2015财年美国航空航天局航天预算分析

杨开（北京航天长征科技信息研究所）

2014年3月4日，美国航空航天局（NASA）公布了2015财年的预算案，预算申请总额为174.606亿美元，涵盖了科学、航空、空间技术、航天探索、航天活动、设施建设等。航天探索和航天活动仍是美国航空航天局发展的重点领域，二者的预算申请分别为39.76和39.054亿美元，占预算总额的45.14%。

1 预算概况

美国航空航天局 2015财年预算申请亿美元

美国航空航天局 2015财年航天探索和航天活动预算申请亿美元

续 表亿美元

2 航天探索

航天探索部分的预算包括三个方面：探索系统研制、商业航天飞行、探索研究和发展。

探索系统研制

2015财年探索系统研制的总预算为27.844亿美元，“猎户座”、“航天发射系统”项目以及探索系统地面项目的预算分别为10.423亿、13.803亿、3.513亿美元。为了实现载人深空探测的目标，“航天发射系统”重型火箭以及“猎户座”仍是美国航空航天局的研制重点。

（1）“猎户座”

美国航空航天局在进行近地轨道以远的太阳系目标探测过程中，“猎户座”可以将人类送至月球以外的深空，并提供长时间的生命维持能力。各财年主要工作如下：

2013财年主要进行第一次探索飞行试验的“猎户座”的制造及相关试验，第一次探索飞行试验为双轨道、4h的无人飞行试验，使用德尔他－4火箭发射。飞船完成了热防护结构，进行了水面撞击和回收、乘员舱结构和空间环境等试验。美国航空航天局和欧洲航天局还就探索任务－1（EM－1）展开合作，欧洲航天局为探索任务－1任务提供“猎户型”飞船服务舱模块。

2014财年主要任务是执行第一次探索飞行试验（EFT－1），最高的轨道高度为5800km，返回过程的再入速度为32000km/h。同时探索任务－1任务的“猎户座”制造工作也将开启，开始飞船主结构和电子设备的制造。

2015财年主要工作将集中到探索任务－1。探索任务－1任务是月球轨道的无人飞行任务，将由“航天发射系统”重型火箭发射。项目会继续乘员舱主结构的制造，开始装配推进系统、环境控制和生命支持系统等。“猎户座”也会完成一系列的降落伞试验，并测试电气设备。最后，要完成关键的项目评审。

“猎户座”飞船

“猎户座”项目进度/关键里程碑事件

“航天发射系统”构型演进

“航天发射系统”概念图

“航天发射系统”项目的进度表/关键里程碑事件

“航天发射系统”运载火箭的设计根据任务要求的不同具有灵活性和扩展性。不同构型之间采用相同的芯级，以高效、低成本地实现不同的人员和货物运输需求。“航天发射系统”初始构型可以实现70t的近地轨道运载能力，通过月球任务实现对系统的演示验证。后续逐步实现近地轨道运载能力105t和130t的构型。在研制过程中充分利用以往航天运输系统研制的硬件，包括航天飞机主发动机、“星座”计划的五段式固体火箭助推器以及源于德尔他－4火箭的过渡性低温推进级等。该项目各财年主要工作如下：

2013财年：“航天发射系统”成功完成项目初步设计评审，进入详细设计阶段，各分系统的研制持续推进。J－2X上面级发动机在A－2试验台上完成了6次试验。此外，米丘德装配厂房完成了8台全尺寸芯级模型的制造，开始为“航天发射系统”试验和飞行样件的生产进行准备。

2014财年：完成助推器和芯级将进行关键设计评审。之后，“航天发射系统”项目将开始探索任务－1飞行硬件的制造，包括过渡性低温推进级、助推器、芯级的主要部件（包括贮箱、发动机、箱间段以及前裙）和级间适配器的结构试验件。“航天发射系统”项目在2014财年还要完成垂直装配中心的验收以及A－1试验台的整修工作，用于试验芯级发动机RS－25。此外，还要售出芯级和过渡性低温推进级的合同。

2015财年：要完成“航天发射系统”项目关键设计评审。该财年要完成芯级液氢箱、液氧箱、箱间段、前裙和发动机支架，并进行验证试验。此外，还要完成RS－25发动机和助推器的装配制造和试验。

（3）探索系统地面设施

探索系统地面设施项目主要是对肯尼迪航天中心的地面系统和设施进行升级改造。这些设施用于“航天发射系统”和“猎户座”的组装、转运和发射。此外，还要为探索任务－1和探索任务－2任务设计新的流程和规则，用于飞船、火箭子级和逃逸系统的准备和处理。各财年主要工作如下：

用于运送移动发射架的履带运输车

“航天发射系统”总装厂房

2013财年：美国航空航天局售出移动发射台改进合同和载荷处理设施第二阶段建设合同。探索系统地面设施项目完成了39B发射工位多个系统的整修工作。开始指挥控制系统硬件的安装工作，完成了履带车轨道的设计，并开始了初步建设。

2014财年：继续改进各种地面设施，以支持探索任务－1发射任务。在本财年，项目会进入寿命周期的实施阶段，即进入最后设计和初步加工阶段。具体的改进包括导流槽、导流板、点火过压和噪声抑制系统。探索系统地面设施在2014财年还要回收第一次探索飞行试验的乘员模块。

2015财年：完成地面系统的关键设计评审。探索系统地面设施项目会继续改进移动发射台，完成地面支持设备的安装。完成39B发射工位导流槽的拆除工作以及推进剂加注系统和供气系统设施的改进工作。此外还包括指挥控制系统软件的安装升级、履带运输车轴承部件的替换工作等。

商业航天飞行

商业航天飞行只包含商业乘员计划一个项目，2015财年预算申请为8.546亿美元。

按照美国航空航天局的总体规划，商业乘员运输能力的发展分4步：第一步，商业乘员开发计划第1阶段（CCDev1），主要目标是近地轨道商业运输系统的研发和技术验证；第二步，商业乘员开发计划第2阶段（CCDev2），美国航空航天局延续商业轨道运输服务飞船和商业乘员开发计划，完善近地轨道商业运输系统的研发和技术验证；第三步，商业乘员运载综合能力（CCiCap）计划主要目标是发展包括发射场、运载器、地面操作系统和任务控制中心在内的乘员运载综合能力；最后一步为商业乘员运输能力计划，目标是完成最后的研发、试验和鉴定活动，并在2017年实现乘员演示验证飞行，同时该计划还包括“国际空间站”乘员运输服务。

美国商业乘员开发计划中项目

美国航空航天局采取里程碑的形式评估商业合作伙伴的研制进度，整个进程采用持续竞争模式。这些里程碑是基于协商之后的性能要求和成功标准，完成之后美国航空航天局授予合作伙伴固定价格的合同。里程碑大多数是标识研制进程成熟的事件，例如风险降低试验、设计评审、硬件研发、飞行试验以及合作伙伴投资评估。各财年主要工作如下：

2013财年：蓝源公司、波音公司、太空探索技术公司、内华达山脉公司基本完成了所有商业乘员开发计划第2阶段的里程碑。波音公司、太空探索技术公司和内华达山脉公司完成了商业乘员运载综合能力计划的部分里程碑事件。

2014财年：内华达山脉公司完成商业乘员开发计划第2阶段的最后一个里程碑：“追梦者”进行直升机挂试验。蓝源公司将在无资金支持的情况下继续进行相关工作，而波音公司、内华达山脉公司和太空探索技术公司将在商业乘员运载综合能力计划下继续进行航天器和运载火箭的研制工作。2013年11月美国航空航天局发布了商业乘员运输能力计划方案征询建议，计划在2014财年结束之前开始售出商业乘员运输能力计划合同。

2015财年：商业合作伙伴将完成商业乘员运输能力计划合同的关键里程碑事件，证明其有能力在2017年实现向近地轨道和“国际空间站”进行乘员运输服务。在商业乘员运输能力计划计划下，美国航空航天局和商业合作伙伴会进行鉴定活动，确保乘员运输系统满足美国航空航天局向“国际空间站”运送乘员的要求。

探索研究和发展

探索研究和发展包含两个项目，先进探索系统（AES）和人类研究计划（HRP），这两个项目在2015财年的预算申请分别为1.829亿美元和1.605亿美元。

人类研究计划： 美国航空航天局已经拥有了50多年的近地轨道载人活动的经验，研究人员也在一直探索空间环境是如何影响人类身体的。人类研究计划是为了研究并降低对航天员健康影响最大的风险因素，确保航天器乘员在近地轨道以远的深空探索任务中保持良好的健康状态和工作状态。航天员在执行高风险任务时身体健康可能会受到空间环境的影响，人类研究计划则致力于研制相关的应对措施和技术，保证航天员完成所有的任务并维持良好的健康状态。

建成后的“国际空间站”

先进探索系统：先进探索系统是一种创新的方法，开发未来航天任务所必需的基础技术和高优先级能力。先进探索系统主要致力于未来深空探索中的人类航天飞行辅助系统研究。涉及的具体内容包括生命支持、深空环境、乘员机动系统以及先进航天服等。

3 航天活动

航天活动部分的预算包括两个方面：空间站以及航天和飞行支持。空间站2015财年的预算为30.508亿美元，航天和飞行支持的预算为8.546亿美元。

航天活动覆盖美国航空航天局的空间和地面的设施及能力：可以进行火箭动力系统试验；保证安全可靠和经济可承受的进入空间能力；维持地面站和太阳系所有平台之间安全可靠的通信能力。航天活动中最主要的部分是“国际空间站”项目，涉及空间的运行维护、科学研究以及货物人员运输活动。

早期的“国际空间站”

“国际空间站”

“国际空间站”项目2015年预算总计为30.508亿美元，包括空间站系统运行和维护12.079亿美元，空间站研究3.122亿美元，空间站人员和货物运输15.307亿美元。

美国航空航天局已经确定“国际空间站”的运行时间最少要延长到2024年。

（1）“国际空间站”的运行和维护

2015财年国际空间的运行和维护的预算申请为12.079亿美元。

为了能够保证位于严苛的太空环境中空间站能够安全运行，确保乘员有足够的食品、水和氧气的供应，需要进行精确的计划和后勤服务。“国际空间站”不仅需要进行日常维护，还有可能出现意外的机械故障，需要空间站乘员在太空环境中进行维修，同时还需要地面控制中心的支援。

为了能够让空间站乘员舒适地在太空中生活，需要地面人员进行大量的操作。地面人员持续地监控空间站的性能，提供必要的指令并与空间站乘员进行通信交流。在航天员进入太空之前，系统运行和维护项目还要为航天员进行训练。

“国际空间站”是一个多国合作的项目，所有的项目决策都不是独立进行的，需要不同国家之间进行协调，保证考虑到了所有的技术、进度以及资源供给等问题。

（2） “国际空间站”研究

2015财年，“国际空间站”研究的预算申请为3.122亿美元。

“国际空间站”作为一个轨道平台，为空间研究提供无可比拟的能力，也为将来人类的空间探索活动开发新技术提供了环境。空间站内设置了科学实验室、试验台以及观测点，可以在近地轨道进行一系列的实验活动。“国际空间站”支持的研究领域包括物理学、地球科学、空间科学、生物和应用生物学、人类生理学、农业科学、化学和材料科学等。此外“国际空间站”还充当了一个教育平台。

（3） “国际空间站”人员和货物运输

2015财年“国际空间站”人员和货物运输的预算申请为15.307亿美元。

美国航空航天局与轨道科学公司和太空探索技术公司签订的商业补给服务的货运合同在2015财年的支持范围之内。而人员的运输服务则继续向俄罗斯航天局购买，直到美国航空航天局的商业合作伙伴具备了载人能力。该项目各财年主要工作：

2013财年：商业轨道运输服务（COTS）计划成功实施，轨道科学公司和太空探索技术公司开始通过商业补给服务（CRS）合同向国际空间进行货物补给。2012年10月，太空探索技术公司第一次空间站补给任务运送了400kg的乘员补给和科学仪器，并将760kg的物品运回地面。2013年3月，第二次空间站补给任务向空间站运送了544kg货物并运回了超过1t的物品。轨道科学公司的天鹅座飞船在2013年9月向空间站运送了590kg的食品衣物等补给物品，在飞船离开空间站时携带了空间站的废弃物。空间站货物和乘员运输项目在2013财年利用俄罗斯的联盟号火箭为美国舱段的6名乘员进行了5次人员运输任务和应急服务任务。

2014财年：空间站人员和货物运输项目将继续提供稳定的运输服务。按照美国航空航天局的计划，在2014财年太空探索技术公司将执行3次商业补给合同飞行任务，轨道科学公司执行2次商业补给合同飞行任务，联盟号的人员运输任务计划执行4次。

2015财年：空间站人员和货物运输项目将继续提供稳定的运输服务计划。预计包括4次联盟号的载人任务，总计运送6名美国舱段的乘员到“国际空间站”。货物补给运输方面则包括轨道科学公司和太空探索技术公司的各3次商业补给服务。

航天和飞行支持

航天飞行和支持涉及发射工位的建设、空间通信导航系统、发动机试验设施、发射服务和载人航天的飞行操作。2015财年的预算申请为8.546亿美元。

21世纪航天发射工位项目的预算申请为0.259亿美元。它的主要目标是对肯尼迪航天中心的发射场和发射工位进行现代化改造，提高稳定性，能够支持多个用户。这些用户包括美国航空航天局现有的和将来的项目、美国政府的项目以及商业用户。

空间通信和导航（S C a N）项目预算申请为5.918亿美元。该项目为美国航空航天局所有的项目提供关键的通信和导航服务。空间通信和导航为航天器传回状态监控数据、上传指令并向各任务控制中心发送数据。空间通信和导航服务对象非常广泛，包括大气层边缘的热气球、近地轨道的科学卫星以及距离地球最远的旅行者－1探测器（距地球193亿千米）。此外，还包括哈勃望远镜、好奇号火星探测器等。空间通信和导航为“国际空间站”提供通信支持，并为运输补给提供支持。

载人飞行操作（H S F O）项目的预算申请为1.081亿美元。该项目为载人飞行提供航天员的训练，以及发射前后和飞行中航天员的健康状态。“国际空间站”的所有乘员都经过严格的航天飞行准备工作，是飞行成功的关键因素。

发射服务项目（LSP）的预算申请为0.83亿美元。发射服务项目利用国内商业发射服务商为科学、探索、通信、天气、技术研发卫星提供了价格合理的、可靠的进入空间的能力。发射服务项目充当了中间人的角色，通过竞争过程匹配航天器和运载火箭。

火箭推进系统试验（RPT）项目的预算申请为0.458亿美元。该项目维护和管理着一系列进行火箭发动机地面试验的设施。这些世界级的试验设施遍布美国，所有火箭发动机试验都要经过该项目。火箭推进系统试验项目评估用户的试验需求和期望结果，将试验时间和成本降到最低。

4 结论

美国航空航天局在2015财年的预算案中明确提出人类航天飞行已经进入了近地轨道以远的深空探索的时代。为了实现深空探索的目标，美国航空航天局将采用能力驱动的方法，实施多目的地探索的战略。美国航空航天局将集中精力研制探索系统，并依靠“国际空间站”的研究进一步推动空间生存和作业能力的发展，而近地轨道的运载能力则依靠商业航天运输。

（1）美国航空航天局的系统研制工作将主要围绕“航天发射系统”和“猎户座”开展

深空探索需要将人员或大吨位的货物运至近地轨道以远的空间，因此必须要研制重型运载火箭和多功能乘员舱，并建设相应的地面发射设施，所以探索系统的研制工作近年来都是美国航空航天局重点发展的领域。探索系统是保证美国在航天技术领域保持领先地位，实现其深空探索目标的基础，所以美国航空航天局的研制工作将以探索系统为主导。

从2013财年到2015财年，探索系统的预算申请维持了比较稳定的水平，在27.5亿美元左右，但实际投入的经费却超出了预算。2013财年探索系统的预算申请为27.694亿美元，实际投入28.838亿美元，“猎户座”和“航天发射系统”重型火箭的研制投入都明显超过了预算申请。2014财年探索系统的预算申请为27.3亿美元，但目前2014财年通过“统一拨款法案”的经费已经达到了31.152亿美元。由此可见，探索系统在美国航空航天局内部具有很高的优先级，是其政策倾向的重点领域。

“航天发射系统”项目从2011财年开始，到2013财年实际投入的经费达到了44.485亿美元。评审给出的“航天发射系统”项目到探索任务－1完成所需成本初步估计值大约为76.53亿～85.87亿美元。

（2）美国航空航天局的近地轨道运输任务将依靠商业航天运输解决

在航天飞机退役之后，美国航空航天局已经不具备向“国际空间站”进行人员和货物运输的能力，所以只能依赖俄罗斯的联盟号。为了摆脱对国外的依赖，同时也要能够保证美国航空航天局主要精力投入到探索系统的研制上，美国采取了鼓励商业航天运输发展的策略。美国航空航天局从2010财年开始了商业航天飞行计划。2013财年成功完成了商业轨道运输服务项目，目前美国航空航天局已经可以依靠国内的商业航天运输公司（轨道科学公司和太空探索技术公司）完成空间站的货物补给能力。从2011财年开始商业乘员计划也在不断取得进步，计划在2017财年实现近地轨道的载人运输能力。这样美国航空航天局就可以完全依靠国内的商业航天运输业实现近地轨道（包括“国际空间站”）的人员和货物运输。

2014财年美国航空航天局为商业乘员计划申请了8.214亿美元，2015财年的预算申请达到了8.483亿美元，多于2014财年。

近年来，美国不断鼓励商业航天的发展，美国航空航天局通过向私营公司提供资金和技术支持，研制高可靠、低成本的商业航天运输系统，并向其采购商业运输合同。这种政策一方面可以解决美国政府对近地轨道运输能力的需求；另一方面可以形成有竞争力的商业发射服务商，促进美国航天产业的发展。

（3）美国航空航天局的深空探索任务建立在“国际空间站”研究基础之上

深空探索必然涉及到人员长时间的空间生存和空间作业问题，而“国际空间站”是验证相关技术的最好的平台。空间站的研究、技术演示验证和各种试验都会推动未来长时间的深空探索任务所需要的技术能力，例如自动交会对接、先进通信以及空间人员健康和行为等。此外，“国际空间站”还是商业研究的实验室，可以为多个学科提供独特的实验平台。

由于“国际空间站”的运行和维护是非常复杂的过程，而且人员和货物的补给运输也需要多次运输服务，导致空间站的预算是航天探索和航天活动中预算最高的一项，达到了30.508亿美元。