2015財年美國航空航天局航天預算分析

楊開（北京航天長征科技信息研究所）

2014年3月4日，美國航空航天局（NASA）公布了2015財年的預算案，預算申請總額為174.606億美元，涵蓋了科學、航空、空間技術、航天探索、航天活動、設施建設等。航天探索和航天活動仍是美國航空航天局發展的重點領域，二者的預算申請分別為39.76和39.054億美元，占預算總額的45.14%。

1 預算概況

美國航空航天局 2015財年預算申請億美元

美國航空航天局 2015財年航天探索和航天活動預算申請億美元

續 表億美元

2 航天探索

航天探索部分的預算包括三個方面：探索系統研制、商業航天飛行、探索研究和發展。

探索系統研制

2015財年探索系統研制的總預算為27.844億美元，“獵戶座”、“航天發射系統”項目以及探索系統地面項目的預算分別為10.423億、13.803億、3.513億美元。為了實現載人深空探測的目標，“航天發射系統”重型火箭以及“獵戶座”仍是美國航空航天局的研制重點。

（1）“獵戶座”

美國航空航天局在進行近地軌道以遠的太陽系目標探測過程中，“獵戶座”可以將人類送至月球以外的深空，并提供長時間的生命維持能力。各財年主要工作如下：

2013財年主要進行第一次探索飛行試驗的“獵戶座”的制造及相關試驗，第一次探索飛行試驗為雙軌道、4h的無人飛行試驗，使用德爾他－4火箭發射。飛船完成了熱防護結構，進行了水面撞擊和回收、乘員艙結構和空間環境等試驗。美國航空航天局和歐洲航天局還就探索任務－1（EM－1）展開合作，歐洲航天局為探索任務－1任務提供“獵戶型”飛船服務艙模塊。

2014財年主要任務是執行第一次探索飛行試驗（EFT－1），最高的軌道高度為5800km，返回過程的再入速度為32000km/h。同時探索任務－1任務的“獵戶座”制造工作也將開啟，開始飛船主結構和電子設備的制造。

2015財年主要工作將集中到探索任務－1。探索任務－1任務是月球軌道的無人飛行任務，將由“航天發射系統”重型火箭發射。項目會繼續乘員艙主結構的制造，開始裝配推進系統、環境控制和生命支持系統等。“獵戶座”也會完成一系列的降落傘試驗，并測試電氣設備。最后，要完成關鍵的項目評審。

“獵戶座”飛船

“獵戶座”項目進度/關鍵里程碑事件

“航天發射系統”構型演進

“航天發射系統”概念圖

“航天發射系統”項目的進度表/關鍵里程碑事件

“航天發射系統”運載火箭的設計根據任務要求的不同具有靈活性和擴展性。不同構型之間采用相同的芯級，以高效、低成本地實現不同的人員和貨物運輸需求。“航天發射系統”初始構型可以實現70t的近地軌道運載能力，通過月球任務實現對系統的演示驗證。后續逐步實現近地軌道運載能力105t和130t的構型。在研制過程中充分利用以往航天運輸系統研制的硬件，包括航天飛機主發動機、“星座”計劃的五段式固體火箭助推器以及源于德爾他－4火箭的過渡性低溫推進級等。該項目各財年主要工作如下：

2013財年：“航天發射系統”成功完成項目初步設計評審，進入詳細設計階段，各分系統的研制持續推進。J－2X上面級發動機在A－2試驗臺上完成了6次試驗。此外，米丘德裝配廠房完成了8臺全尺寸芯級模型的制造，開始為“航天發射系統”試驗和飛行樣件的生產進行準備。

2014財年：完成助推器和芯級將進行關鍵設計評審。之后，“航天發射系統”項目將開始探索任務－1飛行硬件的制造，包括過渡性低溫推進級、助推器、芯級的主要部件（包括貯箱、發動機、箱間段以及前裙）和級間適配器的結構試驗件。“航天發射系統”項目在2014財年還要完成垂直裝配中心的驗收以及A－1試驗臺的整修工作，用于試驗芯級發動機RS－25。此外，還要售出芯級和過渡性低溫推進級的合同。

2015財年：要完成“航天發射系統”項目關鍵設計評審。該財年要完成芯級液氫箱、液氧箱、箱間段、前裙和發動機支架，并進行驗證試驗。此外，還要完成RS－25發動機和助推器的裝配制造和試驗。

（3）探索系統地面設施

探索系統地面設施項目主要是對肯尼迪航天中心的地面系統和設施進行升級改造。這些設施用于“航天發射系統”和“獵戶座”的組裝、轉運和發射。此外，還要為探索任務－1和探索任務－2任務設計新的流程和規則，用于飛船、火箭子級和逃逸系統的準備和處理。各財年主要工作如下：

用于運送移動發射架的履帶運輸車

“航天發射系統”總裝廠房

2013財年：美國航空航天局售出移動發射臺改進合同和載荷處理設施第二階段建設合同。探索系統地面設施項目完成了39B發射工位多個系統的整修工作。開始指揮控制系統硬件的安裝工作，完成了履帶車軌道的設計，并開始了初步建設。

2014財年：繼續改進各種地面設施，以支持探索任務－1發射任務。在本財年，項目會進入壽命周期的實施階段，即進入最后設計和初步加工階段。具體的改進包括導流槽、導流板、點火過壓和噪聲抑制系統。探索系統地面設施在2014財年還要回收第一次探索飛行試驗的乘員模塊。

2015財年：完成地面系統的關鍵設計評審。探索系統地面設施項目會繼續改進移動發射臺，完成地面支持設備的安裝。完成39B發射工位導流槽的拆除工作以及推進劑加注系統和供氣系統設施的改進工作。此外還包括指揮控制系統軟件的安裝升級、履帶運輸車軸承部件的替換工作等。

商業航天飛行

商業航天飛行只包含商業乘員計劃一個項目，2015財年預算申請為8.546億美元。

按照美國航空航天局的總體規劃，商業乘員運輸能力的發展分4步：第一步，商業乘員開發計劃第1階段（CCDev1），主要目標是近地軌道商業運輸系統的研發和技術驗證；第二步，商業乘員開發計劃第2階段（CCDev2），美國航空航天局延續商業軌道運輸服務飛船和商業乘員開發計劃，完善近地軌道商業運輸系統的研發和技術驗證；第三步，商業乘員運載綜合能力（CCiCap）計劃主要目標是發展包括發射場、運載器、地面操作系統和任務控制中心在內的乘員運載綜合能力；最后一步為商業乘員運輸能力計劃，目標是完成最后的研發、試驗和鑒定活動，并在2017年實現乘員演示驗證飛行，同時該計劃還包括“國際空間站”乘員運輸服務。

美國商業乘員開發計劃中項目

美國航空航天局采取里程碑的形式評估商業合作伙伴的研制進度，整個進程采用持續競爭模式。這些里程碑是基于協商之后的性能要求和成功標準，完成之后美國航空航天局授予合作伙伴固定價格的合同。里程碑大多數是標識研制進程成熟的事件，例如風險降低試驗、設計評審、硬件研發、飛行試驗以及合作伙伴投資評估。各財年主要工作如下：

2013財年：藍源公司、波音公司、太空探索技術公司、內華達山脈公司基本完成了所有商業乘員開發計劃第2階段的里程碑。波音公司、太空探索技術公司和內華達山脈公司完成了商業乘員運載綜合能力計劃的部分里程碑事件。

2014財年：內華達山脈公司完成商業乘員開發計劃第2階段的最后一個里程碑：“追夢者”進行直升機掛試驗。藍源公司將在無資金支持的情況下繼續進行相關工作，而波音公司、內華達山脈公司和太空探索技術公司將在商業乘員運載綜合能力計劃下繼續進行航天器和運載火箭的研制工作。2013年11月美國航空航天局發布了商業乘員運輸能力計劃方案征詢建議，計劃在2014財年結束之前開始售出商業乘員運輸能力計劃合同。

2015財年：商業合作伙伴將完成商業乘員運輸能力計劃合同的關鍵里程碑事件，證明其有能力在2017年實現向近地軌道和“國際空間站”進行乘員運輸服務。在商業乘員運輸能力計劃計劃下，美國航空航天局和商業合作伙伴會進行鑒定活動，確保乘員運輸系統滿足美國航空航天局向“國際空間站”運送乘員的要求。

探索研究和發展

探索研究和發展包含兩個項目，先進探索系統（AES）和人類研究計劃（HRP），這兩個項目在2015財年的預算申請分別為1.829億美元和1.605億美元。

人類研究計劃： 美國航空航天局已經擁有了50多年的近地軌道載人活動的經驗，研究人員也在一直探索空間環境是如何影響人類身體的。人類研究計劃是為了研究并降低對航天員健康影響最大的風險因素，確保航天器乘員在近地軌道以遠的深空探索任務中保持良好的健康狀態和工作狀態。航天員在執行高風險任務時身體健康可能會受到空間環境的影響，人類研究計劃則致力于研制相關的應對措施和技術，保證航天員完成所有的任務并維持良好的健康狀態。

建成后的“國際空間站”

先進探索系統：先進探索系統是一種創新的方法，開發未來航天任務所必需的基礎技術和高優先級能力。先進探索系統主要致力于未來深空探索中的人類航天飛行輔助系統研究。涉及的具體內容包括生命支持、深空環境、乘員機動系統以及先進航天服等。

3 航天活動

航天活動部分的預算包括兩個方面：空間站以及航天和飛行支持。空間站2015財年的預算為30.508億美元，航天和飛行支持的預算為8.546億美元。

航天活動覆蓋美國航空航天局的空間和地面的設施及能力：可以進行火箭動力系統試驗；保證安全可靠和經濟可承受的進入空間能力；維持地面站和太陽系所有平臺之間安全可靠的通信能力。航天活動中最主要的部分是“國際空間站”項目，涉及空間的運行維護、科學研究以及貨物人員運輸活動。

早期的“國際空間站”

“國際空間站”

“國際空間站”項目2015年預算總計為30.508億美元，包括空間站系統運行和維護12.079億美元，空間站研究3.122億美元，空間站人員和貨物運輸15.307億美元。

美國航空航天局已經確定“國際空間站”的運行時間最少要延長到2024年。

（1）“國際空間站”的運行和維護

2015財年國際空間的運行和維護的預算申請為12.079億美元。

為了能夠保證位于嚴苛的太空環境中空間站能夠安全運行，確保乘員有足夠的食品、水和氧氣的供應，需要進行精確的計劃和后勤服務。“國際空間站”不僅需要進行日常維護，還有可能出現意外的機械故障，需要空間站乘員在太空環境中進行維修，同時還需要地面控制中心的支援。

為了能夠讓空間站乘員舒適地在太空中生活，需要地面人員進行大量的操作。地面人員持續地監控空間站的性能，提供必要的指令并與空間站乘員進行通信交流。在航天員進入太空之前，系統運行和維護項目還要為航天員進行訓練。

“國際空間站”是一個多國合作的項目，所有的項目決策都不是獨立進行的，需要不同國家之間進行協調，保證考慮到了所有的技術、進度以及資源供給等問題。

（2） “國際空間站”研究

2015財年，“國際空間站”研究的預算申請為3.122億美元。

“國際空間站”作為一個軌道平臺，為空間研究提供無可比擬的能力，也為將來人類的空間探索活動開發新技術提供了環境。空間站內設置了科學實驗室、試驗臺以及觀測點，可以在近地軌道進行一系列的實驗活動。“國際空間站”支持的研究領域包括物理學、地球科學、空間科學、生物和應用生物學、人類生理學、農業科學、化學和材料科學等。此外“國際空間站”還充當了一個教育平臺。

（3） “國際空間站”人員和貨物運輸

2015財年“國際空間站”人員和貨物運輸的預算申請為15.307億美元。

美國航空航天局與軌道科學公司和太空探索技術公司簽訂的商業補給服務的貨運合同在2015財年的支持范圍之內。而人員的運輸服務則繼續向俄羅斯航天局購買，直到美國航空航天局的商業合作伙伴具備了載人能力。該項目各財年主要工作：

2013財年：商業軌道運輸服務（COTS）計劃成功實施，軌道科學公司和太空探索技術公司開始通過商業補給服務（CRS）合同向國際空間進行貨物補給。2012年10月，太空探索技術公司第一次空間站補給任務運送了400kg的乘員補給和科學儀器，并將760kg的物品運回地面。2013年3月，第二次空間站補給任務向空間站運送了544kg貨物并運回了超過1t的物品。軌道科學公司的天鵝座飛船在2013年9月向空間站運送了590kg的食品衣物等補給物品，在飛船離開空間站時攜帶了空間站的廢棄物。空間站貨物和乘員運輸項目在2013財年利用俄羅斯的聯盟號火箭為美國艙段的6名乘員進行了5次人員運輸任務和應急服務任務。

2014財年：空間站人員和貨物運輸項目將繼續提供穩定的運輸服務。按照美國航空航天局的計劃，在2014財年太空探索技術公司將執行3次商業補給合同飛行任務，軌道科學公司執行2次商業補給合同飛行任務，聯盟號的人員運輸任務計劃執行4次。

2015財年：空間站人員和貨物運輸項目將繼續提供穩定的運輸服務計劃。預計包括4次聯盟號的載人任務，總計運送6名美國艙段的乘員到“國際空間站”。貨物補給運輸方面則包括軌道科學公司和太空探索技術公司的各3次商業補給服務。

航天和飛行支持

航天飛行和支持涉及發射工位的建設、空間通信導航系統、發動機試驗設施、發射服務和載人航天的飛行操作。2015財年的預算申請為8.546億美元。

21世紀航天發射工位項目的預算申請為0.259億美元。它的主要目標是對肯尼迪航天中心的發射場和發射工位進行現代化改造，提高穩定性，能夠支持多個用戶。這些用戶包括美國航空航天局現有的和將來的項目、美國政府的項目以及商業用戶。

空間通信和導航（S C a N）項目預算申請為5.918億美元。該項目為美國航空航天局所有的項目提供關鍵的通信和導航服務。空間通信和導航為航天器傳回狀態監控數據、上傳指令并向各任務控制中心發送數據。空間通信和導航服務對象非常廣泛，包括大氣層邊緣的熱氣球、近地軌道的科學衛星以及距離地球最遠的旅行者－1探測器（距地球193億千米）。此外，還包括哈勃望遠鏡、好奇號火星探測器等。空間通信和導航為“國際空間站”提供通信支持，并為運輸補給提供支持。

載人飛行操作（H S F O）項目的預算申請為1.081億美元。該項目為載人飛行提供航天員的訓練，以及發射前后和飛行中航天員的健康狀態。“國際空間站”的所有乘員都經過嚴格的航天飛行準備工作，是飛行成功的關鍵因素。

發射服務項目（LSP）的預算申請為0.83億美元。發射服務項目利用國內商業發射服務商為科學、探索、通信、天氣、技術研發衛星提供了價格合理的、可靠的進入空間的能力。發射服務項目充當了中間人的角色，通過競爭過程匹配航天器和運載火箭。

火箭推進系統試驗（RPT）項目的預算申請為0.458億美元。該項目維護和管理著一系列進行火箭發動機地面試驗的設施。這些世界級的試驗設施遍布美國，所有火箭發動機試驗都要經過該項目。火箭推進系統試驗項目評估用戶的試驗需求和期望結果，將試驗時間和成本降到最低。

4 結論

美國航空航天局在2015財年的預算案中明確提出人類航天飛行已經進入了近地軌道以遠的深空探索的時代。為了實現深空探索的目標，美國航空航天局將采用能力驅動的方法，實施多目的地探索的戰略。美國航空航天局將集中精力研制探索系統，并依靠“國際空間站”的研究進一步推動空間生存和作業能力的發展，而近地軌道的運載能力則依靠商業航天運輸。

（1）美國航空航天局的系統研制工作將主要圍繞“航天發射系統”和“獵戶座”開展

深空探索需要將人員或大噸位的貨物運至近地軌道以遠的空間，因此必須要研制重型運載火箭和多功能乘員艙，并建設相應的地面發射設施，所以探索系統的研制工作近年來都是美國航空航天局重點發展的領域。探索系統是保證美國在航天技術領域保持領先地位，實現其深空探索目標的基礎，所以美國航空航天局的研制工作將以探索系統為主導。

從2013財年到2015財年，探索系統的預算申請維持了比較穩定的水平，在27.5億美元左右，但實際投入的經費卻超出了預算。2013財年探索系統的預算申請為27.694億美元，實際投入28.838億美元，“獵戶座”和“航天發射系統”重型火箭的研制投入都明顯超過了預算申請。2014財年探索系統的預算申請為27.3億美元，但目前2014財年通過“統一撥款法案”的經費已經達到了31.152億美元。由此可見，探索系統在美國航空航天局內部具有很高的優先級，是其政策傾向的重點領域。

“航天發射系統”項目從2011財年開始，到2013財年實際投入的經費達到了44.485億美元。評審給出的“航天發射系統”項目到探索任務－1完成所需成本初步估計值大約為76.53億～85.87億美元。

（2）美國航空航天局的近地軌道運輸任務將依靠商業航天運輸解決

在航天飛機退役之后，美國航空航天局已經不具備向“國際空間站”進行人員和貨物運輸的能力，所以只能依賴俄羅斯的聯盟號。為了擺脫對國外的依賴，同時也要能夠保證美國航空航天局主要精力投入到探索系統的研制上，美國采取了鼓勵商業航天運輸發展的策略。美國航空航天局從2010財年開始了商業航天飛行計劃。2013財年成功完成了商業軌道運輸服務項目，目前美國航空航天局已經可以依靠國內的商業航天運輸公司（軌道科學公司和太空探索技術公司）完成空間站的貨物補給能力。從2011財年開始商業乘員計劃也在不斷取得進步，計劃在2017財年實現近地軌道的載人運輸能力。這樣美國航空航天局就可以完全依靠國內的商業航天運輸業實現近地軌道（包括“國際空間站”）的人員和貨物運輸。

2014財年美國航空航天局為商業乘員計劃申請了8.214億美元，2015財年的預算申請達到了8.483億美元，多于2014財年。

近年來，美國不斷鼓勵商業航天的發展，美國航空航天局通過向私營公司提供資金和技術支持，研制高可靠、低成本的商業航天運輸系統，并向其采購商業運輸合同。這種政策一方面可以解決美國政府對近地軌道運輸能力的需求；另一方面可以形成有競爭力的商業發射服務商，促進美國航天產業的發展。

（3）美國航空航天局的深空探索任務建立在“國際空間站”研究基礎之上

深空探索必然涉及到人員長時間的空間生存和空間作業問題，而“國際空間站”是驗證相關技術的最好的平臺。空間站的研究、技術演示驗證和各種試驗都會推動未來長時間的深空探索任務所需要的技術能力，例如自動交會對接、先進通信以及空間人員健康和行為等。此外，“國際空間站”還是商業研究的實驗室，可以為多個學科提供獨特的實驗平臺。

由于“國際空間站”的運行和維護是非常復雜的過程，而且人員和貨物的補給運輸也需要多次運輸服務，導致空間站的預算是航天探索和航天活動中預算最高的一項，達到了30.508億美元。