1987年11月,海牙。欧洲空间局部长级理事会即将做出一项将深刻影响欧洲航天未来半个世纪的决定。在会议桌前,法国代表团提交了一份厚达数百页的技术方案——一种翼展约十米、全长不足十二米的小型航天飞机,将被安置在当时尚未建成的阿丽亚娜5号火箭顶端,将三名宇航员送入八百公里高的轨道,在那里停留长达九十天。这个被命名为赫尔墨斯的项目,承载着欧洲摆脱对美国航天飞机依赖、建立独立载人航天能力的全部野心。

赫尔墨斯的故事始于更早的年代。1975年,当阿波罗联盟测试项目标志着美苏太空竞赛的缓和时,法国国家空间研究中心的工程师们已经开始思考一个更加基础的问题:欧洲是否应该拥有将人类送入太空的能力?在那一年,CNES启动了代号为Hermes的内部研究,探索一种可重复使用的载人航天器概念。彼时的欧洲刚刚经历了阿丽亚娜火箭项目成功的喜悦——这种由法国主导、欧洲多国合作的重型运载火箭证明了欧洲完全有能力在航天领域与美国和苏联分庭抗礼。但火箭只能将货物送入轨道,要将人送入太空,欧洲依然不得不仰仗美国航天飞机或俄罗斯联盟号飞船的座位。
最初的赫尔墨斯概念相当简陋。1978年的初步研究设想了一种重约十吨、可载五名宇航员的小型滑翔机,由阿丽亚娜4号火箭发射入轨。这个方案在技术上相当保守,甚至可以说是保守得过头——设计师们假设赫尔墨斯将是一种纯粹的再入滑翔机,没有任何在轨机动能力,只能被动地沿着发射轨道滑行返回。然而,随着研究的深入,这种方案很快被证明过于局限。如果赫尔墨斯无法变轨,它就无法与空间站对接,也无法执行任何有意义的在轨任务。于是,设计目标开始膨胀:赫尔墨斯需要具备轨道机动能力,需要能够与空间站对接,需要能够携带有效载荷。这一切都意味着重量——而重量,将成为这个项目的永恒梦魇。

1983年,CNES做出了一个关键决定:放弃阿丽亚娜4号,转而设计一种全新的、更强大的运载火箭来发射赫尔墨斯。这个决定直接导致了阿丽亚娜5号火箭的诞生。这是一种与阿丽亚娜4号完全不同的重型运载工具,其设计目标明确包含两个:商业卫星发射和载人航天飞行。阿丽亚娜5号的第一级采用一台推力达一百五十吨的火神液氧液氢发动机,两侧捆绑两枚各重二百七十吨的固体助推器,总起飞推力超过一千吨。按照最初的设想,这种火箭完全有能力将二十吨以上的载荷送入近地轨道——足够容纳赫尔墨斯及其乘员。
1985年1月,法国正式向欧洲空间局提交赫尔墨斯项目建议书。在同年的巴黎航展上,一架全尺寸模型被展示在公众面前,引发了媒体的广泛关注。当时的法国总统密特朗亲自出席了揭幕仪式,将这个项目提升到国家战略的高度。在他的政治算计中,赫尔墨斯不仅是一个航天项目,更是法国在欧洲技术领导地位的象征——正如阿丽亚娜火箭的成功证明了欧洲在运载火箭领域的能力,赫尔墨斯将证明欧洲在载人航天领域同样能够独立自主。
然而,将一个法国项目转化为欧洲项目从来都不是一件容易的事。在ESA的框架下,每个成员国都有权根据本国利益决定参与程度和出资比例。法国作为赫尔墨斯的主要推动者,承担了约百分之四十三点五的研发费用;德国作为ESA的第二大出资国,承担了百分之二十七;意大利百分之十二点一;比利时百分之七;荷兰百分之五;英国、西班牙和瑞典各百分之四。这种多国合作的模式虽然分摊了成本,却也带来了协调上的噩梦——每个国家都有自己的优先事项和利益诉求,任何重大决策都需要在各方之间艰难博弈。
德国的态度尤其关键。作为欧洲航天项目的传统伙伴,德国对赫尔墨斯的支持从一开始就带有条件。波恩方面更倾向于与美国合作建设自由号空间站,赫尔墨斯只是作为一个补充手段。这种战略分歧在1984年1月24日达到公开化——那天,美国总统里根在国情咨文中宣布了建设永久载人空间站的计划,并邀请盟国参与。ESA随即陷入分裂:法国主张独立发展欧洲空间站并由赫尔墨斯服务;德国主张加入美国主导的空间站项目;英国则在暗中推进自己的HOTOL空天飞机项目。赫尔墨斯被夹在这些相互矛盾的战略目标之间,不断被要求修改设计以适应不同的任务场景。

1986年1月28日,挑战者号航天飞机在发射七十三秒后解体,七名宇航员葬身大西洋。这场悲剧不仅震撼了整个航天界,也深刻影响了赫尔墨斯的命运。在事故调查报告公布后,ESA被迫重新审视赫尔墨斯的安全设计。最初的方案中,赫尔墨斯采用与航天飞机类似的整体结构——宇航员在机身前部的加压舱内,发生紧急情况时只能祈祷整个飞行器能够安全返回。挑战者号的惨痛教训证明这种设计是不可接受的。
于是,赫尔墨斯经历了一系列重大重新设计。第一个方案是在紧急情况下将整个乘员舱从机身分离,作为一个独立的逃生舱伞降着陆。这个方案在理论上可行,但带来了灾难性的重量增加——分离机构、独立的生命保障系统、降落伞和缓冲气囊,所有这些都需要重量,而每一公斤重量都意味着阿丽亚娜5号需要更大的推力,或者赫尔墨斯需要削减有效载荷。在反复权衡后,ESA选择了更轻的方案:三具从苏联采购的K-36弹射座椅,每具重约九十公斤。这个选择意味着乘员数量从六人削减到三人,但至少保证了在发射和着陆阶段宇航员有一定的逃生机会。
然而,弹射座椅只能在中低空工作,高空和再入阶段的逃生问题依然没有解决。更糟糕的是,增加的安全系统带来了连锁反应——更重的结构需要更厚的隔热层,更厚的隔热层又增加了重量,而重量增加又需要更大的运载能力。到1987年底,赫尔墨斯的发射重量已经从最初的十吨膨胀到十五吨,然后是十八吨,最终逼近二十一吨——这已经是阿丽亚娜5号设计能力的极限。
重量的螺旋式上升带来了另一个问题:赫尔墨斯最初的设想是完全可重复使用的。整个航天飞机在完成任务后返回地球,经过检修后可以再次发射。但随着重量增加,设计师们被迫做出妥协——在机身尾部增加一个一次性使用的资源舱,用于携带燃料、氧气和对接机构。任务结束后,资源舱被抛弃并在再入大气层时烧毁,只有航天飞机本体返回地面。这个妥协虽然解决了重量问题,却破坏了最初完全可重复使用的经济性假设。

阿丽亚娜5号火箭的设计也因为赫尔墨斯的要求而变得异常复杂。为了确保载人飞行的安全,火箭的可靠性目标被设定为百分之九十九点九九——这意味着一万次发射中只能有一次失败。对于一种全新设计的重型运载火箭来说,这是一个几乎不可能实现的目标。为了达到这个目标,阿丽亚娜5号的设计被迫采用大量的冗余系统:发动机推力矢量控制采用三重冗余,制导系统采用四重冗余,电源系统采用多重备份。每一项冗余都增加了重量和成本,而这些成本最终都反映在项目预算中。
1987年11月,在海牙召开的ESA部长级理事会上,赫尔墨斯项目获得了正式批准。按照计划,第一阶段从1988年到1990年,完成详细设计和技术验证;第二阶段从1991年到1995年,建造两架原型机并进行飞行试验;第一架生产型航天飞机将于1998年首飞,2000年投入运营。总预算估计为四十二亿法郎,按当时的汇率约合七亿美元。这是一个雄心勃勃的时间表,也是一个被证明严重乐观的预算。
项目启动后不久,问题就开始显现。作为主承包商的法国宇航公司和负责气动设计的达索公司很快发现,赫尔墨斯面临的工程挑战远超预期。最棘手的问题是热防护系统。由于赫尔墨斯比美国航天飞机小得多,单位面积承受的热流密度更高,这要求更先进的热防护材料。最初的方案是在机头和机翼前缘采用碳碳复合材料,在机身底部采用陶瓷防热瓦。但欧洲在这两个领域都没有成熟的技术基础,一切都需要从头研发。
达索公司提出了一个大胆的验证计划:建造一架重一点四吨的亚尺寸技术验证机,命名为玛雅,由阿丽亚娜4号发射入轨,用于收集再入数据。这个计划在技术上合理,却因为成本问题被否决。ESA转而选择了一种更加保守的路径:大量依靠地面测试和计算机模拟,只在最后阶段进行有限的飞行验证。这个决定虽然节省了短期成本,却埋下了后期技术风险的隐患。
另一个严重的问题是生命保障系统。赫尔墨斯的设计任务时间长达三十至九十天,这意味着需要一套能够长期运行的复杂系统来维持宇航员的生存。氧气再生、二氧化碳去除、水循环利用、温度湿度控制——所有这些子系统都需要在极小的空间和极轻的重量限制内实现。欧洲在这方面的经验几乎为零,唯一的参考是美国航天飞机和苏联和平号空间站,但这些系统的技术细节并不对外公开。ESA被迫从头研发,成本和时间一再超支。

到1989年,赫尔墨斯项目的预算已经从最初的四十二亿法郎翻了一番。更糟糕的是,技术问题导致进度严重滞后,第一阶段预研工作无法在预定时间内完成。法国方面不得不向ESA申请延期,并追加资金。然而,此时的政治环境已经开始发生变化。
1989年11月9日,柏林墙倒塌。一年后,德国实现统一。这个历史性事件深刻改变了欧洲的政治和经济格局,也直接影响了赫尔墨斯的命运。统一后的德国面临着巨大的财政压力——将东德的经济水平提升到西德标准需要天文数字的投资。仅1991年一年,德国用于统一的开支就超过了一千亿马克。在这种背景下,波恩对赫尔墨斯项目的财政支持开始动摇。德国官员公开质疑:在冷战结束、苏联解体的新形势下,欧洲是否还需要投入巨资建立独立的载人航天能力?
与此同时,俄罗斯航天局的代表开始与ESA接触,探讨合作的可能性。苏联解体后,俄罗斯继承了庞大的航天工业体系,却面临严重的资金短缺。出售航天技术和合作机会成为俄罗斯获取外汇的重要手段。对于ESA来说,与俄罗斯合作意味着可以获取宝贵的载人航天经验,同时分摊成本。1992年,ESA与俄罗斯航天局签署了谅解备忘录,开始探讨联合开发新一代载人航天器——这种合作最终演变为后来的快船号项目。
俄罗斯合作的出现从根本上改变了赫尔墨斯项目的逻辑基础。如果可以通过与俄罗斯合作获得载人航天能力,为什么要独自承担如此巨大的开发成本?这个问题在ESA内部引发了激烈的争论。法国方面坚持认为,独立载人航天能力是欧洲战略自主的必要组成部分,不能依赖任何外部力量。但德国、意大利和其他成员国对继续投入巨资越来越没有兴趣。

1991年11月,在慕尼黑召开的ESA部长级理事会上,赫尔墨斯项目进入了决定性的转折点。会议本应批准项目进入全面开发阶段,但成员国们最终选择了妥协:将预研阶段延长一年,进入所谓的反思期。在此期间,ESA将重新评估项目的可行性、成本和必要性。这个决定实际上是缓兵之计——没有人愿意公开承认一个投入如此巨大的项目已经失败,但也没有人愿意继续追加投资。
反思期的结论在1992年底揭晓。一份由独立专家组提交的报告明确指出:赫尔墨斯项目在技术上存在根本性问题,重量持续增加而有效载荷持续减少,如果不大幅增加预算,项目目标将无法实现。报告估计,要将赫尔墨斯发展成可运营的系统,总成本将超过一百亿法郎——是1987年批准预算的两倍以上。在ESA当时的财政框架下,这种规模的追加投资几乎不可能获得批准。
1992年11月,在格拉纳达召开的ESA部长级理事会上,赫尔墨斯项目被正式取消。取而代之的是一个规模缩小的技术计划,保留部分关键技术的研究,但不再以建造可运营的航天飞机为目标。参与项目的数千名工程师和技师在接下来的几个月内陆续被重新分配到其他项目,或者离开航天行业。达索公司在波尔多建造的全尺寸模型被拆解,部分部件被送往博物馆,部分被当作废料处理。
赫尔墨斯的取消带来了深远的影响。阿丽亚娜5号火箭失去了最初的载人航天目标,转而专注于商业卫星发射市场。有趣的是,正是这个转向使阿丽亚娜5号成为世界上成功的商业运载火箭之一——它原本为载人飞行设计的高可靠性,在商业发射中成为了竞争优势。哥伦布空间站模块项目则被大幅缩减,从计划中的自主空间站变成了国际空间站的一个加压舱,由美国航天飞机发射入轨。欧洲获得了进入国际空间站的权利,但不再拥有独立的载人航天能力。

赫尔墨斯的技术遗产在后来的项目中得到了部分延续。ESA在1998年发射的大气层再入验证器验证了赫尔墨斯时期开发的再入热防护技术和制导算法。二十一世纪初,欧洲私营公司提出的若干空天飞机概念,都可以追溯到赫尔墨斯时期的研究成果。2010年代,ESA参与了美国内华达山脉公司的追梦者项目,这架小型航天飞机在概念上与赫尔墨斯惊人相似。
图卢兹郊外的航天博物馆里,赫尔墨斯的全尺寸模型依然静静地矗立在展厅角落。这具从未真正飞上天空的机器,如今只能向游客讲述一个关于梦想与现实的故事。在它的铝合金外壳下,埋葬着欧洲在二十世纪建立独立载人航天能力的最后尝试。当国际空间站上的欧洲宇航员通过联盟号飞船往返于天地之间时,很少有人会想起,在另一个平行时空中,他们本可以乘坐欧洲自己建造的航天飞机。

赫尔墨斯的失败是多方面因素叠加的结果。从技术角度看,欧洲在载人航天领域的基础太过薄弱——没有成熟的宇航员培训体系,没有在轨生命保障系统的开发经验,没有可重复使用航天器的操作传统。在这样薄弱的基础上试图一步到位建造先进的航天飞机,本身就是一次危险的跨越。从管理角度看,ESA的多国合作模式在效率上存在先天不足,重大决策需要在成员国之间反复协调,每个国家都有自己的优先事项和政治考量。从时机角度看,赫尔墨斯恰恰诞生于冷战的尾声,当苏联解体、东西方对立结束,建立独立载人航天能力的政治必要性急剧下降。
更深层的教训或许是关于技术野心的边界。赫尔墨斯的设计目标——可重复使用、长时间在轨、高可靠性——在当时是极其先进甚至可以说过于激进的。即使是拥有数十年载人航天经验的美国和苏联,也在可重复使用航天器的道路上步履维艰。美国航天飞机从未实现预期的经济性目标,苏联的暴风雪号只飞行了一次就被封存。欧洲作为一个载人航天的新来者,选择这样一条充满技术陷阱的道路,从一开始就埋下了失败的种子。
回望赫尔墨斯项目,我们可以看到一种典型的欧洲困境:在技术上雄心勃勃,在政治上分裂妥协,在经济上精打细算。这种组合在阿丽亚娜火箭上取得了成功——因为火箭是一个相对成熟的技术领域,欧洲可以凭借规模优势追赶领先者。但在载人航天这样一个前沿领域,技术复杂度和风险都远超商业运载火箭,欧洲的劣势被充分暴露。
赫尔墨斯之后,欧洲再也没有尝试建造自己的载人航天器。进入二十一世纪,ESA选择了另一条路径:购买俄罗斯联盟号飞船的座位,参与国际空间站项目,将有限的资源集中在科学卫星和深空探测领域。这是一个务实的选择,也意味着欧洲永远放弃了在载人航天领域独立自主的机会。
在图卢兹的黄昏中,赫尔墨斯的模型投下长长的阴影。这个从未飞行的航天飞机,成为了欧洲技术野心与政治现实之间永恒张力的象征。它的故事提醒我们,在航天这样高风险高投入的领域,梦想与现实之间的距离往往比想象中更加遥远。
参考资料
- European Space Agency. “History: Hermes spaceplane, 1987.” ESA, 2015.
- Van den Abeelen, Luc. “Spaceplane HERMES: Europe’s Dream of Independent Manned Spaceflight.” Space Policy, Vol. 11, No. 3, 1995.
- Moxon, Julian, Warwick, Graham, and Sedbon, Gilbert. “Hermes: France forces the pace.” Flight International, 30 November 1985.
- “The Future That Wasn’t: The Hermes Spaceplane.” AmericaSpace, 11 April 2014.
- Bayer, Martin. “Hermes: Learning from our mistakes.” Space Policy, Vol. 11, No. 3, August 1995.
- Coué, Philippe. “The Beginning of HERMES Spaceplane (1976-1985).” 54th International Astronautical Congress, 2003.
- “Hermès: la navette européenne qui ne verra jamais l’espace.” La Capsule de l’Espace, 8 February 2023.
- “L’avion spatial Hermès: paradoxe du vol habité européen.” EHNE, 2020.
- Krige, John, et al. “A History of the European Space Agency 1958-1987.” ESA SP-1235, 2000.
- “Ariane-5.” ESA Achievements, ESA BR-250, 2008.
- New York Times. “Hermes Space Plan Hangs in the Ether.” 15 November 1991.
- New Scientist. “Europe’s space plane hits turbulent times again.” 10 August 1991.
- NASA Technical Reports Server. “Ariane 5/Hermes - The European contender for space transportation.” 1986.
- GAO Report. “Aerospace Plane Technology.” NSIAD-91-194, 1991.
- DTIC Report. “Europe and Asia in Space, 1991-1992.” ADA338582.
- Avilla, Aeryn. “New Wings for the Old World: the European Space Agency’s Hermes Spaceplane.” Spaceflight Histories, 5 September 2023.