美國國家研究委員會發布《探索路線》報告

張園園 王永生（中國航天員科研訓練中心）

2014年6月，美國國家研究委員會（NRC）發布了一份國會授權的報告—《探索路線：美國載人空間探索項目的理由與方式》（簡稱《探索路線》）。此報告長達285頁，主要是建議美國要制定嚴格的空間探索路線，按照具體的任務順序取得階段性成果，從而實現載人登陸火星的長遠目標。如想成功實施該路線，需要有堅定不移的共同目標、國際合作以及適當增加的預算。報告還指出美國政府制定路線時應遵循的原則。

1 報告出臺背景

《探索路線》報告出臺背景基于2010年頒布的美國航空航天局(NASA)《授權法案》。由于政黨輪換以及其他因素導致載人航天項目無法穩定開展，所以該法案要求美國國家研究委員會（NRC）對載人航天進行研究，旨在重新審視“載人航天的戰略目標，核心能力與發展方向。”報告從公眾和投資者的角度審視開展載人航天空間探索項目的理由，建議設定具體的探索任務順序，并規劃了任務的可持續性發展方式。

此報告稱美國應將可持續性發展作為推動載人航天事業的愿景、科學前沿和關鍵性意見前進的內在動力，避免載人航天探索項目受到內部壓力、政策改變等誘因的影響。之所以稱為可持續性發展，是因為目前取得的所有成就都是暫時的，隨著探索的深入而發展。因此，除了能經受住時間的考驗外，可持續性發展還能保證工作朝著有利于科技、社會和經濟發展的方向前進。報告明確地提出了可持續性發展的核心問題，即人類能離開地球到達多遠的地方？當人類到達那里又能發現什么，得到什么？

2 開展載人空間探索項目的理由

開展載人空間探索項目的理由包括：對國家的經濟、科技、教育、安全，國際關系以及個人利益影響的幾個方面。該報告清晰地將以上這些理由分為兩大類：①實用理由，它包括經濟效益；對國家安全的貢獻；對國家教育和國際關系；對學生和公民的激勵，從而促進科學和工程學教育；對科學的貢獻。②精神理由，它包括人類的最終棲息之地（遷移至其他星球）。報告提出沒有能夠獨自證明載人航天探索項目價值的理由，只有將精神追求與實際利益相結合，才能成為繼續美國載人航天項目的真正理由。但這一切的前提是遵循該報告提出的探索路線和一系列的原則、章程。

50年以來，公眾對空間探索項目的關注度與經濟、教育、醫療、科學發明等領域相比相對適中。公眾對開展空間探索項目普遍支持，但尚未占據首位。

3 路線的實施需求

（1）堅定探索路線

《探索路線》報告稱通過技術分析清晰地顯示，在可預見的未來，載人探索目標為月球、小行星、火星和火星衛星。在這些載人探索目標中，最遠最難的目標就是載人登陸火星—因其需要克服前所未有的時間、成本和技術挑戰。因此，載人空間探索的終極目標是火星，所有可能的合作伙伴都應該共同參與到載人空間探索所有的長期空間項目中，為實現這一目標共同努力。

1979－2011年公眾對空間探索領域表示“非常感興趣”的百分比

1979－2011年公眾對航天飛機、登月和火星任務的支持率

（2）適當增加預算

《探索路線》報告沒有明確提出路線的預算，但報告強調，從目前來看，投入到低地球軌道(LEO)載人空間探索的資金是遠遠不夠的。而且，當前任務主要是研發用于低地球軌道飛行的發射飛行器和飛船，但都尚未達到反復利用的程度。

其次，公眾無法明確終極探索目標和探索進程中取得成就之間的關系，這可能導致潛在的伙伴成員國失去信心。目前，美國的政策必須如實地反映或者改變探索項目、技術和預算現實，否則將不利于開展可持續性發展的探索項目。該報告明確指出，政策制定人在制定政策時應該記住任何有形的、可計量的利益（包括技術成果轉化、對人才從事科學事業的吸引、科學知識的進步等）都無法證實對載人航天的巨大投入必定有經濟效益作為回饋。在當今美國的后冷戰時代，公眾認為對美國對“阿波羅”投資主要是為了提高國家防御能力和國際威望。盡管公眾對美國航空及其載人項目基本持肯定態度，但多數人不認為美國應該優先考慮增加載人航天探索項目的預算。也就是說，目前政策的制定必須反映出任務、技術和預算現實，否則將無法進行可持續發展的項目。

（3）加強國際合作

《探索路線》報告還指出，目前多數國家都尋找國際合作伙伴共同進行重大的空間項目。合作的原因是多元的，但是各國（包括美國）主要是以利益為出發點進行合作。美國與原來的國際合作伙伴終止了近期載人探索目標就證明了這一點。

目前，多數航天國家和機構都在計劃重返月球，美國則將重點設定為小行星重定向至月球軌道，并由航天員進行探索。此外，報告還強調中國航天能力快速發展，美國應該將其視為最大利益的未來國際合作伙伴。然而，現今的美國聯邦法案禁止美國航空航天局與中國進行雙邊活動，其結果只會大大地阻礙可能對登陸火星產生影響的國際能力。而且，一旦進行合作共同執行火星任務，國際合作伙伴成員國將承擔一部分資金。

4 路線的制定與實現方式

（1）探索路線方式制定的相關建議

目前，美國航空航天局及其國際和商業合作伙伴共同研發在低地球軌道上的的“國際空間站”已經趨于成熟。美國現在必須做出選擇，決定是否在“國際空間站”上繼續進行長期的、可持續的載人空間探索。報告委員會通過考察以往和當前的航天政策和國際環境，明確可持續性發展方式和載人航天探索的理由，提出應當繼續開展可持續性發展的低地球軌道載人探索項目。

可持續的載人深空探索項目需要確定一個終極目標，盡管在政治、經濟這些不確定因素下，也盡量確保此目標不會受到重大的技術失敗和事故的影響。國際空間政策、國際合作伙伴和公眾一致贊同將火星作為該終極目標。美國航空航天局應該繼續載人空間探索項目，實現具有里程碑意義的目標，這將使美國再次引領空間領域的發展，同時還能創造更多的國際合作機會。但這一切的前提是任務要素按照一定的邏輯順序取得過渡性成果，還需要有足夠的預算。要想追求這個目標，美國航空航天局需要參加任務種類開發和相關技術研發，并重點開發高優先級能力，包括：火星進入、下降、著陸；輻射安全；空間推進和能源。這些高優先級能力的開發是對時間、資金和技術的考驗。

此外，報告委員會提出，為確保穩定、可持續的載人航天項目美國航空航天局必須嚴格遵循一套路線原則。

1）圍繞最終選定的終極探索目標，致力于載人航天的可持續性發展，以實現低地球軌道探索。

2）尊重國際合作伙伴的能力和意愿，在國際航天領域中共同進行探索路線的設計和開發。

3）制定探索路線的具體任務順序，向探索路線的長遠目標持續性推進。

4）為推動路線發展，繼續尋求能夠解決技術難題的合作伙伴。

5）針對技術或財政等不確定因素，為繼續進行探索路線應制定低風險計劃。

《探索路線》報告指出，探索路線要保證探索目標及其階段性成果能夠帶來深遠的科學、文化、經濟及政治利益，從而證明公眾投資的正確性；設定合理的任務目標順序，使投資者能夠看到美國航空航天局取得進步和發展的信心；探索路線任務順序的制定不僅要合乎常規的技術能力增長，還要將成本控制在可承受范圍內，避免發生重大事故；此外，也要支持運營進度，從而確保對關鍵技術能力、操控和基礎設施的有效利用，摒棄失效任務要素。

美國航空航天局必須遵循上述運營原則，沿著探索路線前進。一旦開啟火星之路，如果在技術、成本或者進度上出現問題，美國航空航天局、政府和國會應該遵循以下原則：

1）如果在規定的期限內，給予合理投資和5年的預算仍無法保證路線的正常運營，那么該路線就不應該啟動。

2）如果預算無法繼續支撐路線，那么盡管美國航空航天局已經取得一定成果，但仍要終止任務。

3）如果美國載人航天項目在載人飛行方面的預算有所增加，美國航空航天局、政府和國會也不應該重新制定路線。在追求預定的技術和探索目標的進程中，持續運營路線可能需要連續增加預算，但增加的資金應該用于快速降低重大技術風險和加快運營進度。

4）資金的緊張將會使一些重大的新技術和新能力發展受到影響。優先級很可能放在那些能夠解決技術難題、降低任務成本、促進任務進展和降低運營風險等的方面。

5）如果載人航天項目的任務要素、基礎設施和建構不能再為路線的發展服務，載人航天項目應盡快將其處理掉。

（2）執行可持續性發展方式的建議

《探索路線》報告沒有提出確定某個特定的路線和目標。對路線方式提出的相關建議只是補充了美國航空航天局正在實施的戰略框架，旨在穩定載人探索，并鼓勵國家政策與任務規劃相一致。如果美國要進行載人航天探索項目，那么載人航天探索項目就必須承受資金和風險的考驗。但報告指出，為滿足美國的愿景和個人的精神追求，美國必須進行載人航天探索，此愿景號召美國公眾和政策制定者支持美國取得技術成就，同時也能彰顯美國為促進國際和平所做出的貢獻。報告指出美國付出如此巨大的資金和風險，只有實現路線的最終目標，才能證明政府投入巨大的人力和物力進行載人空間探索是值得的。

該報告對探索路線提出了相關建議，指出受人體生理條件和空間探索技術的制約，在可預見的未來潛在的探索目的地局限在地-月系統、拉格朗日點、近地小行星和火星范圍內。美國航空航天局聯合國際太空探索協調組（ISECG）等機構為這些探索目的地設定了一系列的計劃參考任務(DRM)，并制定了3條按照不同步驟來實現終極目標的路線。

分析表明，這3條路線都將火星設定為最具挑戰性并具有技術可行性的終極探索目標。在現實條件下，載人航天項目在實現終極目標之前，可能需要先取得過渡性成果。《探索路線》報告為每一條探索路線都設定了3～6項設計參考任務。載人登火的3條路線如下：

1）小行星重定向任務-火星路線，實施步驟為先執行小行星重定向任務，然后到月球，最后登陸火星；

2）月球-火星路線，實施步驟為先登陸月球，然后建立月球前哨基地，最后登陸火星；

3）增強型探索路線，實施步驟為執行地-月拉格朗日2點任務，然后登陸小行星，然后建立月球前哨基地，最后登陸火星。

報告指出，該3條路線都將登陸月球視為過渡探索目的地，可見重返月球對最終實現登陸火星的終極目標意義重大。無論最后選定哪條路線，任何計劃與路線的成功實施還將取決于關鍵任務要素的健康發展，如“航天發射系統”重型火箭、深空居住地和加壓表面移動系統等。

結合可持續性載人航天發展方式，報告提供了一系列制定原則、章程的優先級建議，這些建議對可持續性載人航天項目的發展和執行至關重要。其內容如下：

1）為實現將人類活動范圍擴展至低地球軌道上的目標，必須滿足美國航空航天局發展載人航天的物力和人力需求；重新定位載人航天必要的資源，包括改善任務管理效率和加強現有基礎設施的利用。

2）將長期重點放在火星這個“探索目標”上，探究載人航天的可持續性發展問題：人類能離開地球多遠？當人類到達那里又能發現什么，得到什么？

3）在不影響長遠目標的前提下，建立并執行能夠全面擴大科學、文化、經濟、政治利益、個人追求的路線方式，并沿著路線穩步推進。

4）大力尋求國際合作和商業合作，旨在平衡其他國家和商業實體的資金和能力。國際合作可能將接納中國和其他剛剛興起航天產業的國家，以及原有的國際合作伙伴。為實現低地球軌道探索路線，合作伙伴必須共同分擔巨額的成本，并共同制定決策，包括對將“國際空間站”的使用延長至2024年的決定。

5）進行相關規劃，包括任務需求和系統建構，旨在資助高-優先級技術開發，特別是火星進入、下降、著陸，空間推進與能源以及輻射安全。

此外，報告還指出，政府給美國航空航天局在載人航天項目上每年的預算增加5%才能保證路線取得成功。假如資金不足，或者美國兩個執政黨有一方對美國航空航天局沒有堅持持續性的承諾，探索路線的實施將注定失敗。負責美國航空航天局經費問題的政府下屬機構（行政部門和立法部門）是關鍵部門，其負責政府在載人航天領域的投資、試運行和財政計劃，還能確保領導層、人力、管理方法和資源布置到位，并能投資實驗室建設和設備更新。

5 美國航空航天局對美國國家研究委員會報告的解讀

報告發布不久，美國航空航天局就做出了回應，他們對此項報告的發布表示歡迎。經過分析，美國航空航天局認為發布的《探索路線》對載人空間探索進行了充分的、正確的評估與鑒定，這份報告符合美國的兩黨執政政策及美國航空航天局在2010年頒布的《授權法案》。美國航空航天局一致認可將載人登陸火星作為長遠目標，該報告提出的探索路線實現方式對美國航空航天局當前實施的載人航天戰略進行了有力的補充。美國航空航天局在火星任務的許多關鍵要素上已經取得了顯著的進步，他們將繼續與其他航天國家和部門進行合作。

6 結束語

目前，美國是“國際空間站”的主要成員，展示了國際引領者風范，并通過國家軟實力參與到各國的發展中，也成為商業貨物和載人軌道飛行的焦點。美國開展載人航天計劃已長達半世紀之久，并將繼續進行下去，這不僅僅是因為對“國際空間站”的承諾，與美國政府和公眾對載人飛行的長遠發展的支持也密切相關。