COTS, Глава 1, НАСА и промышленность
К оглавлению
Предыдующий раздел: Предисловие и Вступление
Глава 1: Фундамент программы
Управление программы коммерческих экипажей и грузов (Commercial Crew & Cargo Program Office, C3PO), официально созданное в ноябре 2005 года, стало кульминацией многих лет и даже десятилетий инициатив по стимулированию роста сектора частной космонавтики в США. Хотя государственно-частное партнерство в виде программы COTS, представляет собой новый способ ведения бизнеса в области пилотируемой космонавтики, такие взаимовыгодные отношения встречались на протяжении всей истории США.
В 1869 году было закончено строительство первой трансконтинентальной железной дороги, которая позволила беспересадочно путешествовать между восточным и западным побережьем Америки. Подобный проект был бы невозможен без государственной поддержки облигациями и выделением земли. В первой половине 20-го века развитию частной авиации помогло принятие Закона об авиапочте 1925 года (1925 Air Mail Act, Kelly Act), который позволил Почтовому департаменту США заключать контракты с частными компаниями на доставку писем. Это в том числе привело и к использованию коммерческих самолетов для доступных пассажирских перевозок, поскольку воздушный транспорт превратился из опасного увлечения в рутинную деятельность.
Эти примеры продемонстрируют выгоду от государственно-частных партнерств для достижения целей США и укрепления американской экономики за счет инвестиций в инновационные технологии. Более 50-и лет после исторического полета Алана Шепарда визионеры в аэрокосмическом сообществе стремились распространить такой же тип сотрудничества и в сферу космического транспорта.
Частные компании участвуют в программах НАСА в качестве подрядчиков с момента основания Агентства в 1958 году, но только начиная с 1980-х годов выполнение рутинных операций в космонавтике стали смещаться в частный сектор. Многочисленные программы НАСА заложили основу для программы COTS, начав с ранних усилий по привлечению частных компаний для выполнения работ по космическому челноку и орбитальной станции. Хотя не все эти программы были завершены, принципы, выработанные для успешных отношений с частным сектором, станут столпами миссии по развитию коммерчески доступных транспортных услуг по снабжению МКС.
НАСА и промышленность
С момента своего основания в 1958 году НАСА сосредоточилось на выполнении государственных космических программ. В рамках программ "Меркурий", "Джемини", "Аполлон" и "Спейс шаттл" космическое агентство нанимало подрядчиков для разработки ракет-носителей и космических аппаратов, однако все операции этих компаний проводились под правительственным контролем. Данный контроль определялся как «способность НАСА вникать» в «проектирование, разработку, тестирование и эксплуатацию техники», а также вести строгий надзор за деятельностью подрядчика, «бдительное и ответственное попечение и управление». [4] Такие отношения на раннем этапе развития космонавтики задали модель взаимодействия между НАСА и промышленностью на десятилетия вперед.
Коммерциализация в эру шаттлов
Когда НАСА приступило к разработке комплекса «Space Shuttle», новый корабль представлялся надежным и недорогим транспортом для запуска правительственных и коммерческих грузов на орбиту. Первая миссия шаттла (STS-1) состоялась 12 апреля 1981 года, вскоре после того, как новым президентом США стал Рональд Рейган. Надежды на новую систему были высоки, поскольку «в космосе начиналась новая эра, в которой коммерциализация будет играть важную роль». [5]
Этот оптимизм был поддержан политикой коммерциализации космоса, которой придерживался Рейган. Во время церемонии подписания Закона о коммерциализации космических запусков 1984 года (1984 Commercial Space Launch Act) президент заявил: «Одной из важных задач моей администрации было и будет оставаться содействие частному сектору в стремлении к коммерциализации космоса». [6]
Президент Рональд Рейган во время посещения Центра управления полетами в Космическом центре имени Джонсона беседует с экипажем на борту космического корабля «Колумбия» во время полета STS-2.
В 1980-х годах были образованы несколько новых компаний, которые рассчитывали воспользоваться открывшимися возможностями в новой эре коммерческой космонавтики. В числе прочих можно упомянуть компании Orbital Sciences, основанную Дэвидом Томпсоном, и Space Services, основанную Дэвидом Ханна и Гари Хадсоном с привлечением бывших сотрудников НАСА, таких как астронавт Дональд Слейтон. В первые несколько лет эксплуатации шаттлов от двух компаний были получены предложения построить пятый, частный орбитальный корабль в дополнение к существующему флоту НАСА.
В сентябре 1984 года администратор НАСА Джеймс Беггс создал Управление по коммерческим программам (Office of Commercial Programs), которое «стимулировало частный сектор к увеличению использования космоса в коммерческих целях и активизировало усилия по поиску способов применения технологий НАСА в частном секторе». [9] В том же году Конгресс принял Закон о коммерциализации космических запусков, целью которого было стимуляция роста индустрии частных ракет-носителей. В Департаменте транспорта было создано Управление коммерческого космического транспорта (Office of Commercial Space Transportation, AST) для регулирования коммерческих запусков и стимулировании роста коммерческой космонавтики. [10]
В 1980-х годах многим наблюдателям казалось, что коммерческие космические запуски стали перспективным направлением. Однако в январе 1986 года, во время очередного запуска, разрушительная авария привела к потере челнока «Challenger» вместе с экипажем и полезным грузом. В результате многие подвергли сомнению роль НАСА в качестве главного подрядчика по доставке спутников в космос. Несмотря на попытки Агентства удержать своих клиентов, 15 августа 1986 года президент Рейган выступил с заявлением, в котором запретил коммерческое использование шаттлов. Аэрокосмические компании, стремясь обеспечить коммерческие спутники дешевыми и надежными средствами вывода на орбиту, возобновили производство одноразовых ракет-носителей для частных клиентов. [11]
Ранние усилия по коммерциализации космической станции
Программа космической станции, официально объявленная президентом Рейганом 25 января 1984 года, предложила новые варианты коммерческого использования космоса. Некоторые ранние концепции орбитального комплекса включали в себя частные модули, присоединенные к базовой станции.
Ряд предложений коммерческих компаний предлагали разместить эксперименты на независимых платформах. В их число входила компания Space Industries, которую возглавлял Максим Фагет, бывший директор Космического центра имени Джонсона по инженерным разработкам и ведущий разработчик космических кораблей "Меркурий" и "Шаттл". Со стороны космической промышленности поступило предложение построить Промышленный космический комплекс (Industrial Space Facility, ISF), который будет находиться на низкой околоземной орбите и обслуживаться экипажами Шаттлов по мере необходимости. Однако идея получила противодействие со стороны НАСА, поскольку частная платформа рассматривалась как угроза для собственной программы космической станции, и, после серии противоречивых слушаний в Конгрессе в 1988 году, вариант ISF был отклонен. [12]
Из множества коммерческих космических проектов 1980-х годов на орбиту выводился только герметичный модуль SPACEHAB, предназначенный для размещения в отсеке полезной нагрузки шаттла. [13]
Разработанный частной компанией модуль SPACEHAB более чем вдвое увеличил герметичный объем шаттла для проведения экспериментов. Первый полет этого модуля состоялся в июне 1993 года на космическом шаттле «Индевор» в рамках миссии STS-57.
«Быстрее, лучше, дешевле»
Под руководством Даниэля Голдина, который занимал эту должность с 1992 по 2001 год, НАСА приступило к созданию аппаратов по программе «быстрее, лучше, дешевле». Руководители признали, что для выполнения этой задачи им необходимо было изменить обычные практики работы. Они основывали реализацию таких проектов, как Mars Pathfinder на опыте подразделения «Skunk Works» компании Lockheed, в котором была найдена удачная формула более быстрой и эффективной разработки самолетов. Были упрощены сложные структуры управления и надзора, а также уменьшено количество вовлеченных в проекты людей. Ограничение размера организации помогло улучшить «групповую сплоченность», а членам команды были предоставлены более широкие полномочия для принятия решений без бремени внешнего контроля. [14]
Многоразовые ракеты-носители
После распада Советского Союза в 1991 году и окончания холодной войны, в условиях новых экономических реалий на рынке космического транспорта появилось несколько новых участников. Среди них можно выделить следующие наиболее значимые компании: Pioneer Rocketplane, Kistler Aerospace и Rotary Rocket. [15] Данные компании и их основатели будут играть важную роль в будущих программах НАСА, направленных на расширение сотрудничества с коммерческим сектором.
Хотя эти новые компании в первую очередь стремились занять нишу в растущей отрасли спутниковой связи, к их проектам недорогих средств выведения также имелся интерес со стороны НАСА. После десятилетия эксплуатации «Шаттлов», которые оказались более дорогими и менее надежными, чем изначально предполагалось, «проблема недорогого, надежного космического транспорта была оценена как первостепенная» [16].
Программа НАСА 1990-х годов по разработке второго поколения многоразовых ракет-носителей (первым поколением считается система «Спейс шаттл») в сотрудничестве с коммерческими компаниями включала в себя создание космических самолетов X-33 и X-34. Для проекта X-33 НАСА позволило компаниям прорабатывать свои собственные идеи, без государственного вмешательства в конструкторское творчество. [17]
Рисунок художника. В 1996 году Lockheed Martin начала работу над проектом X-33, в рамках государственно-частного партнерства. Ракетный самолет должен был продемонстрировать способность частной промышленности создавать и эксплуатировать многоразовые ракеты-носители. Программа была отменена в 2001 году.
Orbital Sciences, будущий партнер COTS, был активным участником проекта X-34. Джон Мэнсфилд, заместитель администратора НАСА по доступу в космос и технологиям, предвосхищая подход программы COTS об ограниченном надзоре, заявил: «Мы являемся партнером для индустрии, а не их начальником». [18] Хотя создание этих аппаратов было отменено на среднем этапе разработки, проекты X-33 и Х-34 продемонстрировали растущую готовность НАСА к созданию новой формы сотрудничества с промышленностью, что стало особенно актуально в связи с уменьшением бюджетов.
Примерно в то же время НАСА работало над переводом эксплуатации комплекса «Спейс шаттл» в частный сектор. Независимый аудит программы «Спейс шаттл» произведенный в феврале 1995 года, рекомендовал передать эксплуатацию комплекса единому генеральному подрядчику. В дополнение к рекомендации, чтобы НАСА сняло ограничение на коммерческую полезную нагрузку, в отчете говорилось: «Увеличение участия промышленности в эксплуатации космического челнока можно рассматривать как один из первых шагов на пути к коммерциализации космонавтики». [19]
К концу 1990-х годов обеспечение «гарантированного доступа в космос», стало предметом растущего беспокойства для НАСА, в связи с чем космическое агентство приступило к рассмотрению вариантов перспективных архитектур космического транспорта. Варианты включали в себя различные комбинации Шаттла, одноразовых и частных многоразовых ракет. [20] В феврале 1998 года главный инженер НАСА Дэниел Малвилл рассказал о взаимодействии с промышленностью для разработки коммерчески жизнеспособных многоразовых ракет-носителей. В то время в разработке находился, например, полностью многоразовый корабль Roton, компании Гэри Хадсона Rotary Rocket. [21] При этом Малвилл полагал, что системы следующего поколения сначала должны показать себя в непилотируемом варианте, прежде чем переходить на миссии с полетом человека.
В конце 1990-х годов коммерческими компаниями разрабатывались различные многоразовые ракеты-носители, в том числе и Roton от Rotary Rocket. Проект пилотируемого космического корабля по одноступенчатой схеме имел лопасти несущего винта и внутренний грузовой отсек.
Малвилл подчеркивал, что компании сами определят оптимальный путь для удовлетворения потребностей своего бизнеса: «Это не то, что мы делаем самостоятельно. Это возможность партнерства. Для нас это способ работы с промышленностью». Многие из тем, которые Малвилл обозначил в своих выступлениях, в будущем станут отличительными чертами сотрудничества НАСА с промышленностью. В их числе изменение роли НАСА, от владельца систем выведения до заказчика транспортных услуг до орбиты, что позволило космическому агентству сосредоточиться на науке и исследованиях в дальнем космосе. Другая важная тема, это наличие для компаний «значительного препятствия» для выгодной продажи своих услуг в частном секторе. [22]
В сентябре 1998 года, чтобы получить представление о том, как будет использоваться космический челнок в будущем, НАСА заключило пять однолетних контрактов на изучение вариантов экономически эффективной космической архитектуры. Пять компаний, в том числе Boeing и Orbital Sciences, предложили различные концепции для средств выведения, межорбитальных буксиров, инфраструктуры необходимой для эксплуатации этих систем, и приоритетов для инвестиций. В следующем месяце Конгресс принял Закон о коммерциализации космоса (Commercial Space Act of 1998). Этот закон поощрял развитие коммерческих услуг, требуя от правительства «приобретать космические транспортные услуги у коммерческих поставщиков, находящихся в Соединенных Штатах всякий раз, когда данные услуги требуются». [23]
Группа Планирования Десятилетки
В июне 1999 года, для осуществления долгосрочного стратегического планирования, администратор Голдин сформировал Группу Планирования Десятилетки (Decadal Planning Team, DPT), в которую привлек ключевых экспертов со всего Агентства. В течение следующего года группа была преобразована в Исследовательскую Группу НАСА (NASA Exploration Team, NExT).
Для дальнейшего освоения космоса Группой был предложен подход общего развития отрасли, не связанный с конкретным местом назначения. Это означало, что вместо сосредоточения усилий на достижении одной крупной цели, такой как пилотируемый полет на Марс, следует разрабатывать ключевые технологии (в том числе энергетические системы и радиационную защиту), которые будут способствовать комплексному исследование космоса, и позволят исследователям методически углубляться в космическое пространство.
В презентации NExT 2002 года были процитированы Закон о космосе 1958 года (1958 Space Act), и Стратегический план НАСА 2000-2003, и перечислены основные цели группы: «разработка предконкурентных технологий со значительным коммерческим потенциалом» и «открытие возможностей для граждан США путем приватизации и коммерциализации космической среды». [24] Хотя срок полномочий Голдина закончился в ноябре 2001 года, некоторые из идей, проработанных в рамках DPT/NExT, сформируют ключевые компоненты будущей политики НАСА, в частности Видение исследования космоса 2004 года.
Инициатива по космическому запуску
Параллельно с деятельностью Группы Планирования, в 2000 году НАСА приступило к реализации Инициативы по Космическому Запуску (Space Launch Initiative, SLI), управляемой Центром космических полетов имени Маршалла. Цель SLI состояла в снижении стоимости доступа в космос, путем поощрения создания частных многоразовых ракет-носителей. Программа предполагала проработку нескольких конкурирующих концепций, которые проходили отсев на промежуточных этапах, и в 2006 году лучшая концепция должна была перейти к этапу реализации.
Голдин пояснял, что «основное внимание уделяется созданию комплексного плана по развитию космического транспорта для удовлетворения потребностей НАСА в доставке людей и грузов, а также в поиске синергии с коммерческим сектором космической отрасли». [26] Важно отметить, что в отличие от более поздних программ, SLI ставит сильный акцент на выполнение требований НАСА по управлению и надзору. В 2002 году Счетная Палата США сообщала, что «НАСА считает, что большая часть успеха программы SLI напрямую связана с внедрением систем управления проектами и соответствующим контролем», и что программа не может продолжаться, пока НАСА не определит свои требования к разрабатываемым аппаратам. [27]
В это время поставки на Международную Космическую Станцию (МКС) продолжали вызывать растущую обеспокоенность у НАСА. Как сказал руководитель программы Томми Холлоуэй: «В [программе МКС] существуют дыры, через которые вы можете проехать на грузовике, и одной из этих дыр является несвоевременная поставка критически важных запчастей».
Альтернативный доступ к станции
Программа Альтернативного доступа к станции (Alternate Access to Station, AAS) стала важной частью SLI. В августе 2000 года в рамках AAS было распределено 902 тысячи долларов США четырем малым предприятиям (Andrews Space, Microcosm, HMX и Kistler Aerospace) для проведения трехмесячного исследования осуществимости создания коммерческих средств выведения со сроком подготовки миссии в одну неделю, для снабжения МКС в экстренной ситуации. [29] Позднее компания Kistler Aerospace, после слияния с Rocketplane Global и образования Rocketplane Kistler, получит финансирование по программе COTS на разработку своей космической системы K-1.
Опираясь на эту основу, в дальнейших исследованиях по программе AAS будут рассматриваться такие аспекты, как необходимая для коммерческих запусков инфраструктура, мероприятия по снижению рисков и методика проведения летных испытаний.
Всего в программе AAS участвовало более 20-и предприятий, кроме уже перечисленных стоит отдельно упомянуть компании Boeing, Lockheed Martin и Orbital Sciences. Последняя прорабатывала ранние концепции экстренного снабжения орбитальной станции еще до появления программы AAS. По словам Роберта Ричардса, вице-президента Human Spaceflight Systems, Orbital предложила концепт системы под названием Orb Express, который был бы способен доставить на станцию несколько сотен килограммов груза, например «критические припасы», уже через несколько дней после запроса. [30] В дальнейшем, в феврале 2008 года, Orbital Sciences будет выбрана в качестве нового партнера по программе COTS.
В течение двух лет выполнения программы SLI, до ее отмены в 2002 году, участники AAS разработали несколько концептов и систем, которые будут представлены в COTS и последующих коммерческих инициативах. [31]
Коммерциализация и Видение исследований космического пространства
Следующий год, после катастрофы космического корабля "Колумбия" произошедшей в феврале 2003 года, станет решающим для национальной космической политики. В то время как администратор НАСА Шон О'Киф руководил мероприятиями по восстановлению после произошедшей трагедии, президент Джордж Буш-младший 14 января 2004 года в штаб-квартире НАСА представил стратегию «Видение исследований космического пространства». В рамках данного видения стартовала программа «Созвездие», включающая в себя разработку нового корабля «Орион» и семейства ракет-носителей «Арес» для возвращения людей на Луну и полета на Марс.
Администратор НАСА Шон О'Киф жмет руку президенту Бушу в штаб-квартире НАСА 14 января 2004 года, где Буш обнародовал новое видение национальной космической программы.
Новая Политика космических исследований США предполагала ключевую роль для частных компаний в космонавтике. Было дано указание НАСА «приобретать услуги по доставке грузов на Международную космическую станцию, как только они появятся по оправданным ценам». Конгресс выразил свою поддержку принятием Закона об утверждении программ НАСА 2005 года (NASA Authorization Act of 2005), предписывающем Администратору «разработать план коммерциализации для поддержки полетов человека на Луну и Марс, для поддержки деятельности на низкой околоземной орбите» [32].
В апреле 2005 года, когда новый Администратора НАСА Майкл Гриффин вступил в должность, программа развития коммерческих транспортных услуг рассматривалась в качестве более широкой части «Созвездия»: «Обязательства заключались в том, что в итоге, когда эти компании научились бы создавать свои ракеты и космические корабли, у них был бы рынок по доставке грузов на космическую станцию». [33] После завершения строительства МКС потребуется регулярно пополнять жизненно необходимые запасы, такие как вода, еда и одежда, не говоря уже о критически важном оборудовании и научных экспериментах. Коммерческие компании способны помочь в предоставлении этих важнейших услуг по снабжению, позволив НАСА сосредоточиться на исследованиях в дальнем космосе.
Ansari X Prize
Дополнительно увеличило энтузиазм в отрасли известие о завершении конкурса Ansari X Prize. Корабль SpaceShipOne, созданный в Scaled Composites, совместном предприятие Берта Рутана и соучредителя Microsoft Пола Аллена, стал первым аппаратом который смог в течении двух недель совершить два пилотируемых суборбитальных полетов и, 4 октября 2004 года, принес своим создателям приз в размере 10 миллионов долларов.
В течение многих лет сторонники коммерциализации космоса, такие как Джеймс Манси умоляли Конгресс поддержать коммерческие инициативы, особенно в части услуг по доставке грузов на МКС. Полеты корабля SpaceShipOne доказали, что активисты отрасли, которые требовали развивать частную космонавтику, на самом деле способны создать многоразовый пилотируемый космический корабль и, независимо от НАСА, отправить человека в космический полет. [34]
Многие сторонники коммерческой космонавтики называют премию Ansari X Prize катализатором, увеличившим государственную поддержку частного космического транспорта. Для данных сторонников полеты SpaceShipOne, доказали наблюдение, что «высокая стоимость программ НАСА <…> продиктована правительственными законами: агентства с монополиями, вероятнее всего, будут работать безопасным и дорогим способом», и что более эффективные методы создания космической техники действительно возможны. [35]
Изучение концепции исследования и совершенствования
В сентябре 2004 года заместитель администратора Директората исследовательских систем (Exploration Systems Mission Directorate, ESMD) Крейг Стейдл, заключил контракты по программе Изучение концепции исследования и совершенствования (Concept Exploration and Refinement Study, CE&R). Средства CE&R были присуждены 11 компаниям «для проведения предварительных концептуальных исследований по вопросу изучения Луны человеком и разработки пилотируемого исследовательского корабля Orion». [36]
Стейдл использовал свой опыт руководства программой по созданию ударного истребителя (F-35), в которой два участника представили свои летные прототипы прежде, чем был определен победитель в конкурсе. Подобную соревновательность он применил и к разработке космического корабля, стремясь провести конкурс к 2008 году. [37]
В CE&R участвовали уже знакомые по предыдущим программам компании, такие как Boeing, Lockheed Martin, Orbital Sciences и SpaceHab.
Гэри Хадсон, генеральный директор HMX и Дэвид Гамп, специально для участия в тендерах по контрактам CE&R, создали дочернюю организацию Transformational Space Corp. (t/Space). Компания t/Space получила одну из наград за предложение, в котором описана архитектура космического транспорта, состоящая из двух этапов (Spirals). Сначала коммерческое «такси» доставляло астронавтов с Земли на орбиту (Spiral 1), затем астронавты использовали межорбитальные транспортные средства для перелета к Луне и обратно (Spiral 2). По словам Хадсона и Бреттона Александра, бывшего вице-президента t/Space по связям с правительством, работа компании по контрактам CE&R задала шаблон взаимодействия для того, что позже станет программой COTS.
Гэри Хадсон и Дэвид Гамп, соучредители t/Space, вместе с Чарльзом Дуэлфером и Бреттом Александером.
Примерно в то же время ESMD провела исследование с 16 компаниями, включая Boeing, Kistler Aerospace, недавно созданную компанию Space Exploration Technologies (SpaceX) и t/Space, относительно потенциала компаний по развитию способности достижения низкой околоземной орбиты и способов выгодного взаимодействия с ними. Результаты, полученные в декабре 2004 года, содержали руководство по некоторым ключевым принципам работы с промышленностью, которые в итоге будут применяться в работе C3PO. [39]
Коммерческие грузовые перевозки для МКС
В первой половине 2005 года, менее чем за год до создания C3PO, программа AAS была закрыта, а многие из ее направлений перешли в новую программу Коммерческих грузовых перевозок для МКС (ISS Commercial Cargo Services, ICCS), администрируемую Управлением программы МКС. В бюджете НАСА на 2005 финансовый год было выделено 140 миллионов долларов США на выполнение программы ICCS, цели которой были обозначены как «закупка услуг по запуску, доставке и возврату на землю грузов для МКС» в свете возможного вывода из эксплуатации комплекса «Спейс Шаттл» [40].
Во время последней миссии «Шаттла» в июле 2011 года астронавт Сэнди Магнус передала приблизительно 1200 килограммов продовольствия и более 4200 килограммов оборудования из универсального модуля логистики на Международную космическую станцию. В течение многих лет космический челнок доставлял грузы экипажам экспедиции. Тем не менее, политика «Видение освоения космического пространства» включала в себя завершение программы «Шаттл». Это открыло коммерческим компаниям возможность войти на рынок доставки грузов на МКС.
В рамках ICCS 25 апреля 2005 г. в Космическом центре им. Джонсона была проведена конференция для рассмотрения «общих технических требований к коммерческим грузоперевозкам для МКС». [41] Валин Торн, будущий заместитель руководителя C3PO, представил основные цели и требования программы, дав описание того, как НАСА планирует получать услуги для МКС. При этом описания космического корабля для таких услуг представлено не было. В презентации Торна были рассмотрены основные характеристики такого транспортного средства, например, количество груза, необходимого для пополнения запасов, а также требования в части стыковки с МКС.
ICCS была прямым предшественником C3PO, созданного осенью 2005 года. К февралю 2006 года, когда НАСА опубликовало свой бюджетный запрос на 2007 финансовый год, ICCS была переведена из Управления программы МКС в Директорат исследовательских систем, где она была переименована в COTS. [43]
Предыдующий раздел: Предисловие и Вступление
Глава 1: Фундамент программы
Управление программы коммерческих экипажей и грузов (Commercial Crew & Cargo Program Office, C3PO), официально созданное в ноябре 2005 года, стало кульминацией многих лет и даже десятилетий инициатив по стимулированию роста сектора частной космонавтики в США. Хотя государственно-частное партнерство в виде программы COTS, представляет собой новый способ ведения бизнеса в области пилотируемой космонавтики, такие взаимовыгодные отношения встречались на протяжении всей истории США.
В 1869 году было закончено строительство первой трансконтинентальной железной дороги, которая позволила беспересадочно путешествовать между восточным и западным побережьем Америки. Подобный проект был бы невозможен без государственной поддержки облигациями и выделением земли. В первой половине 20-го века развитию частной авиации помогло принятие Закона об авиапочте 1925 года (1925 Air Mail Act, Kelly Act), который позволил Почтовому департаменту США заключать контракты с частными компаниями на доставку писем. Это в том числе привело и к использованию коммерческих самолетов для доступных пассажирских перевозок, поскольку воздушный транспорт превратился из опасного увлечения в рутинную деятельность.
Эти примеры продемонстрируют выгоду от государственно-частных партнерств для достижения целей США и укрепления американской экономики за счет инвестиций в инновационные технологии. Более 50-и лет после исторического полета Алана Шепарда визионеры в аэрокосмическом сообществе стремились распространить такой же тип сотрудничества и в сферу космического транспорта.
Частные компании участвуют в программах НАСА в качестве подрядчиков с момента основания Агентства в 1958 году, но только начиная с 1980-х годов выполнение рутинных операций в космонавтике стали смещаться в частный сектор. Многочисленные программы НАСА заложили основу для программы COTS, начав с ранних усилий по привлечению частных компаний для выполнения работ по космическому челноку и орбитальной станции. Хотя не все эти программы были завершены, принципы, выработанные для успешных отношений с частным сектором, станут столпами миссии по развитию коммерчески доступных транспортных услуг по снабжению МКС.
НАСА и промышленность
С момента своего основания в 1958 году НАСА сосредоточилось на выполнении государственных космических программ. В рамках программ "Меркурий", "Джемини", "Аполлон" и "Спейс шаттл" космическое агентство нанимало подрядчиков для разработки ракет-носителей и космических аппаратов, однако все операции этих компаний проводились под правительственным контролем. Данный контроль определялся как «способность НАСА вникать» в «проектирование, разработку, тестирование и эксплуатацию техники», а также вести строгий надзор за деятельностью подрядчика, «бдительное и ответственное попечение и управление». [4] Такие отношения на раннем этапе развития космонавтики задали модель взаимодействия между НАСА и промышленностью на десятилетия вперед.
Коммерциализация в эру шаттлов
Когда НАСА приступило к разработке комплекса «Space Shuttle», новый корабль представлялся надежным и недорогим транспортом для запуска правительственных и коммерческих грузов на орбиту. Первая миссия шаттла (STS-1) состоялась 12 апреля 1981 года, вскоре после того, как новым президентом США стал Рональд Рейган. Надежды на новую систему были высоки, поскольку «в космосе начиналась новая эра, в которой коммерциализация будет играть важную роль». [5]
Этот оптимизм был поддержан политикой коммерциализации космоса, которой придерживался Рейган. Во время церемонии подписания Закона о коммерциализации космических запусков 1984 года (1984 Commercial Space Launch Act) президент заявил: «Одной из важных задач моей администрации было и будет оставаться содействие частному сектору в стремлении к коммерциализации космоса». [6]
Президент Рональд Рейган во время посещения Центра управления полетами в Космическом центре имени Джонсона беседует с экипажем на борту космического корабля «Колумбия» во время полета STS-2.
В 1980-х годах были образованы несколько новых компаний, которые рассчитывали воспользоваться открывшимися возможностями в новой эре коммерческой космонавтики. В числе прочих можно упомянуть компании Orbital Sciences, основанную Дэвидом Томпсоном, и Space Services, основанную Дэвидом Ханна и Гари Хадсоном с привлечением бывших сотрудников НАСА, таких как астронавт Дональд Слейтон. В первые несколько лет эксплуатации шаттлов от двух компаний были получены предложения построить пятый, частный орбитальный корабль в дополнение к существующему флоту НАСА.
В сентябре 1984 года администратор НАСА Джеймс Беггс создал Управление по коммерческим программам (Office of Commercial Programs), которое «стимулировало частный сектор к увеличению использования космоса в коммерческих целях и активизировало усилия по поиску способов применения технологий НАСА в частном секторе». [9] В том же году Конгресс принял Закон о коммерциализации космических запусков, целью которого было стимуляция роста индустрии частных ракет-носителей. В Департаменте транспорта было создано Управление коммерческого космического транспорта (Office of Commercial Space Transportation, AST) для регулирования коммерческих запусков и стимулировании роста коммерческой космонавтики. [10]
В 1980-х годах многим наблюдателям казалось, что коммерческие космические запуски стали перспективным направлением. Однако в январе 1986 года, во время очередного запуска, разрушительная авария привела к потере челнока «Challenger» вместе с экипажем и полезным грузом. В результате многие подвергли сомнению роль НАСА в качестве главного подрядчика по доставке спутников в космос. Несмотря на попытки Агентства удержать своих клиентов, 15 августа 1986 года президент Рейган выступил с заявлением, в котором запретил коммерческое использование шаттлов. Аэрокосмические компании, стремясь обеспечить коммерческие спутники дешевыми и надежными средствами вывода на орбиту, возобновили производство одноразовых ракет-носителей для частных клиентов. [11]
Ранние усилия по коммерциализации космической станции
Программа космической станции, официально объявленная президентом Рейганом 25 января 1984 года, предложила новые варианты коммерческого использования космоса. Некоторые ранние концепции орбитального комплекса включали в себя частные модули, присоединенные к базовой станции.
Ряд предложений коммерческих компаний предлагали разместить эксперименты на независимых платформах. В их число входила компания Space Industries, которую возглавлял Максим Фагет, бывший директор Космического центра имени Джонсона по инженерным разработкам и ведущий разработчик космических кораблей "Меркурий" и "Шаттл". Со стороны космической промышленности поступило предложение построить Промышленный космический комплекс (Industrial Space Facility, ISF), который будет находиться на низкой околоземной орбите и обслуживаться экипажами Шаттлов по мере необходимости. Однако идея получила противодействие со стороны НАСА, поскольку частная платформа рассматривалась как угроза для собственной программы космической станции, и, после серии противоречивых слушаний в Конгрессе в 1988 году, вариант ISF был отклонен. [12]
Из множества коммерческих космических проектов 1980-х годов на орбиту выводился только герметичный модуль SPACEHAB, предназначенный для размещения в отсеке полезной нагрузки шаттла. [13]
Разработанный частной компанией модуль SPACEHAB более чем вдвое увеличил герметичный объем шаттла для проведения экспериментов. Первый полет этого модуля состоялся в июне 1993 года на космическом шаттле «Индевор» в рамках миссии STS-57.
«Быстрее, лучше, дешевле»
Под руководством Даниэля Голдина, который занимал эту должность с 1992 по 2001 год, НАСА приступило к созданию аппаратов по программе «быстрее, лучше, дешевле». Руководители признали, что для выполнения этой задачи им необходимо было изменить обычные практики работы. Они основывали реализацию таких проектов, как Mars Pathfinder на опыте подразделения «Skunk Works» компании Lockheed, в котором была найдена удачная формула более быстрой и эффективной разработки самолетов. Были упрощены сложные структуры управления и надзора, а также уменьшено количество вовлеченных в проекты людей. Ограничение размера организации помогло улучшить «групповую сплоченность», а членам команды были предоставлены более широкие полномочия для принятия решений без бремени внешнего контроля. [14]
Многоразовые ракеты-носители
После распада Советского Союза в 1991 году и окончания холодной войны, в условиях новых экономических реалий на рынке космического транспорта появилось несколько новых участников. Среди них можно выделить следующие наиболее значимые компании: Pioneer Rocketplane, Kistler Aerospace и Rotary Rocket. [15] Данные компании и их основатели будут играть важную роль в будущих программах НАСА, направленных на расширение сотрудничества с коммерческим сектором.
Хотя эти новые компании в первую очередь стремились занять нишу в растущей отрасли спутниковой связи, к их проектам недорогих средств выведения также имелся интерес со стороны НАСА. После десятилетия эксплуатации «Шаттлов», которые оказались более дорогими и менее надежными, чем изначально предполагалось, «проблема недорогого, надежного космического транспорта была оценена как первостепенная» [16].
Программа НАСА 1990-х годов по разработке второго поколения многоразовых ракет-носителей (первым поколением считается система «Спейс шаттл») в сотрудничестве с коммерческими компаниями включала в себя создание космических самолетов X-33 и X-34. Для проекта X-33 НАСА позволило компаниям прорабатывать свои собственные идеи, без государственного вмешательства в конструкторское творчество. [17]
Рисунок художника. В 1996 году Lockheed Martin начала работу над проектом X-33, в рамках государственно-частного партнерства. Ракетный самолет должен был продемонстрировать способность частной промышленности создавать и эксплуатировать многоразовые ракеты-носители. Программа была отменена в 2001 году.
Orbital Sciences, будущий партнер COTS, был активным участником проекта X-34. Джон Мэнсфилд, заместитель администратора НАСА по доступу в космос и технологиям, предвосхищая подход программы COTS об ограниченном надзоре, заявил: «Мы являемся партнером для индустрии, а не их начальником». [18] Хотя создание этих аппаратов было отменено на среднем этапе разработки, проекты X-33 и Х-34 продемонстрировали растущую готовность НАСА к созданию новой формы сотрудничества с промышленностью, что стало особенно актуально в связи с уменьшением бюджетов.
Примерно в то же время НАСА работало над переводом эксплуатации комплекса «Спейс шаттл» в частный сектор. Независимый аудит программы «Спейс шаттл» произведенный в феврале 1995 года, рекомендовал передать эксплуатацию комплекса единому генеральному подрядчику. В дополнение к рекомендации, чтобы НАСА сняло ограничение на коммерческую полезную нагрузку, в отчете говорилось: «Увеличение участия промышленности в эксплуатации космического челнока можно рассматривать как один из первых шагов на пути к коммерциализации космонавтики». [19]
К концу 1990-х годов обеспечение «гарантированного доступа в космос», стало предметом растущего беспокойства для НАСА, в связи с чем космическое агентство приступило к рассмотрению вариантов перспективных архитектур космического транспорта. Варианты включали в себя различные комбинации Шаттла, одноразовых и частных многоразовых ракет. [20] В феврале 1998 года главный инженер НАСА Дэниел Малвилл рассказал о взаимодействии с промышленностью для разработки коммерчески жизнеспособных многоразовых ракет-носителей. В то время в разработке находился, например, полностью многоразовый корабль Roton, компании Гэри Хадсона Rotary Rocket. [21] При этом Малвилл полагал, что системы следующего поколения сначала должны показать себя в непилотируемом варианте, прежде чем переходить на миссии с полетом человека.
В конце 1990-х годов коммерческими компаниями разрабатывались различные многоразовые ракеты-носители, в том числе и Roton от Rotary Rocket. Проект пилотируемого космического корабля по одноступенчатой схеме имел лопасти несущего винта и внутренний грузовой отсек.
Малвилл подчеркивал, что компании сами определят оптимальный путь для удовлетворения потребностей своего бизнеса: «Это не то, что мы делаем самостоятельно. Это возможность партнерства. Для нас это способ работы с промышленностью». Многие из тем, которые Малвилл обозначил в своих выступлениях, в будущем станут отличительными чертами сотрудничества НАСА с промышленностью. В их числе изменение роли НАСА, от владельца систем выведения до заказчика транспортных услуг до орбиты, что позволило космическому агентству сосредоточиться на науке и исследованиях в дальнем космосе. Другая важная тема, это наличие для компаний «значительного препятствия» для выгодной продажи своих услуг в частном секторе. [22]
В сентябре 1998 года, чтобы получить представление о том, как будет использоваться космический челнок в будущем, НАСА заключило пять однолетних контрактов на изучение вариантов экономически эффективной космической архитектуры. Пять компаний, в том числе Boeing и Orbital Sciences, предложили различные концепции для средств выведения, межорбитальных буксиров, инфраструктуры необходимой для эксплуатации этих систем, и приоритетов для инвестиций. В следующем месяце Конгресс принял Закон о коммерциализации космоса (Commercial Space Act of 1998). Этот закон поощрял развитие коммерческих услуг, требуя от правительства «приобретать космические транспортные услуги у коммерческих поставщиков, находящихся в Соединенных Штатах всякий раз, когда данные услуги требуются». [23]
Группа Планирования Десятилетки
В июне 1999 года, для осуществления долгосрочного стратегического планирования, администратор Голдин сформировал Группу Планирования Десятилетки (Decadal Planning Team, DPT), в которую привлек ключевых экспертов со всего Агентства. В течение следующего года группа была преобразована в Исследовательскую Группу НАСА (NASA Exploration Team, NExT).
Для дальнейшего освоения космоса Группой был предложен подход общего развития отрасли, не связанный с конкретным местом назначения. Это означало, что вместо сосредоточения усилий на достижении одной крупной цели, такой как пилотируемый полет на Марс, следует разрабатывать ключевые технологии (в том числе энергетические системы и радиационную защиту), которые будут способствовать комплексному исследование космоса, и позволят исследователям методически углубляться в космическое пространство.
В презентации NExT 2002 года были процитированы Закон о космосе 1958 года (1958 Space Act), и Стратегический план НАСА 2000-2003, и перечислены основные цели группы: «разработка предконкурентных технологий со значительным коммерческим потенциалом» и «открытие возможностей для граждан США путем приватизации и коммерциализации космической среды». [24] Хотя срок полномочий Голдина закончился в ноябре 2001 года, некоторые из идей, проработанных в рамках DPT/NExT, сформируют ключевые компоненты будущей политики НАСА, в частности Видение исследования космоса 2004 года.
Инициатива по космическому запуску
Параллельно с деятельностью Группы Планирования, в 2000 году НАСА приступило к реализации Инициативы по Космическому Запуску (Space Launch Initiative, SLI), управляемой Центром космических полетов имени Маршалла. Цель SLI состояла в снижении стоимости доступа в космос, путем поощрения создания частных многоразовых ракет-носителей. Программа предполагала проработку нескольких конкурирующих концепций, которые проходили отсев на промежуточных этапах, и в 2006 году лучшая концепция должна была перейти к этапу реализации.
Голдин пояснял, что «основное внимание уделяется созданию комплексного плана по развитию космического транспорта для удовлетворения потребностей НАСА в доставке людей и грузов, а также в поиске синергии с коммерческим сектором космической отрасли». [26] Важно отметить, что в отличие от более поздних программ, SLI ставит сильный акцент на выполнение требований НАСА по управлению и надзору. В 2002 году Счетная Палата США сообщала, что «НАСА считает, что большая часть успеха программы SLI напрямую связана с внедрением систем управления проектами и соответствующим контролем», и что программа не может продолжаться, пока НАСА не определит свои требования к разрабатываемым аппаратам. [27]
В это время поставки на Международную Космическую Станцию (МКС) продолжали вызывать растущую обеспокоенность у НАСА. Как сказал руководитель программы Томми Холлоуэй: «В [программе МКС] существуют дыры, через которые вы можете проехать на грузовике, и одной из этих дыр является несвоевременная поставка критически важных запчастей».
Альтернативный доступ к станции
Программа Альтернативного доступа к станции (Alternate Access to Station, AAS) стала важной частью SLI. В августе 2000 года в рамках AAS было распределено 902 тысячи долларов США четырем малым предприятиям (Andrews Space, Microcosm, HMX и Kistler Aerospace) для проведения трехмесячного исследования осуществимости создания коммерческих средств выведения со сроком подготовки миссии в одну неделю, для снабжения МКС в экстренной ситуации. [29] Позднее компания Kistler Aerospace, после слияния с Rocketplane Global и образования Rocketplane Kistler, получит финансирование по программе COTS на разработку своей космической системы K-1.
Опираясь на эту основу, в дальнейших исследованиях по программе AAS будут рассматриваться такие аспекты, как необходимая для коммерческих запусков инфраструктура, мероприятия по снижению рисков и методика проведения летных испытаний.
Всего в программе AAS участвовало более 20-и предприятий, кроме уже перечисленных стоит отдельно упомянуть компании Boeing, Lockheed Martin и Orbital Sciences. Последняя прорабатывала ранние концепции экстренного снабжения орбитальной станции еще до появления программы AAS. По словам Роберта Ричардса, вице-президента Human Spaceflight Systems, Orbital предложила концепт системы под названием Orb Express, который был бы способен доставить на станцию несколько сотен килограммов груза, например «критические припасы», уже через несколько дней после запроса. [30] В дальнейшем, в феврале 2008 года, Orbital Sciences будет выбрана в качестве нового партнера по программе COTS.
В течение двух лет выполнения программы SLI, до ее отмены в 2002 году, участники AAS разработали несколько концептов и систем, которые будут представлены в COTS и последующих коммерческих инициативах. [31]
Коммерциализация и Видение исследований космического пространства
Следующий год, после катастрофы космического корабля "Колумбия" произошедшей в феврале 2003 года, станет решающим для национальной космической политики. В то время как администратор НАСА Шон О'Киф руководил мероприятиями по восстановлению после произошедшей трагедии, президент Джордж Буш-младший 14 января 2004 года в штаб-квартире НАСА представил стратегию «Видение исследований космического пространства». В рамках данного видения стартовала программа «Созвездие», включающая в себя разработку нового корабля «Орион» и семейства ракет-носителей «Арес» для возвращения людей на Луну и полета на Марс.
Администратор НАСА Шон О'Киф жмет руку президенту Бушу в штаб-квартире НАСА 14 января 2004 года, где Буш обнародовал новое видение национальной космической программы.
Новая Политика космических исследований США предполагала ключевую роль для частных компаний в космонавтике. Было дано указание НАСА «приобретать услуги по доставке грузов на Международную космическую станцию, как только они появятся по оправданным ценам». Конгресс выразил свою поддержку принятием Закона об утверждении программ НАСА 2005 года (NASA Authorization Act of 2005), предписывающем Администратору «разработать план коммерциализации для поддержки полетов человека на Луну и Марс, для поддержки деятельности на низкой околоземной орбите» [32].
В апреле 2005 года, когда новый Администратора НАСА Майкл Гриффин вступил в должность, программа развития коммерческих транспортных услуг рассматривалась в качестве более широкой части «Созвездия»: «Обязательства заключались в том, что в итоге, когда эти компании научились бы создавать свои ракеты и космические корабли, у них был бы рынок по доставке грузов на космическую станцию». [33] После завершения строительства МКС потребуется регулярно пополнять жизненно необходимые запасы, такие как вода, еда и одежда, не говоря уже о критически важном оборудовании и научных экспериментах. Коммерческие компании способны помочь в предоставлении этих важнейших услуг по снабжению, позволив НАСА сосредоточиться на исследованиях в дальнем космосе.
Ansari X Prize
Дополнительно увеличило энтузиазм в отрасли известие о завершении конкурса Ansari X Prize. Корабль SpaceShipOne, созданный в Scaled Composites, совместном предприятие Берта Рутана и соучредителя Microsoft Пола Аллена, стал первым аппаратом который смог в течении двух недель совершить два пилотируемых суборбитальных полетов и, 4 октября 2004 года, принес своим создателям приз в размере 10 миллионов долларов.
В течение многих лет сторонники коммерциализации космоса, такие как Джеймс Манси умоляли Конгресс поддержать коммерческие инициативы, особенно в части услуг по доставке грузов на МКС. Полеты корабля SpaceShipOne доказали, что активисты отрасли, которые требовали развивать частную космонавтику, на самом деле способны создать многоразовый пилотируемый космический корабль и, независимо от НАСА, отправить человека в космический полет. [34]
Многие сторонники коммерческой космонавтики называют премию Ansari X Prize катализатором, увеличившим государственную поддержку частного космического транспорта. Для данных сторонников полеты SpaceShipOne, доказали наблюдение, что «высокая стоимость программ НАСА <…> продиктована правительственными законами: агентства с монополиями, вероятнее всего, будут работать безопасным и дорогим способом», и что более эффективные методы создания космической техники действительно возможны. [35]
Изучение концепции исследования и совершенствования
В сентябре 2004 года заместитель администратора Директората исследовательских систем (Exploration Systems Mission Directorate, ESMD) Крейг Стейдл, заключил контракты по программе Изучение концепции исследования и совершенствования (Concept Exploration and Refinement Study, CE&R). Средства CE&R были присуждены 11 компаниям «для проведения предварительных концептуальных исследований по вопросу изучения Луны человеком и разработки пилотируемого исследовательского корабля Orion». [36]
Стейдл использовал свой опыт руководства программой по созданию ударного истребителя (F-35), в которой два участника представили свои летные прототипы прежде, чем был определен победитель в конкурсе. Подобную соревновательность он применил и к разработке космического корабля, стремясь провести конкурс к 2008 году. [37]
В CE&R участвовали уже знакомые по предыдущим программам компании, такие как Boeing, Lockheed Martin, Orbital Sciences и SpaceHab.
Гэри Хадсон, генеральный директор HMX и Дэвид Гамп, специально для участия в тендерах по контрактам CE&R, создали дочернюю организацию Transformational Space Corp. (t/Space). Компания t/Space получила одну из наград за предложение, в котором описана архитектура космического транспорта, состоящая из двух этапов (Spirals). Сначала коммерческое «такси» доставляло астронавтов с Земли на орбиту (Spiral 1), затем астронавты использовали межорбитальные транспортные средства для перелета к Луне и обратно (Spiral 2). По словам Хадсона и Бреттона Александра, бывшего вице-президента t/Space по связям с правительством, работа компании по контрактам CE&R задала шаблон взаимодействия для того, что позже станет программой COTS.
Гэри Хадсон и Дэвид Гамп, соучредители t/Space, вместе с Чарльзом Дуэлфером и Бреттом Александером.
Примерно в то же время ESMD провела исследование с 16 компаниями, включая Boeing, Kistler Aerospace, недавно созданную компанию Space Exploration Technologies (SpaceX) и t/Space, относительно потенциала компаний по развитию способности достижения низкой околоземной орбиты и способов выгодного взаимодействия с ними. Результаты, полученные в декабре 2004 года, содержали руководство по некоторым ключевым принципам работы с промышленностью, которые в итоге будут применяться в работе C3PO. [39]
Коммерческие грузовые перевозки для МКС
В первой половине 2005 года, менее чем за год до создания C3PO, программа AAS была закрыта, а многие из ее направлений перешли в новую программу Коммерческих грузовых перевозок для МКС (ISS Commercial Cargo Services, ICCS), администрируемую Управлением программы МКС. В бюджете НАСА на 2005 финансовый год было выделено 140 миллионов долларов США на выполнение программы ICCS, цели которой были обозначены как «закупка услуг по запуску, доставке и возврату на землю грузов для МКС» в свете возможного вывода из эксплуатации комплекса «Спейс Шаттл» [40].
Во время последней миссии «Шаттла» в июле 2011 года астронавт Сэнди Магнус передала приблизительно 1200 килограммов продовольствия и более 4200 килограммов оборудования из универсального модуля логистики на Международную космическую станцию. В течение многих лет космический челнок доставлял грузы экипажам экспедиции. Тем не менее, политика «Видение освоения космического пространства» включала в себя завершение программы «Шаттл». Это открыло коммерческим компаниям возможность войти на рынок доставки грузов на МКС.
В рамках ICCS 25 апреля 2005 г. в Космическом центре им. Джонсона была проведена конференция для рассмотрения «общих технических требований к коммерческим грузоперевозкам для МКС». [41] Валин Торн, будущий заместитель руководителя C3PO, представил основные цели и требования программы, дав описание того, как НАСА планирует получать услуги для МКС. При этом описания космического корабля для таких услуг представлено не было. В презентации Торна были рассмотрены основные характеристики такого транспортного средства, например, количество груза, необходимого для пополнения запасов, а также требования в части стыковки с МКС.
ICCS была прямым предшественником C3PO, созданного осенью 2005 года. К февралю 2006 года, когда НАСА опубликовало свой бюджетный запрос на 2007 финансовый год, ICCS была переведена из Управления программы МКС в Директорат исследовательских систем, где она была переименована в COTS. [43]