在空间站的“和谐”号节点舱上，“好像我们抓到了龙尾。”宇航员唐·贝蒂特说（见图1-12至图1-14）。“龙”飞船是美国目前正在使用的唯一可重复使用的宇宙飞船，它的成功创造了美国商业轨道运输服务的新模式，也使SpaceX公司名声大噪。图1-12 技术人员正在将“龙”飞船组装到“猎鹰-9”火箭的第二级上
资料来源：SpaceX公司官方网站。图1-13 “龙”飞船与国际空间站“和谐”号节点舱对接，机械臂将“龙”飞船拖向对接舱口
资料来源：SpaceX公司官方网站。图1-14 “龙”飞船与“猎鹰-9”火箭组装
资料来源：SpaceX官方网站。
2012年5月31日，“龙”飞船作为与国际空间站实现对接的首艘商业货运飞船，完成了历时9天的历史性飞行。在远离国际空间站的过程中，“龙”飞船关闭其工作模块舱门，以保护这些仪器不受再入过程影响。与国际空间站分离4小时后，“龙”飞船在远离空间站的安全位置上启动发动机。发动机运行20分钟后，“龙”飞船进入再入轨道，利用“天龙座”发动机稳定姿态。在海拔3千米左右，“龙”飞船发出主降落伞打开命令，在主降落伞的作用下减速至每小时17～20千米的着陆速度，然后在距离加州海岸约450千米的位置溅落。SpaceX公司用4艘船迎接了“龙”飞船，飞船搭载的返回货物被运回NASA（见图1-15）。
在整个旅行中，SpaceX公司的“猎鹰-9”火箭将“龙”飞船带到空间站，它从那里带回来的已不仅仅是货物（见图1-12）。“龙”飞船完美返回地球，使人们改变了对该公司的怀疑态度。此次任务表明，“龙”飞船成为造访国际空间站的第一个商业航天器，成为常规货物和人员往返轨道平台的新一代可重复使用运输工具。作为相对独立于NASA的承包商，能够如此成功地研制并试验飞船，SpaceX公司创造的成就数量堪称美国航天项目之最。图1-15 “龙”飞船回收
资料来源：SpaceX公司官方网站。
与国际空间站对接验证任务的成功也使SpaceX公司与NASA向空间站运送12次物资的合同生效。截至2014年3月，SpaceX公司已经进行了两次商业补给服务飞行。2012年10月7日，“龙”飞船首次执行商业补给服务合同任务，向国际空间站运送了重达455公斤的货物；2013年3月3日，SpaceX公司进行了第二次商业补给服务飞行。这两次飞行都有小插曲，凸显了轨道飞行的挑战：第一次任务中，“猎鹰-9”火箭上9个“灰背隼”发动机中的一个过早关闭，造成一个作为二次有效载荷的通讯卫星被放置到了错误轨道；第二次飞行，出现了吊舱故障，SpaceX公司的工程师用几个小时设法解决了故障，确保“龙”飞船重回正轨。
除了“龙”飞船，SpaceX公司还将研制一种被称作“龙实验室”（DragonLab）的无人飞船。“龙实验室”可重复使用，可进行自由飞行，还能够携带压缩的和非压缩的有效载荷。
在“龙”飞船和“龙实验室”开展往返国际空间站货运业务的同时，SpaceX公司还着手开发载人飞船——“龙骑士”（DragonRider）。“龙骑士”的研发可以追溯到2006年，马斯克宣称SpaceX公司已经建立了一个载人太空舱原型机，并对30人/天的生命支持系统进行了测试。2009年，马斯克建议在两三年内完成载人型“龙”飞船。2011年12月，SpaceX公司进行了首次船员舱室测试。2012年8月，NASA授予SpaceX公司4.4亿美元的合同（CCiCap计划），委托SpaceX公司参与美国的载人航天任务。2013年，NASA公布其太空舱已通过载人发射的设计审查。首次无人发射将在2017年进行，各种测试正在按计划进行。“联盟”号是苏联第三代载人飞船，与之相对应的载人航天计划称为“联盟”计划。“联盟”号飞船是苏联在积累了多年经验后，所开发出的一种最成熟的载人航天器。“龙骑士”能够支持7名宇航员或宇航员和货物组合，也能够实现人工控制或自主交会对接，并采用NASA对接系统（NDS）停靠到国际空间站。对于大多数任务，“龙骑士”能够持续停靠国际空间站长达180天，也可以延长至210天——与俄罗斯“联盟”号一样。值得一提的是，相对于有一定历史的“联盟”号，“龙骑士”的一次飞行将花费1.4亿美元左右，平均每个座位仅2000万美元；而“联盟”号一次飞行的成本为6.3亿美元，几乎是“龙骑士”的4倍。SpaceX公司将使用集成了推进器的发射逃生系统，该系统不仅能够为船员再入轨提供全阶段的逃生能力，也是可重用系统。与之前大部分载人航天器可抛弃的多级方案相比，该系统由于不存在一级分离，比传统逃生系统更为安全。
目前，SpaceX公司还在优化“龙骑士”的设计并进行严格测试，包括生命支持系统和先进的座舱设计。一旦通过NASA所有的检查和测试，“猎鹰-9”火箭与“龙骑士”的组合，再加上其最少的级间分离、上升过程中的发动机关闭能力以及入轨全过程中的动力中止能力，有望成为有史以来最安全的飞船。
NASA选择“龙骑士”的决定意味着航天领域的市场化。尽管也有反对的声音——很多人认为SpaceX公司毕竟是一家仅有十余年历史的公司，但NASA选择SpaceX公司创造了新的可能性，为长远的载人航天发展开辟了新道路。四、奔向火星
尽管“龙”飞船与国际空间站的成功对接在空间飞行编年史上仅是一件历史事件，但对SpaceX公司而言，却是在实现更宏伟目标，即在移民火星的路上迈出了一大步。
很多人都看过灾难电影《2012》，对其中惊心动魄的灾难场景仍然记忆犹新，置身戏中的观众无疑都想得到一张诺亚方舟的船票，好在玛雅人的预言并没有得到验证。但马斯克认为地球随时可能发生一些大的灾难，开发其他适合人类生存的星球不仅可以让人类的生活更加多样性，更加丰富多彩，并且能够在地球发生灾难的时候，可以有其他赖以生存的环境。
马斯克希望普通美国人都能负担得起这个旅行的费用，他建议将往返火星的价格定为50万美元，这相当于在美国加州买一幢别墅的价格。如此昂贵的项目费用，如此低廉的票价，马斯克为什么会这么做呢？要知道马斯克是一个商人，他要站在商人的立场上去思考和证明火星旅行的可行性。首先，第一个登陆火星的人的票价肯定是高昂的，因为富有的度假者肯定会愿意第一个花钱去这样高端的目的地旅行；其次，火星上已经被证明可能含有高价值的矿物，采矿将成为另一个投资回报；再次，发现生命体也将是巨大回报的来源，可以研究火星生命与地球生命的相似性，促进生物新线索研究，另外可以获得非地球物种基因的专利；再有，还有可能的收入来源是电视真人秀，来为地球人展示火星人的生活，真人秀节目也会带来巨大的收益。这的确是一个雄心勃勃的计划。人们惊呼计划难度的同时，更看到了SpaceX公司的远大追求与孜孜不倦的执着。虽然人类遥远的未来希望寄居之地未必就是火星，但这是一个良好的开端，是探索宇宙文明、开启人类文明的新起点。SpaceX公司火星计划的关键基础是“猎鹰-9”火箭，强大的“超级天龙座”新型发动机，以及正在开展的“红龙”计划。“红龙”是“龙”飞船的变形体运载器，目的是进行无人采样往返试验，比如用一个钻头钻取位于地下1米的冰水样本。“红龙”使命除了寻找生命体，进行地下可居住评估，并确立地下冰的分布，还要进行人类相关的进入、下降和着陆（EDL）测试等。
实际上，从“猎鹰-9”与“龙”飞船开始，公司便着眼于这个目标。对于马斯克而言，国际空间站仅是通往火星的一站而已。在“龙”飞船及“猎鹰”火箭的研制过程中，马斯克始终紧紧盯着未来的发展。这与NASA在载人太空任务初期所采取的方法截然不同。
20世纪60年代，NASA不断推出新火箭，就像底特律推出汽车一样，而且一以贯之的这样做——每种火箭均是为特定任务制作的，彼此间截然不同。今天将是商业太空飞行的年代，所采取的方法已截然不同。马斯克的策略是，SpaceX公司采取平行研制方法，同时制造运载火箭和飞船，不但满足客户任务的需要，而且为了更长远的研制计划不断加以发展——“猎鹰-1”是基础，再到“猎鹰-9”，进而着眼于“重型猎鹰”和“超重型猎鹰”。同样的策略也运用于“龙”飞船。
马斯克相信，要想真正廉价地进行太空飞行，飞行组件必须可靠并且可重复使用。逻辑很简单：越简单的系统就越可靠、越可重复使用；越可靠的系统就越简单、越可重复使用；越可重复使用的系统就越简单、越可靠。事实上，过去几十年里在太空飞行领域最让人沮丧的是，花费几千工时制造的那些飞行器，往往在使用后或在大气层烧毁沉入海底或被送进博物馆。航天飞机是唯一可部分重复使用的系统，虽然获得了一些成功，但也仅此而已。马斯克想避开航天飞机的缺陷，构想了可返回基地的“龙”飞船、太空舱及助推段。
马斯克的逻辑很简单：越简单的系统就越可靠、越可重复使用；越可靠的系统就越简单、越可重复使用；越可重复使用的系统就越简单、越可靠。“蚱蜢”计划正在向实现可重复使用的方向迈进。“蚱蜢”是SpaceX公司正在研制的一款全新概念的运载火箭系统，使用垂直起飞垂直降落（VTVL）概念（见图1-16）。SpaceX公司希望凭借该技术打造出可重复使用的火箭系统，使运载火箭发射后自动降落在预定场地，不再需要从海洋中人工打捞火箭助推器或其他部件。这项技术若成功，将从根本上大幅降低火箭成本。
2012年9月21日，“蚱蜢”火箭在得克萨斯州试验场第一次发射，腾空高度为2米。在2013年10月7日的测试中，“蚱蜢”火箭完成了“第八跳”，在测试中成功升空744米，随后准确降落到发射台上。图1-16 蚱蜢火箭
资料来源：SpaceX公司官方网站。
自SpaceX公司2002年成立以来，马斯克就一直在说，公司的目标是载人到达火星并最终在火星上建立定居点。虽然公司从创立初期到发射“猎鹰-1”火箭经历了许多挫折，但其初衷始终未改。SpaceX公司以简单、可靠和低成本为使命，以清晰聚焦的构想、锐意坚强的领导、精悍专业的团队，克服了重重挫折与困难，在短短10余年时间里，向目标逐步迈进。SpaceX公司的可再用计划一旦成功，通过提供类似民航那样的进入近地轨道业务，将大大降低到达其他星球的费用，并彻底改变行业游戏规则。
SpaceX公司以简单、可靠和低成本为产品研制使命。
毫无疑问，SpaceX公司使美国航天商业化迈上新台阶。不过，如果没有政府的大量资助、一个良好合同的承诺及来自NASA的大量技术帮助，SpaceX公司也不会有今天的成功。马斯克在“龙”飞船进行首次国际空间站任务发射后的新闻发布会上对NASA表示了由衷的感谢，他说道：“我们很荣幸能够与NASA进行合作。没有NASA，SpaceX公司不可能成立，也不可能达到今天的成就。”第二章山姆大叔的“航天史记”
2013年一部名为《地心引力》的太空科幻电影给广大观众带来了身临其境般的观影感受。美国的好莱坞大片再一次在中国大丰收的同时，也掀起了一股航天热。
当然，随着中国航天事业的蓬勃发展，国人对于航天活动的关注度早已到了一个高位。当我们不断在航天领域取得一个又一个历史性突破的时候，无论是专家还是普通百姓，都忍不住要和大洋彼岸的“他”对比一番——美国，世界上较早开展航天活动的国家，一个活动规模和技术水平都居世界前列的国家，一个名副其实的航天巨人。提起美国的航天，NASA、航天飞机、“阿波罗”登月计划、火星探测等几乎都是其代名词。有时候，我们的头脑中会不自然地冒出这样一个问题：美国的“航天大佬”地位，究竟是怎么炼成的呢？一、向地球之外的世界进发
说起美国航天，就要回溯到20世纪初期，有一位叫作罗伯特·戈达德的先驱对美国早期航天事业的发展推动做出了很大的贡献。他在1914年申请并获得了多级火箭和液体火箭方面的美国专利。5年后，即1919年，他发表的一篇名为《达到极限高度的方法》（A Method of Reaching Extreme Altitudes）的论文，对固体/液体火箭进行了讨论，在当时产生了非常大的影响力。经过进一步的研究，罗伯特·戈达德先生终于在1926年3月发射了世界上第一枚以液氧、汽油为推进剂的液体火箭。
之后，大约过了10年的时间，美国加利福尼亚理工学院的冯·卡门教授（钱学森的老师）和其弟子弗兰克·莫利纳开始着手研究探空火箭。冯·卡门教授亲自挂帅研究，很好地印证了当时美国对于外太空关注的不断升温，并且技术不再是那么遥不可及，故而吸引了顶级专家参与其中，为之奋斗。
第二次世界大战结束后，美国通过缴获的德国V-2导弹和大量技术资料，在冯·布劳恩（见图2-1）等德国专家的帮助下，开始研究大型火箭和导弹。V-2导弹加上设计V-2导弹的人，美国从苏联人手中抢到该黄金组合，可以说奠定了后来美国航天事业蓬勃发展的技术基础。
冯·布劳恩是德国著名的火箭设计师。1944年，冯·布劳恩设计制造的V-2火箭（装上炸药后就成了V-2导弹）正式服役。1945年，美国国防部特别制订了“回形针”（operation paperclip）计划。准备投降的冯·布劳恩等火箭专家被美国陆军逮个正着。1945年7月，美国派冯·卡门和当时在美国的火箭专家钱学森等人，赴德国甄别德国火箭专家和德国火箭技术，让冯·布劳恩写出书面报告《德国液态火箭研究与展望》。之后，美国把冯·布劳恩等顶尖科学家和设备全部带到了美国。图2-1 美国人从苏联人手中抢到的至宝——德国火箭专家冯·布劳恩
借助V-2导弹技术，美国在1946年5月实施了首次太空探索飞行，同年10月从105千米的高度为地球拍摄了第一张照片。1947年，美国又完成了首次太空动物试验。
第二次世界大战的结束带来了两个超级大国——美国和苏联。战后的世界，成了这两个超级大国博弈的舞台，二者的竞争几乎渗透到了各个领域。航天领域作为当时，也是现在最尖端的领域和最体现国家整体科技实力的领域，两国自然不会轻易将这个“山头”让与对方。双方围绕航天领域的近乎不计成本的你争我夺，让两国可以说在相当一段时间内都背负了沉重的负担，但从另一方面看，这段时期的发展确实缔造了很多辉煌的瞬间，同时也为后期的航天研究提供了大量的经验和教训（见图2-2）。图2-2 战后美苏在各个舞台上的相互角力图2-3 德国V-2导弹
第二次世界大战期间，德国为了进攻英国本土开始研制导弹，最初是命名为V-1的飞航导弹使用涡轮发动机，由于飞行高度和速度上的不足，几次向英国发射都被英国飞机在空中拦截。于是，1940年德国开始研制V-2弹道导弹——最早的地对地弹道导弹。首枚V-2导弹于1940年生产，一直到1942年10月才取得首飞成功，由于技术上及其他原因，真正用于战争是在1944年9月。在第二次世界大战期间共向以英国为主的欧洲国家发射4000枚左右V-2导弹。V-2的飞行速度快，难于防御，威力远大于V-1导弹，给英国造成了很大的伤亡，但这时的德国已每况愈下，其本土正受到盟军空军的猛烈攻击，大势已去。V-2导弹并未发挥出力挽狂澜的作用（见图2-3）。
1957年，苏联成功发射人造卫星，一时间美国人成了热锅上的蚂蚁，为了与苏联一较高下，美国决定加快脚步，在执行“先锋”号计划的同时，开展轨道器计划。1958年1月31日美国用“朱诺-1”号火箭成功发射了本国的第一颗人造卫星“探险者-1”号。
1957年10月4日，苏联发射了“斯普特尼克-1”号卫星，标志着其成为世界上第一个发射人造卫星的国家。每96分钟这颗卫星就环绕地球一周，它发出“嘟嘟”的信号在传递一个讯息——苏联军方在航天方面处于明显的优势，这引起了西方世界的普遍焦虑。“斯普特尼克-1”号发射以后，美国陆军弹道导弹局就开始着手准备使用冯·布劳恩小组开发的“朱诺-1”号火箭发射卫星。3个月后，美国的第一颗地球轨道卫星“探险者-1”号发射升空。
为了加速发展航天事业，美国在1958年2月成立了DARPA，并在同年10月改组于1915年成立的美国国家航空咨询委员会（NACA），诞生了主管美国民用航天活动的美国国家航空航天局，即大名鼎鼎的NASA。DARPA和NASA的成立无疑改善了美国航天计划上的制定、管理和实施的各个环节，对日后美国航天活动的提速起到了极大的推动作用（见图2-4）。
NASA于1958年10月1日正式成立以替代NACA负责计划和执行美国民用航天计划。其下辖四大部门：探索系统部门、太空行动部门、科技部门和航天研究部门。“阿波罗”登月之前，NASA的预算占据了1966年美国联邦财政总预算的4%。图2-4 DARPA和NASA至今仍活跃在美国航天活动中
然而就在上述两个机构诞生的3年后，另一件刺激美国人的事情发生了——1961年4月12日，苏联航天员加加林乘坐“东方-1”号飞船上天，成为世界载人航天第一人。飞船飞行108分钟后着陆。这是人类有史以来的第一次载人航天飞行。苏联航天员尤里·加加林——该飞船上的唯一乘员，从此便像发现新大陆的哥伦布一样，作为第一位飞上太空的人而永载史册（见图2-5）。苏联的这一成功将美国抛到了后面，同时也将冷战时期的太空竞赛推到新的高潮。
在两次地球轨道载人飞行和两次月球轨道载人飞行后，“阿波罗”登月计划开始实施。登月点选择在月面中心平原以东的静海玄武岩上。
1958～1984年关于美国航天活动的几个数字
8种运载火箭
1019个航天器
46次载人航天任务
923颗人造地球卫星
约1700亿美元的耗资
美国人又一次坐不住了，1961年5月25日，时任总统肯尼迪在国会上宣布了一项重大决定：要在10年内将美国人送上月球并安全返回。美国经过10年的艰苦努力，终于借助“阿波罗”登月计划实现了这一宏伟目标，同时也成就了美国宇航员阿姆斯特朗的那句名言，“这是我个人的一小步，却是人类迈出的一大步”（见图2-6）。至此，美国终于如愿在太空竞赛中超过了苏联。图2-5 苏联航天员加加林
在1958～1984年的这段时间内，美国通过一系列的政策调整、技术攻关、项目投资实现了诸多的成就。这些成绩是美国在航天领域的巨额投资所换来的，一系列从苏联手中夺走的“第一”称号，展现了美国航天工业的崛起和航天人才的智慧，一系列探索太空的行动计划，也慢慢拉开了属于美国的航天时代！图2-6 “阿波罗”计划完成了人类历史上的首次登月任务，为美国赚足了面子二、传奇的航天飞机时代
航天飞机是美国载人航天技术的一个创举，是足以载入人类史册的一项重要发明。从1972年开始研制，到1981年4月12日第一架航天飞机“哥伦比亚”号首次升空，美国人用了十年的时间（见图2-7）。
1981～2011年关于美国航天飞机的几个数字
135架次
航程8亿多千米
运送货物1750吨
乘坐航天员达355人
16个国家的航天员参与
37次与国际空间站对接
2000多个不同领域的实验
航天飞机是一个天生的多面手，兼具运载火箭、人造地球卫星、货运飞船和载人飞船甚至小型空间站等许多功能，承担了大量复杂而艰巨的任务。尤其是多次把一些因形状和体积等因素而无法用运载火箭发射的重要航天器送上太空，并可同时派航天员出舱作业，从而大大扩展了人类在空间的活动规模和范围，国际空间站的建造就是一个典型例子。这也大大放宽了对有效载荷尺寸和质量的限制。其最有价值的一种空间活动就是能在轨回收、检修和释放卫星的组件，它曾5次在轨维修著名的“哈勃”太空望远镜（见图2-8）。图2-7 美国的航天飞机图2-7（续）
航天飞机是世界上第一种可重复使用的航天运输工具。美国先后建造了6架航天飞机，分别为“发现”号、“亚特兰蒂斯”号、“奋进”号、“挑战者”号、“哥伦比亚”号，以及“企业”号测试飞行器。
1990年10月24日，美国“发现”号航天飞机携带世界上最先进、最庞大、最复杂的“哈勃”太空望远镜升空，揭开了宇宙探测史上具有革命性的一页。在其服役期间，它先后经历了1993年、1997年、1999年、2002年和2009年的5次维修。每次维修都更换了部件，增加了新设备，使“哈勃”的功能有所提高，从而不断增强其探测能力。
另外，美国航天飞机起降时航天员往返太空所承受的过载比载人飞船少了许多，使航天员遨游太空时“倍感舒适”，也大大降低了对航天员的身体要求，可把稍加训练的科学家、工程师、医生和教师等送上太空。
航天飞机是世界上首个实现了部分重复使用且唯一能为国际空间站运送舱段和大尺寸构件的天地往返运输器，其具有宇宙飞船不可比拟的载人运货能力，单次最多可搭载8名乘员，运送物资最大质量为25吨，为建设国际空间站提供了根本保证。图2-8 “哈勃”望远镜
作为一名1981年出生的“80后”，航天飞机的许多技术目前仍保持着当代国际领先水平，航天飞机主发动机可多次启动和重复发射使用，至今仍保持100%的成功率；航天飞机轨道器采用了独特的可重复使用防热瓦，虽然怕撞击，但防热效果很好。尤其令人叹服的是在航天飞机整个研制和飞行过程中没有“无人飞行试验”这一阶段。
肯尼迪在1961年5月25日致国会的特别咨文中明确表示，“为了崭新的美国事业，为了国家利益……美国要在外空成就领域取得‘明确’的领导地位，这将在许多方面决定我们在地球的未来”。在这种思想的指引下，肯尼迪政府在军事空间发展方面不仅项目增多，投入加大，而且明确了外层空间为冷战服务的原则，从而加深了美苏冷战的深度和广度。
航天飞机对于科技的发展、经济的推动、外交和军事的影响，都有着了不起的贡献。就连在政治领域，航天飞机都留下了不可磨灭的痕迹。由于从冷战时期起，美国总统开始直接参与载人航天计划的制订。其中，肯尼迪总统直接参与载人航天计划的制订甚至成为美国后来历届总统的“楷模”，他们都仿效肯尼迪总统将美国的载人航天计划越做越大。20世纪70年代初，美国国家航空航天局提出发展航天飞机的设想，开始时任美国总统尼克松似乎并不感兴趣，可是到1972年，正值他要竞选连任之际，突然改变立场，支持航天飞机发展计划，为他的竞选加分。
然而真应了中国一句古话“成也萧何，败也萧何”。美国总统不同的“口味”让美国的载人航天计划看起来反反复复，其希望借航天探索领域的新成绩为自己的政治生涯写上光辉一笔的强烈意愿，牵引着美国的载人航天事业一直秉持着“更高、更快、更强”的奥林匹克精神而奋斗，并努力将科幻电影中的幻想场景变为现实中的恢宏项目（见图2-9）。而随着新世纪航天技术的日新月异，技术领域的难题被逐步攻克，在火星以及更远的星球上开疆辟壤对总统们的诱惑力越来越大，深空探索已然成了美国政府的“香饽饽”，无论是政策还是财政上的偏心也就不难理解了，航天飞机衰落的命运似乎早已注定。图2-9 想象中的火星登陆三、后航天飞机时代——寻找继任者
2011年7月8～21日，美国“亚特兰蒂斯”号完成了航天飞机最后一次飞行任务，它标志着历时30年的美国航天飞机时代怅然落幕（见图2-10）。航天飞机曾承载着美国人的光荣与梦想，但现在却“提前退休”，航天飞机的功过是非与经验教训，对世界载人航天的未来发展具有积极意义。图2-10 等待执行最后一次任务的“亚特兰蒂斯”号
实际上，航天飞机的退役实属无奈之举，涉及政治、管理、技术、资金和文化等多方面原因。例如在资金方面，NASA最初预计，航天飞机项目将耗资约900亿美元。但据估计，该项目最终耗资约2000亿美元。相比之下，美国“阿波罗”登月项目的成本为1510亿美元。航天飞机每次仅发射费用就为5亿美元，这还不计入分摊的设计与制造成本。美国媒体算了笔账，30年来航天飞机共耗资1960亿美元，一共发射了135次，所以平均每次发射费用高达15亿美元。虽然这笔资金远小于美国的战争支出或拯救华尔街金融机构的投入，但对当时财政紧张的美国仍是一张高额账单。相比之下，美国全年在保证民众食品安全方面的支出只有8亿美元。美国媒体的统计显示，考虑通胀因素之后，美国花在航天飞机项目上的资金总额已超过登月、制造原子弹和开凿巴拿马运河的总和。媒体称对航天飞机的退休问题“讨论已久”，如今见证这一时刻感到“悲喜交加”。
2011年，NASA航天飞机项目以国际太空站最后3次飞行的方式宣告结束。2月24日，“发现”号航天飞机实施了STS-133任务，为国际空间站带去了意大利建造的“莱昂纳多”号多目标物资舱（MPLM）。5月16日，“奋进”号航天飞机实施了STS-134任务，为国际空间站带去了物资和装备，以及阿尔法磁谱仪（AMS）。7月8日，“亚特兰蒂斯”号航天飞机实施STS-135任务，进行了最后一次物资补给。
1986年“挑战者”号和2003年“哥伦比亚”号航天飞机事故，是美国航天历史上两次十分惨痛的经历（见图2-11和图2-12）。其中，“挑战者”号航天飞机在升空不久后发生爆炸，机上7名宇航员全部遇难；“哥伦比亚”号在执行任务进行再入大气层时出现事故，造成机上所有7名宇航员遇难。图2-11 “挑战者”号航天飞机爆炸瞬间图2-12 “哥伦比亚”号航天飞机事故
而在安全性和可靠性上，航天飞机的表现同样令人失望。航天飞机从来就没有达到其设计者设想的安全程度。5架航天飞机飞行了135架次就损失了2架，这相当于每67次飞行就有1次失事。如果按单位里程的死亡率，航天飞机的危险性比喷气式飞机高约138倍。NASA在2010年的一份内部安全性报告中说，现在航天飞机安全性比30年前提高了10倍，但发生灾难性事故的风险仍然达到1/90。由于航天飞机设计存在先天不足，没有逃逸系统，实行人货混运，既复杂又昂贵，目前对其改进只能是工艺上的，无法解决根本问题，其安全性和可靠性都远低于相对简单的载人飞船，所以只能用新型飞船替换航天飞机。“哥伦比亚”号航天飞机事故之后，小布什政府要求NASA结束国际空间站计划，在2010年年底前让航天飞机退役，开发新火箭和太空飞船，在2020年左右送宇航员重返月球。NASA因此启动了“星座计划”，包括“战神”火箭和“猎户座”载人探索飞行器。
奥巴马总统竞选时表示支持该计划，但在2009年年初要求成立一个独立小组，在当前预算环境下，评估NASA载人太空飞行计划。与此同时，管理与预算办公室则从NASA项目中削减了30亿美元，这些资金原本用于研发“战神-5”火箭。
此外，美国政府的政策调整也是航天飞机退役的重要推手之一。2004年，美国总统布什决定在2010年让航天飞机退役，以便节省每年花在航天飞机上的40亿美元，从而支持重返月球和载人登火星。奥巴马在2009年当选总统后，改为用宇宙飞船进行载人登小行星，最终到达火星。
虽然，针对航天飞机存在的诸多难以克服的先天不足，美国很早
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