NASA 2021財年航天運輸預算與發展計劃

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財年預算案，預算總額為252.46億美元。其中，航天運輸預算項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領域，總預算為129.49億美元，占到了NASA總預算的51%左右，其重要地位可見一斑。本文主要對以上兩個領域中與航天運輸相關的項目進行分析，包括深空探索系統和近地軌道航天運輸項目。

深空探索系統以及近地軌道航天運輸預算 億美元

續表億美元

1 深空探索系統

深空探索系統是NASA圍繞深空探索開展的核心任務領域，包括探索系統研制、探索研究與開發兩部分內容，分別為深空探索提供所需系統和能力，主要包括SLS系統、“獵戶座”載人飛船、“探索地面系統”、月球“門戶”以及月球“載人著陸系統”項目。2021財年，NASA為該領域申請的預算總額約為88億美元，相比2020財年實際所得增加了27.441億美元，增幅為45.6%。

“航天發射系統”

SLS系統包括運載火箭研制和火箭項目集成與支持兩部分，2021財年的總預算為22.571億美元，比2020財年撥付預算減少了3.288億美元，降低了12.7%。

目前，NASA已經組織完成了SLS首飛箭的芯級組裝工作，包括前裙、氧箱、箱間段、氫箱、發動機段、4臺RS－25發動機以及電子系統，通過“飛馬座”（Pegasus）駁船運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的重點工作是完成芯級“初試”系列試驗工作，包括模態試驗（已完成）、電子設備試驗（已完成）、失效保護試驗（已完成）、推進系統試驗、推力矢量控制系統試驗、倒計時演練、推進劑加注演練以及4臺RS－25發動機聯合試驗。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，啟動相關研制工作；在2020財年結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財年將是令人振奮的一年，計劃執行阿爾忒彌斯－1（Artemis－1）環月任務。在發射之前，NASA將完成該任務的設計認證審查和初步飛行準備評審。此外，在完成首飛箭的交付之后，NASA及相關單位將把工作重心轉移至后續SLS任務所需系統的生產制造上，具體包括：①完成阿爾忒彌斯－2芯級組件、發動機段尾部連接件、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動機，并開始芯級組裝以及飛行準備分析；②繼續進行阿爾忒彌斯－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合同簽訂工作。

“獵戶座”飛船

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

2020財年，主要完成乘員艙（CSM－1）的熱真空、聲學以及電磁干擾試驗，開展軟件試驗以及乘員艙結構試驗。2021財年，完成CSM－1與支架以及“發射終止系統”（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任務所需軟件的交付；完成第2艘“獵戶座”飛船服務艙和乘員艙的制造、裝配、試驗和集成。

“獵戶座”飛船

“探索地面系統”

“探索地面系統”在2021財年申請的預算為3.847億美元，其中系統研制預算為3.77億美元，系統集成與支持項目預算為770萬美元，相比2020財年撥付的經費減少了2.053億美元，降幅34.8%。

2020財年，NASA在39B發射工位完成了最后一次SLS噪聲抑制系統水流試驗，再一次檢驗了該系統在火箭點火和起飛階段的噪聲及振動抑制性能；完成了液氫/液氧低溫推進劑從推進劑儲罐經管道到達活動發射平臺臍帶設施的輸送試驗，各系統運行良好；對肯尼迪航天中心組裝大樓（VAB）內的工作平臺進行了完善與清理，為首飛火箭、飛船系統的總裝與發射做好了充分的準備。2021財年，計劃完成肯尼迪航天中心組裝大樓、39B發射工位、1號活動發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奠定基礎。

月球“門戶”空間站

月球“門戶”是一個繞月飛行空間站，是美國可持續載人深空探索體系的一個重要組成部分，是載人重返月球的中轉站，為載人深空探索任務提供著陸系統各艙段的對接平臺，以及燃料加注、后勤保障、科學研究等服務，實現美國載人深空探索的可持續性發展。

為了滿足2024年載人重返月球的目標，NASA將先期建設最簡版月球“門戶”空間站，主要由電力和推進模塊與居住艙組成。2021財年，NASA為該項目申請了7.393億美元，用于完成以下重點工作：完成月球“門戶”空間站的初步設計評審；繼續與麥克薩技術公司（MAXAR Technologies）合作，開發動力與推進艙（PPE）；繼續與商業伙伴合作，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支持；完成居住與后勤艙（HALO）的關鍵設計評審；完成第一個商業運輸模塊的初步設計評審。

月球“門戶”空間站

月球“載人著陸系統”

在2021財年預算發布之后，考慮到月球“門戶”空間站的建設以及在天上進行組裝存在很大的安全與進度風險，NASA主管載人探測與運行的主管洛偉羅表示，2024年載人重返月球任務將不會使用月球“門戶”空間站，但其對于之后的可持續深空探索是必不可少的一部分。不過，洛偉羅目前已經從NASA離職，月球“門戶”空間站的作用還有待繼續關注。

月球“載人著陸系統”

月球“載人著陸系統”是NASA實現“阿爾忒彌斯”計劃不可分割的一部分，將依靠商業伙伴進行研制，實現從2024年開始人類往返月球表面的目標。2021財年，NASA為該項目申請了近34億美元的預算經費用于系統研制。相比2020財年，該項目的預算額有了很大程度的增加。

2020年4月底，NASA宣布向藍色起源公司（Blue Origin）、洛克達因公司（PWR）和美國太空探索技術公司（SpaceX）牽頭的三支團隊簽發了為期10個月的月球“載人著陸系統”項目設計論證合同，金額為9.67億美元。待10個月合同期滿，NASA將開展一次“續約評審”，選擇其中最有可能實現2024年載人登月任務的方案，而另一家或兩家公司也將可能被留下來開展后續著陸器的研制工作。2021財年，NASA將主要開展著陸系統的設計和評審工作。

2 近地軌道航天運輸

近地軌道航天運輸項目主要包括“乘員與貨物計劃”、“商業乘員計劃”和近地軌道商業開發項目，預算分別為17.781億美元、9970萬美元和1.5億美元。

“乘員與貨物計劃”

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

在貨物運輸方面，NASA已經授出了第二輪“商業再補給服務”（CRS－2）貨物運輸合同，以滿足2020年之后“國際空間站”的貨運運輸任務。在CRS－2合同下，SpaceX公司、諾格公司和內華達山脈公司將至少完成6次發射服務。而在2021財年，這三家公司將分別執行2次、2次和1次貨物發射。

在乘員發射服務方面，NASA目前向俄羅斯購買服務。2021財年，美國將完全擺脫俄羅斯，全面采用本國的載人航天運輸系統。其中，波音公司和SpaceX公司都至少會進行1次載人發射服務。

“商業乘員計劃”

“商業乘員計劃”的預算為9970萬美元，用于為美國商業載人運輸系統的研制提供經費支持。因為波音公司和SpaceX公司的載人運輸系統研制計劃已經接近尾聲，因此其項目預算也僅僅保持在1億美元左右，遠低于此前的8億～10億美元的規模。

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

近地軌道商業開發

近地軌道商業開發項目最初是在2019財年預算申請中增加的，申請金額為1.5億美元，但并未獲得批復。2020和2021財年，NASA都為該項目申請了1.5億美元。

2019財年，NASA通過公開競爭開發商業近地軌道目的地，滿足其長期需求并確保其在“國際空間站”過渡期間持續擁有近地軌道運營能力。2020財年，計劃在該財年結束之前完成近地軌道商業平臺方案的選擇，并完成開發計劃的狀態評估。2021財年，繼續開發“國際空間站”商業模塊，激勵商業伙伴關系的建立，推進先進技術的發展，促進對近地軌道經濟產品和服務的需求增加。

“載人龍”飛船飛抵“國際空間站”

3 結論

大幅增加深空探索預算，保障“阿爾忒彌斯”計劃的順利實施

2020財年第二季度末，美國政府提出提前4年實現載人重返月球的目標。隨后，NASA發布《飛向月球：NASA月球探索戰略計劃》，依靠商業和國際合作途徑，發展主要由SLS火箭、“獵戶座”飛船、“探索地面系統”、月球“門戶”空間站和“載人著陸系統”組成的深空探索框架，分兩個階段實現“阿爾忒彌斯”計劃，在2024年將美國航天員送到月面，在2028年實現對月球的長期可持續探索，最終為載人探火奠定能力基礎。

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

持續保障近地軌道商業貨運任務的開展和載人運輸能力認證，實現其商業化運營

目前，NASA已通過與諾格和SpaceX等商業公司的合作，形成了“國際空間站”貨物往返運輸能力，且內華達山脈公司也有望從2021財年開始執行近地軌道貨物運輸任務。而在商業乘員運輸方面，NASA及其合作伙伴波音公司和SpaceX公司近年來正在穩步推進商業載人運輸的研制工作。基于兩家公司的首次無人試飛以及載人試飛，NASA計劃在近1億美元預算的基礎上，在2021財年完成商業乘員運輸能力認證，從而實現美國載人航天能力的回歸。屆時，NASA通過商業運輸系統成功搭建美國近地軌道的貨物和乘員運輸能力，為近地軌道商業活動的開展和運營奠定基礎。在2021財年預算中，NASA仍然為近地軌道商業化開發項目申請了1.5億美元，用于繼續開發基于“國際空間站”的商業化平臺，旨在基于商業公司打造后“國際空間站”時代美國近地軌道商業化運營模式，催生空間經濟以及先進技術的可持續發展。