美国国家研究委员会发布《探索路线》报告

张园园 王永生（中国航天员科研训练中心）

2014年6月，美国国家研究委员会（NRC）发布了一份国会授权的报告—《探索路线：美国载人空间探索项目的理由与方式》（简称《探索路线》）。此报告长达285页，主要是建议美国要制定严格的空间探索路线，按照具体的任务顺序取得阶段性成果，从而实现载人登陆火星的长远目标。如想成功实施该路线，需要有坚定不移的共同目标、国际合作以及适当增加的预算。报告还指出美国政府制定路线时应遵循的原则。

1 报告出台背景

《探索路线》报告出台背景基于2010年颁布的美国航空航天局(NASA)《授权法案》。由于政党轮换以及其他因素导致载人航天项目无法稳定开展，所以该法案要求美国国家研究委员会（NRC）对载人航天进行研究，旨在重新审视“载人航天的战略目标，核心能力与发展方向。”报告从公众和投资者的角度审视开展载人航天空间探索项目的理由，建议设定具体的探索任务顺序，并规划了任务的可持续性发展方式。

此报告称美国应将可持续性发展作为推动载人航天事业的愿景、科学前沿和关键性意见前进的内在动力，避免载人航天探索项目受到内部压力、政策改变等诱因的影响。之所以称为可持续性发展，是因为目前取得的所有成就都是暂时的，随着探索的深入而发展。因此，除了能经受住时间的考验外，可持续性发展还能保证工作朝着有利于科技、社会和经济发展的方向前进。报告明确地提出了可持续性发展的核心问题，即人类能离开地球到达多远的地方？当人类到达那里又能发现什么，得到什么？

2 开展载人空间探索项目的理由

开展载人空间探索项目的理由包括：对国家的经济、科技、教育、安全，国际关系以及个人利益影响的几个方面。该报告清晰地将以上这些理由分为两大类：①实用理由，它包括经济效益；对国家安全的贡献；对国家教育和国际关系；对学生和公民的激励，从而促进科学和工程学教育；对科学的贡献。②精神理由，它包括人类的最终栖息之地（迁移至其他星球）。报告提出没有能够独自证明载人航天探索项目价值的理由，只有将精神追求与实际利益相结合，才能成为继续美国载人航天项目的真正理由。但这一切的前提是遵循该报告提出的探索路线和一系列的原则、章程。

50年以来，公众对空间探索项目的关注度与经济、教育、医疗、科学发明等领域相比相对适中。公众对开展空间探索项目普遍支持，但尚未占据首位。

3 路线的实施需求

（1）坚定探索路线

《探索路线》报告称通过技术分析清晰地显示，在可预见的未来，载人探索目标为月球、小行星、火星和火星卫星。在这些载人探索目标中，最远最难的目标就是载人登陆火星—因其需要克服前所未有的时间、成本和技术挑战。因此，载人空间探索的终极目标是火星，所有可能的合作伙伴都应该共同参与到载人空间探索所有的长期空间项目中，为实现这一目标共同努力。

1979－2011年公众对空间探索领域表示“非常感兴趣”的百分比

1979－2011年公众对航天飞机、登月和火星任务的支持率

（2）适当增加预算

《探索路线》报告没有明确提出路线的预算，但报告强调，从目前来看，投入到低地球轨道(LEO)载人空间探索的资金是远远不够的。而且，当前任务主要是研发用于低地球轨道飞行的发射飞行器和飞船，但都尚未达到反复利用的程度。

其次，公众无法明确终极探索目标和探索进程中取得成就之间的关系，这可能导致潜在的伙伴成员国失去信心。目前，美国的政策必须如实地反映或者改变探索项目、技术和预算现实，否则将不利于开展可持续性发展的探索项目。该报告明确指出，政策制定人在制定政策时应该记住任何有形的、可计量的利益（包括技术成果转化、对人才从事科学事业的吸引、科学知识的进步等）都无法证实对载人航天的巨大投入必定有经济效益作为回馈。在当今美国的后冷战时代，公众认为对美国对“阿波罗”投资主要是为了提高国家防御能力和国际威望。尽管公众对美国航空及其载人项目基本持肯定态度，但多数人不认为美国应该优先考虑增加载人航天探索项目的预算。也就是说，目前政策的制定必须反映出任务、技术和预算现实，否则将无法进行可持续发展的项目。

（3）加强国际合作

《探索路线》报告还指出，目前多数国家都寻找国际合作伙伴共同进行重大的空间项目。合作的原因是多元的，但是各国（包括美国）主要是以利益为出发点进行合作。美国与原来的国际合作伙伴终止了近期载人探索目标就证明了这一点。

目前，多数航天国家和机构都在计划重返月球，美国则将重点设定为小行星重定向至月球轨道，并由航天员进行探索。此外，报告还强调中国航天能力快速发展，美国应该将其视为最大利益的未来国际合作伙伴。然而，现今的美国联邦法案禁止美国航空航天局与中国进行双边活动，其结果只会大大地阻碍可能对登陆火星产生影响的国际能力。而且，一旦进行合作共同执行火星任务，国际合作伙伴成员国将承担一部分资金。

4 路线的制定与实现方式

（1）探索路线方式制定的相关建议

目前，美国航空航天局及其国际和商业合作伙伴共同研发在低地球轨道上的的“国际空间站”已经趋于成熟。美国现在必须做出选择，决定是否在“国际空间站”上继续进行长期的、可持续的载人空间探索。报告委员会通过考察以往和当前的航天政策和国际环境，明确可持续性发展方式和载人航天探索的理由，提出应当继续开展可持续性发展的低地球轨道载人探索项目。

可持续的载人深空探索项目需要确定一个终极目标，尽管在政治、经济这些不确定因素下，也尽量确保此目标不会受到重大的技术失败和事故的影响。国际空间政策、国际合作伙伴和公众一致赞同将火星作为该终极目标。美国航空航天局应该继续载人空间探索项目，实现具有里程碑意义的目标，这将使美国再次引领空间领域的发展，同时还能创造更多的国际合作机会。但这一切的前提是任务要素按照一定的逻辑顺序取得过渡性成果，还需要有足够的预算。要想追求这个目标，美国航空航天局需要参加任务种类开发和相关技术研发，并重点开发高优先级能力，包括：火星进入、下降、着陆；辐射安全；空间推进和能源。这些高优先级能力的开发是对时间、资金和技术的考验。

此外，报告委员会提出，为确保稳定、可持续的载人航天项目美国航空航天局必须严格遵循一套路线原则。

1）围绕最终选定的终极探索目标，致力于载人航天的可持续性发展，以实现低地球轨道探索。

2）尊重国际合作伙伴的能力和意愿，在国际航天领域中共同进行探索路线的设计和开发。

3）制定探索路线的具体任务顺序，向探索路线的长远目标持续性推进。

4）为推动路线发展，继续寻求能够解决技术难题的合作伙伴。

5）针对技术或财政等不确定因素，为继续进行探索路线应制定低风险计划。

《探索路线》报告指出，探索路线要保证探索目标及其阶段性成果能够带来深远的科学、文化、经济及政治利益，从而证明公众投资的正确性；设定合理的任务目标顺序，使投资者能够看到美国航空航天局取得进步和发展的信心；探索路线任务顺序的制定不仅要合乎常规的技术能力增长，还要将成本控制在可承受范围内，避免发生重大事故；此外，也要支持运营进度，从而确保对关键技术能力、操控和基础设施的有效利用，摒弃失效任务要素。

美国航空航天局必须遵循上述运营原则，沿着探索路线前进。一旦开启火星之路，如果在技术、成本或者进度上出现问题，美国航空航天局、政府和国会应该遵循以下原则：

1）如果在规定的期限内，给予合理投资和5年的预算仍无法保证路线的正常运营，那么该路线就不应该启动。

2）如果预算无法继续支撑路线，那么尽管美国航空航天局已经取得一定成果，但仍要终止任务。

3）如果美国载人航天项目在载人飞行方面的预算有所增加，美国航空航天局、政府和国会也不应该重新制定路线。在追求预定的技术和探索目标的进程中，持续运营路线可能需要连续增加预算，但增加的资金应该用于快速降低重大技术风险和加快运营进度。

4）资金的紧张将会使一些重大的新技术和新能力发展受到影响。优先级很可能放在那些能够解决技术难题、降低任务成本、促进任务进展和降低运营风险等的方面。

5）如果载人航天项目的任务要素、基础设施和建构不能再为路线的发展服务，载人航天项目应尽快将其处理掉。

（2）执行可持续性发展方式的建议

《探索路线》报告没有提出确定某个特定的路线和目标。对路线方式提出的相关建议只是补充了美国航空航天局正在实施的战略框架，旨在稳定载人探索，并鼓励国家政策与任务规划相一致。如果美国要进行载人航天探索项目，那么载人航天探索项目就必须承受资金和风险的考验。但报告指出，为满足美国的愿景和个人的精神追求，美国必须进行载人航天探索，此愿景号召美国公众和政策制定者支持美国取得技术成就，同时也能彰显美国为促进国际和平所做出的贡献。报告指出美国付出如此巨大的资金和风险，只有实现路线的最终目标，才能证明政府投入巨大的人力和物力进行载人空间探索是值得的。

该报告对探索路线提出了相关建议，指出受人体生理条件和空间探索技术的制约，在可预见的未来潜在的探索目的地局限在地-月系统、拉格朗日点、近地小行星和火星范围内。美国航空航天局联合国际太空探索协调组（ISECG）等机构为这些探索目的地设定了一系列的计划参考任务(DRM)，并制定了3条按照不同步骤来实现终极目标的路线。

分析表明，这3条路线都将火星设定为最具挑战性并具有技术可行性的终极探索目标。在现实条件下，载人航天项目在实现终极目标之前，可能需要先取得过渡性成果。《探索路线》报告为每一条探索路线都设定了3～6项设计参考任务。载人登火的3条路线如下：

1）小行星重定向任务-火星路线，实施步骤为先执行小行星重定向任务，然后到月球，最后登陆火星；

2）月球-火星路线，实施步骤为先登陆月球，然后建立月球前哨基地，最后登陆火星；

3）增强型探索路线，实施步骤为执行地-月拉格朗日2点任务，然后登陆小行星，然后建立月球前哨基地，最后登陆火星。

报告指出，该3条路线都将登陆月球视为过渡探索目的地，可见重返月球对最终实现登陆火星的终极目标意义重大。无论最后选定哪条路线，任何计划与路线的成功实施还将取决于关键任务要素的健康发展，如“航天发射系统”重型火箭、深空居住地和加压表面移动系统等。

结合可持续性载人航天发展方式，报告提供了一系列制定原则、章程的优先级建议，这些建议对可持续性载人航天项目的发展和执行至关重要。其内容如下：

1）为实现将人类活动范围扩展至低地球轨道上的目标，必须满足美国航空航天局发展载人航天的物力和人力需求；重新定位载人航天必要的资源，包括改善任务管理效率和加强现有基础设施的利用。

2）将长期重点放在火星这个“探索目标”上，探究载人航天的可持续性发展问题：人类能离开地球多远？当人类到达那里又能发现什么，得到什么？

3）在不影响长远目标的前提下，建立并执行能够全面扩大科学、文化、经济、政治利益、个人追求的路线方式，并沿着路线稳步推进。

4）大力寻求国际合作和商业合作，旨在平衡其他国家和商业实体的资金和能力。国际合作可能将接纳中国和其他刚刚兴起航天产业的国家，以及原有的国际合作伙伴。为实现低地球轨道探索路线，合作伙伴必须共同分担巨额的成本，并共同制定决策，包括对将“国际空间站”的使用延长至2024年的决定。

5）进行相关规划，包括任务需求和系统建构，旨在资助高-优先级技术开发，特别是火星进入、下降、着陆，空间推进与能源以及辐射安全。

此外，报告还指出，政府给美国航空航天局在载人航天项目上每年的预算增加5%才能保证路线取得成功。假如资金不足，或者美国两个执政党有一方对美国航空航天局没有坚持持续性的承诺，探索路线的实施将注定失败。负责美国航空航天局经费问题的政府下属机构（行政部门和立法部门）是关键部门，其负责政府在载人航天领域的投资、试运行和财政计划，还能确保领导层、人力、管理方法和资源布置到位，并能投资实验室建设和设备更新。

5 美国航空航天局对美国国家研究委员会报告的解读

报告发布不久，美国航空航天局就做出了回应，他们对此项报告的发布表示欢迎。经过分析，美国航空航天局认为发布的《探索路线》对载人空间探索进行了充分的、正确的评估与鉴定，这份报告符合美国的两党执政政策及美国航空航天局在2010年颁布的《授权法案》。美国航空航天局一致认可将载人登陆火星作为长远目标，该报告提出的探索路线实现方式对美国航空航天局当前实施的载人航天战略进行了有力的补充。美国航空航天局在火星任务的许多关键要素上已经取得了显著的进步，他们将继续与其他航天国家和部门进行合作。

6 结束语

目前，美国是“国际空间站”的主要成员，展示了国际引领者风范，并通过国家软实力参与到各国的发展中，也成为商业货物和载人轨道飞行的焦点。美国开展载人航天计划已长达半世纪之久，并将继续进行下去，这不仅仅是因为对“国际空间站”的承诺，与美国政府和公众对载人飞行的长远发展的支持也密切相关。