NASA 2021財(cái)年航天運(yùn)輸預(yù)算與發(fā)展計(jì)劃

張綠云（北京航天長征科技信息研究所）

2020年2月，美國國家航空航天局（NASA）公布了2021財(cái)年預(yù)算案，預(yù)算總額為252.46億美元。其中，航天運(yùn)輸預(yù)算項(xiàng)目主要集中于深空探索以及近地軌道與航天飛行操作兩個(gè)領(lǐng)域，總預(yù)算為129.49億美元，占到了NASA總預(yù)算的51%左右，其重要地位可見一斑。本文主要對以上兩個(gè)領(lǐng)域中與航天運(yùn)輸相關(guān)的項(xiàng)目進(jìn)行分析，包括深空探索系統(tǒng)和近地軌道航天運(yùn)輸項(xiàng)目。

深空探索系統(tǒng)以及近地軌道航天運(yùn)輸預(yù)算 億美元

續(xù)表億美元

1 深空探索系統(tǒng)

深空探索系統(tǒng)是NASA圍繞深空探索開展的核心任務(wù)領(lǐng)域，包括探索系統(tǒng)研制、探索研究與開發(fā)兩部分內(nèi)容，分別為深空探索提供所需系統(tǒng)和能力，主要包括SLS系統(tǒng)、“獵戶座”載人飛船、“探索地面系統(tǒng)”、月球“門戶”以及月球“載人著陸系統(tǒng)”項(xiàng)目。2021財(cái)年，NASA為該領(lǐng)域申請的預(yù)算總額約為88億美元，相比2020財(cái)年實(shí)際所得增加了27.441億美元，增幅為45.6%。

“航天發(fā)射系統(tǒng)”

SLS系統(tǒng)包括運(yùn)載火箭研制和火箭項(xiàng)目集成與支持兩部分，2021財(cái)年的總預(yù)算為22.571億美元，比2020財(cái)年撥付預(yù)算減少了3.288億美元，降低了12.7%。

目前，NASA已經(jīng)組織完成了SLS首飛箭的芯級組裝工作，包括前裙、氧箱、箱間段、氫箱、發(fā)動機(jī)段、4臺RS－25發(fā)動機(jī)以及電子系統(tǒng)，通過“飛馬座”（Pegasus）駁船運(yùn)抵斯坦尼斯航天中心，并已將其安裝至B－2試車臺上。接下來，NASA的重點(diǎn)工作是完成芯級“初試”系列試驗(yàn)工作，包括模態(tài)試驗(yàn)（已完成）、電子設(shè)備試驗(yàn)（已完成）、失效保護(hù)試驗(yàn)（已完成）、推進(jìn)系統(tǒng)試驗(yàn)、推力矢量控制系統(tǒng)試驗(yàn)、倒計(jì)時(shí)演練、推進(jìn)劑加注演練以及4臺RS－25發(fā)動機(jī)聯(lián)合試驗(yàn)。試車完成之后，芯級將被交付給肯尼迪航天中心。此外，在2020財(cái)年完成固體助推器的交付；基于探索上面級（EUS）的研制方案，啟動相關(guān)研制工作；在2020財(cái)年結(jié)束之前完成芯級批量采購合同的簽訂，共涉及10枚SLS火箭、8枚探索上面級，以降低成本。

對于NASA來說，2021財(cái)年將是令人振奮的一年，計(jì)劃執(zhí)行阿爾忒彌斯－1（Artemis－1）環(huán)月任務(wù)。在發(fā)射之前，NASA將完成該任務(wù)的設(shè)計(jì)認(rèn)證審查和初步飛行準(zhǔn)備評審。此外，在完成首飛箭的交付之后，NASA及相關(guān)單位將把工作重心轉(zhuǎn)移至后續(xù)SLS任務(wù)所需系統(tǒng)的生產(chǎn)制造上，具體包括：①完成阿爾忒彌斯－2芯級組件、發(fā)動機(jī)段尾部連接件、過渡型低溫上面級和飛船支架的制造，向米丘德組裝廠交付芯級發(fā)動機(jī)，并開始芯級組裝以及飛行準(zhǔn)備分析；②繼續(xù)進(jìn)行阿爾忒彌斯－3火箭硬件的制造，包括飛船支架、過渡型低溫上面級和級間段的制造；③啟動阿爾忒彌斯－4火箭子級和級間段的生產(chǎn)合同簽訂工作。

“獵戶座”飛船

“獵戶座”飛船項(xiàng)目包括飛船研制、飛船項(xiàng)目集成和支持兩部分，分別為13.9億美元和1050萬美元，總計(jì)14.005億美元，與2020財(cái)年實(shí)際所得基本一致。

2020財(cái)年，主要完成乘員艙（CSM－1）的熱真空、聲學(xué)以及電磁干擾試驗(yàn)，開展軟件試驗(yàn)以及乘員艙結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。2021財(cái)年，完成CSM－1與支架以及“發(fā)射終止系統(tǒng)”（LAS）等的組裝，之后完成飛船與SLS火箭的集成；開展飛行后分析，評估飛船性能；完成阿爾忒彌斯－2任務(wù)所需軟件的交付；完成第2艘“獵戶座”飛船服務(wù)艙和乘員艙的制造、裝配、試驗(yàn)和集成。

“獵戶座”飛船

“探索地面系統(tǒng)”

“探索地面系統(tǒng)”在2021財(cái)年申請的預(yù)算為3.847億美元，其中系統(tǒng)研制預(yù)算為3.77億美元，系統(tǒng)集成與支持項(xiàng)目預(yù)算為770萬美元，相比2020財(cái)年撥付的經(jīng)費(fèi)減少了2.053億美元，降幅34.8%。

2020財(cái)年，NASA在39B發(fā)射工位完成了最后一次SLS噪聲抑制系統(tǒng)水流試驗(yàn)，再一次檢驗(yàn)了該系統(tǒng)在火箭點(diǎn)火和起飛階段的噪聲及振動抑制性能；完成了液氫/液氧低溫推進(jìn)劑從推進(jìn)劑儲罐經(jīng)管道到達(dá)活動發(fā)射平臺臍帶設(shè)施的輸送試驗(yàn)，各系統(tǒng)運(yùn)行良好；對肯尼迪航天中心組裝大樓（VAB）內(nèi)的工作平臺進(jìn)行了完善與清理，為首飛火箭、飛船系統(tǒng)的總裝與發(fā)射做好了充分的準(zhǔn)備。2021財(cái)年，計(jì)劃完成肯尼迪航天中心組裝大樓、39B發(fā)射工位、1號活動發(fā)射平臺的完善與升級，以及新型液氫儲罐的建造，為首飛之后的SLS首次載人與登月飛行任務(wù)奠定基礎(chǔ)。

月球“門戶”空間站

月球“門戶”是一個(gè)繞月飛行空間站，是美國可持續(xù)載人深空探索體系的一個(gè)重要組成部分，是載人重返月球的中轉(zhuǎn)站，為載人深空探索任務(wù)提供著陸系統(tǒng)各艙段的對接平臺，以及燃料加注、后勤保障、科學(xué)研究等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)美國載人深空探索的可持續(xù)性發(fā)展。

為了滿足2024年載人重返月球的目標(biāo)，NASA將先期建設(shè)最簡版月球“門戶”空間站，主要由電力和推進(jìn)模塊與居住艙組成。2021財(cái)年，NASA為該項(xiàng)目申請了7.393億美元，用于完成以下重點(diǎn)工作：完成月球“門戶”空間站的初步設(shè)計(jì)評審；繼續(xù)與麥克薩技術(shù)公司（MAXAR Technologies）合作，開發(fā)動力與推進(jìn)艙（PPE）；繼續(xù)與商業(yè)伙伴合作，為月球“門戶”空間站的居住、電子、飛行軟件、生命支持、在軌燃料加注等提供技術(shù)支持；完成居住與后勤艙（HALO）的關(guān)鍵設(shè)計(jì)評審；完成第一個(gè)商業(yè)運(yùn)輸模塊的初步設(shè)計(jì)評審。

月球“門戶”空間站

月球“載人著陸系統(tǒng)”

在2021財(cái)年預(yù)算發(fā)布之后，考慮到月球“門戶”空間站的建設(shè)以及在天上進(jìn)行組裝存在很大的安全與進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)，NASA主管載人探測與運(yùn)行的主管洛偉羅表示，2024年載人重返月球任務(wù)將不會使用月球“門戶”空間站，但其對于之后的可持續(xù)深空探索是必不可少的一部分。不過，洛偉羅目前已經(jīng)從NASA離職，月球“門戶”空間站的作用還有待繼續(xù)關(guān)注。

月球“載人著陸系統(tǒng)”

月球“載人著陸系統(tǒng)”是NASA實(shí)現(xiàn)“阿爾忒彌斯”計(jì)劃不可分割的一部分，將依靠商業(yè)伙伴進(jìn)行研制，實(shí)現(xiàn)從2024年開始人類往返月球表面的目標(biāo)。2021財(cái)年，NASA為該項(xiàng)目申請了近34億美元的預(yù)算經(jīng)費(fèi)用于系統(tǒng)研制。相比2020財(cái)年，該項(xiàng)目的預(yù)算額有了很大程度的增加。

2020年4月底，NASA宣布向藍(lán)色起源公司（Blue Origin）、洛克達(dá)因公司（PWR）和美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）牽頭的三支團(tuán)隊(duì)簽發(fā)了為期10個(gè)月的月球“載人著陸系統(tǒng)”項(xiàng)目設(shè)計(jì)論證合同，金額為9.67億美元。待10個(gè)月合同期滿，NASA將開展一次“續(xù)約評審”，選擇其中最有可能實(shí)現(xiàn)2024年載人登月任務(wù)的方案，而另一家或兩家公司也將可能被留下來開展后續(xù)著陸器的研制工作。2021財(cái)年，NASA將主要開展著陸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和評審工作。

2 近地軌道航天運(yùn)輸

近地軌道航天運(yùn)輸項(xiàng)目主要包括“乘員與貨物計(jì)劃”、“商業(yè)乘員計(jì)劃”和近地軌道商業(yè)開發(fā)項(xiàng)目，預(yù)算分別為17.781億美元、9970萬美元和1.5億美元。

“乘員與貨物計(jì)劃”

為了滿足“國際空間站”的乘員與貨物運(yùn)輸，NASA申請了近18億美元，從諾格公司（NG）、SpaceX公司、內(nèi)華達(dá)山脈公司（SNC）以及波音公司（Boeing）采購貨運(yùn)和載人發(fā)射服務(wù)。

在貨物運(yùn)輸方面，NASA已經(jīng)授出了第二輪“商業(yè)再補(bǔ)給服務(wù)”（CRS－2）貨物運(yùn)輸合同，以滿足2020年之后“國際空間站”的貨運(yùn)運(yùn)輸任務(wù)。在CRS－2合同下，SpaceX公司、諾格公司和內(nèi)華達(dá)山脈公司將至少完成6次發(fā)射服務(wù)。而在2021財(cái)年，這三家公司將分別執(zhí)行2次、2次和1次貨物發(fā)射。

在乘員發(fā)射服務(wù)方面，NASA目前向俄羅斯購買服務(wù)。2021財(cái)年，美國將完全擺脫俄羅斯，全面采用本國的載人航天運(yùn)輸系統(tǒng)。其中，波音公司和SpaceX公司都至少會進(jìn)行1次載人發(fā)射服務(wù)。

“商業(yè)乘員計(jì)劃”

“商業(yè)乘員計(jì)劃”的預(yù)算為9970萬美元，用于為美國商業(yè)載人運(yùn)輸系統(tǒng)的研制提供經(jīng)費(fèi)支持。因?yàn)椴ㄒ艄竞蚐paceX公司的載人運(yùn)輸系統(tǒng)研制計(jì)劃已經(jīng)接近尾聲，因此其項(xiàng)目預(yù)算也僅僅保持在1億美元左右，遠(yuǎn)低于此前的8億～10億美元的規(guī)模。

其中，SpaceX公司以其獵鷹－9（Falcon－9）/“載人龍”（Crew Dragon）為NASA提供載人發(fā)射服務(wù)，分別在2019年和2020年成功進(jìn)行了該系統(tǒng)的首次無人試驗(yàn)和首次載人飛行；而波音公司以其宇宙神－5（Atlas－5）/ CST－100“星際客車”（Starliner）進(jìn)行了載人發(fā)射，在2020財(cái)年進(jìn)行了一次軌道飛行試驗(yàn)，但未取得完全成功。目前，波音公司計(jì)劃自籌經(jīng)費(fèi)在2020財(cái)年底開展第二次無人試飛。

近地軌道商業(yè)開發(fā)

近地軌道商業(yè)開發(fā)項(xiàng)目最初是在2019財(cái)年預(yù)算申請中增加的，申請金額為1.5億美元，但并未獲得批復(fù)。2020和2021財(cái)年，NASA都為該項(xiàng)目申請了1.5億美元。

2019財(cái)年，NASA通過公開競爭開發(fā)商業(yè)近地軌道目的地，滿足其長期需求并確保其在“國際空間站”過渡期間持續(xù)擁有近地軌道運(yùn)營能力。2020財(cái)年，計(jì)劃在該財(cái)年結(jié)束之前完成近地軌道商業(yè)平臺方案的選擇，并完成開發(fā)計(jì)劃的狀態(tài)評估。2021財(cái)年，繼續(xù)開發(fā)“國際空間站”商業(yè)模塊，激勵(lì)商業(yè)伙伴關(guān)系的建立，推進(jìn)先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)對近地軌道經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品和服務(wù)的需求增加。

“載人龍”飛船飛抵“國際空間站”

3 結(jié)論

大幅增加深空探索預(yù)算，保障“阿爾忒彌斯”計(jì)劃的順利實(shí)施

2020財(cái)年第二季度末，美國政府提出提前4年實(shí)現(xiàn)載人重返月球的目標(biāo)。隨后，NASA發(fā)布《飛向月球：NASA月球探索戰(zhàn)略計(jì)劃》，依靠商業(yè)和國際合作途徑，發(fā)展主要由SLS火箭、“獵戶座”飛船、“探索地面系統(tǒng)”、月球“門戶”空間站和“載人著陸系統(tǒng)”組成的深空探索框架，分兩個(gè)階段實(shí)現(xiàn)“阿爾忒彌斯”計(jì)劃，在2024年將美國航天員送到月面，在2028年實(shí)現(xiàn)對月球的長期可持續(xù)探索，最終為載人探火奠定能力基礎(chǔ)。

在2020財(cái)年追加經(jīng)費(fèi)的基礎(chǔ)上，NASA在2021財(cái)年繼續(xù)為其深空探索項(xiàng)目申請所需經(jīng)費(fèi)，總預(yù)算約為88億美元，相比上一年度的實(shí)際撥款增加了近27.5億美元；并首次在預(yù)算案中單獨(dú)為“載人著陸系統(tǒng)”申請經(jīng)費(fèi)，且其申請額超過33億美元，用于系統(tǒng)研制與評審。從預(yù)算金額來看，SLS項(xiàng)目和“探索地面系統(tǒng)”都有一定程度的減少，降幅分別為12.7%和34.8%，但其在本財(cái)年的重點(diǎn)工作均集中在為SLS首飛之后的后續(xù)“阿爾忒彌斯”飛行任務(wù)奠定基礎(chǔ)，包括SLS－1火箭各組成部分的生產(chǎn)制造與裝配，以及39B發(fā)射工位、組裝大樓、1號活動發(fā)射平臺等地面保障系統(tǒng)的升級與完善。而對于月球“門戶”空間站，NASA仍為其申請了較高的預(yù)算，計(jì)劃先期建造縮減版“門戶”。NASA 2021財(cái)年的預(yù)算申請表明，美國政府已然對NASA的“阿爾忒彌斯”計(jì)劃做出了重大承諾，全力保障2024年的載人重返月球目標(biāo)。

持續(xù)保障近地軌道商業(yè)貨運(yùn)任務(wù)的開展和載人運(yùn)輸能力認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化運(yùn)營

目前，NASA已通過與諾格和SpaceX等商業(yè)公司的合作，形成了“國際空間站”貨物往返運(yùn)輸能力，且內(nèi)華達(dá)山脈公司也有望從2021財(cái)年開始執(zhí)行近地軌道貨物運(yùn)輸任務(wù)。而在商業(yè)乘員運(yùn)輸方面，NASA及其合作伙伴波音公司和SpaceX公司近年來正在穩(wěn)步推進(jìn)商業(yè)載人運(yùn)輸?shù)难兄乒ぷ?。基于兩家公司的首次無人試飛以及載人試飛，NASA計(jì)劃在近1億美元預(yù)算的基礎(chǔ)上，在2021財(cái)年完成商業(yè)乘員運(yùn)輸能力認(rèn)證，從而實(shí)現(xiàn)美國載人航天能力的回歸。屆時(shí)，NASA通過商業(yè)運(yùn)輸系統(tǒng)成功搭建美國近地軌道的貨物和乘員運(yùn)輸能力，為近地軌道商業(yè)活動的開展和運(yùn)營奠定基礎(chǔ)。在2021財(cái)年預(yù)算中，NASA仍然為近地軌道商業(yè)化開發(fā)項(xiàng)目申請了1.5億美元，用于繼續(xù)開發(fā)基于“國際空間站”的商業(yè)化平臺，旨在基于商業(yè)公司打造后“國際空間站”時(shí)代美國近地軌道商業(yè)化運(yùn)營模式，催生空間經(jīng)濟(jì)以及先進(jìn)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。