且, 根据顶层评审组的判定, 即使提供足够资金, 在 2028 年也难以重返月球 NASA 的计划不过是在半个世纪以后重复阿波罗时代的做法, 与许多可能的空间探索目标相比, 重返月球无疑是吸引力最小的选择其实最根本的原因在于, 重返月球违背了美国人类第一的信条, 美国不能容忍自己重复 50

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仔盆镇
7 years ago
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1 美国航天战略的重大调整与转向王景泉 2010 年 2 月 1 日公布的奥巴马政府 2011 财年预算案, 全面调整了美国的航天发展战略主要包括 : 放弃投资近百亿美元的重返月球计划, 重新规划低轨道以远的载人航天 ; 中止星座计划, 转向太空探索技术开发 ; 国际空间站的运行延长至 2020 年, 作为国际实验室使用 ; 航天飞机按计划退役, 支持私营企业参与载人航天 ; 重视发展地球科学和行星科学 ; 加强机器人对太阳系和宇宙的科学探索 ; 扭转对载人航天的过度倾斜,NASA 职能历史性归位奥巴马希望通过新的预算案, 使美国的太空探索摒弃因循守旧, 以跳跃方式进入未来 (leap into the future) 2011 财年预算是美国航天战略全面转向的宣言书, 在朝野产生了巨大震动, 支持和反对的意见展开了激烈交锋奥巴马的设想尚未获得国会的全面支持, 一些国会议员担心取消星座计划将造成更多失业部分曾经登月的宇航员联名发表公开信, 认为取消重返月球计划将使美国沦为太空探索领域的三流国家放弃重返月球计划, 转向探索低轨道以远新方向美国在人类第一理念的驱使下, 决定放弃近期重返月球的计划, 做出战略方向的调整奥巴马政府提出,2011 财年美国航空航天局 (NASA) 的预算为 190 亿美元, 比 2010 财年增加 1.5% ; 已经实施 5 年投资 90 亿美元的重返月球计划, 包括猎户座 (Orion) 乘员探索飞行器战神 (Ares) Ⅰ / Ⅴ 火箭牵牛星 (Altair) 月球着陆器等项目将中止, 航天飞机再进行 5 次飞行以后也将退役美国载人航天飞行评审委员会的报告按其顶层评审组领导人的姓氏称为奥古斯丁 (Augustine) 报告对此说得十分清楚 : 按照原来的计划, 美国就是到 2028 年也不可能飞向地球低轨道以远 (Beyond Low-Earth Orbit) 的目标 ; 而根据新的构想, 虽然不再重返月球, 却可能探索太阳系更广袤的空间预算草案和 NASA 局长的陈述都涉及到放弃重返月球计划的理由其一, 技术创新程度低 2020 年宇航员重返月球的构想大部分基于现有技术, 而重返月球计划的预算超支进度推迟, 甚至卫星系统发展出现的很多问题, 很大程度上都源于对关键新技术投资的疏忽其二, 重返月球是以牺牲其他航天项目为代价的 NASA 为了重返月球, 不适当地从机器人空间探索地球科学观测等其他计划中抽取资金, 违背了 NASA 的太空探索全面职责况 10 新时代国防 2010/06

2 且, 根据顶层评审组的判定, 即使提供足够资金, 在 2028 年也难以重返月球 NASA 的计划不过是在半个世纪以后重复阿波罗时代的做法, 与许多可能的空间探索目标相比, 重返月球无疑是吸引力最小的选择其实最根本的原因在于, 重返月球违背了美国人类第一的信条, 美国不能容忍自己重复 50 年前曾经走过的路 ; 况且今天, 欧洲日本俄罗斯印度中国等越来越多的国家都在以月球为目标发展空间技术, 事事要拔尖的美国怎么甘心与这些后来者为伍? NASA 新的战略目标是 : 充分利用星座计划的先进技术, 发展包括重型运载火箭的未来载人探索系统, 在 2020 ~ 2030 年将宇航员送到低地球轨道以远但问题是, 目前 NASA 还没有提出中止重返月球计划后, 美国在低地球轨道以远的载人航天具体目标 ; 而 NASA 在决策发展重型运载火箭的体系结构以前, 必须首先明确低地球轨道以远载人空间探索的目的地为此, 奥古斯丁评审组建议, NASA 应更多地依靠国际合作伙伴, 构想出可行的低地球轨道以远空间探索计划然而, 国会中星座计划的支持者强烈批评 NASA 的战略转移, 许多批评来自一些与载人航天有利害关系的州他们质疑说, 此举不但没有具体奥巴马政府新预算的目标是探索太阳系更广袤的空间在美国网站上, 与这幅图相配的文字是 : 大胆地去那些没人去过的地方提出中止重返月球计划以后载人航天新的探索目标, 甚至连原来提出的将火星作为最终目标也要重新研究, 使得低轨道以远的载人探索被无限期推迟有议员痛斥, 新的预算决策使美国载人航天开始了死亡征程, 国会不应该眼睁睁看着合理的原则已证实的进程通向成功的稳定路线被放弃, 放任美国的载人航天事业被葬送 NASA 前任局长格里芬也批评道 : 这次国家放弃空间前沿的领先地位, 如同当年尼克松总统决策取消月球计划一样, 都属于战略性错误 ; 该领域转向商用发展也是致命的错误如果说美国载人航天将因此而走向死胡同过于负面的话, 说它进入迷失方向的困境不至为过中止星座计划, 转向开发太空探索技术新预算认为, 小布什总统 2004 年制定的星座计划 (Project Constellation) 是在重复 50 年前的目标, 在技术上拷贝阿波罗计划的思路, 严重缺乏创新 ; 而通过加大研究与开发投入研制重型运载火箭, 将会明显降低系统的操作成本增强探索体系结构的能力, 使美国更强更快地进入空间 NASA 将与工业部门合作, 进行自动化自主交会对接闭环生命支持轨道推进剂传送先进空间推进等关键技术的研究, 并进行飞行和轨道试验机器人先驱探索要构成稳定的系列, 提高未来载人任务的能力和安全性只有超前研究所需要的技术, 2010/06 新时代国防 11

3 空间探索技术验证计划包括在轨燃料库与燃料传送技术 ( 如图 ) 太空探索战略才可能真正实现 (Atlas)Ⅴ 火箭在第一阶段集中研制其核心部分碳氢发动机, 用来与低温液氧 / 煤油发动机竞争 NASA 设想, 将来飞往火星不必用大约 1 年的时间, 而只需要几周机器人先驱探索计划的目标是探索月球火星及其卫星拉格朗日点以及近地小行星, 扩展人类文明具体内容包括 : 太空观测的进步 ( 试验技术和操作概念 ); 到达地球以外天体表面的机器人技术 ( 在地球远程遥控操作近实时传输视频图像 ); 月球和小行星物质的处理设施等未来的先驱探索任务将拓展到太阳系中更多的地方, 以确认对人类最有价值的目的地, 以及安全可支持的途径作为重返月球计划的主管部门,NASA 探索系空间站推迟退役, 转向作为国际实验室统任务处 (ESMD) 的任务面临根本性变化原来的投资 55 亿美元继续发展猎户座乘员探索飞行这次预算的重要变化是延长国际空间站 (ISS) 器战神 Ⅰ 和战神 Ⅴ 火箭的计划被彻底推翻的使用年限, 拓展其应用范围, 使多国共同利用 2011 财年预算为探索系统拨款 42.6 亿美元, 其中它获利国际空间站原计划于 2010 年完成轨道建 19 亿美元用于结束星座计划,6 亿美元用于 2012 设,2016 年退出服役这次预算将提供资金, 使年之前的清库行动新的 5 年预算主要支持三大太其寿命延长 5 年以上 ( 至 2020 年之后 ), 以使美国空探索领域 : 技术验证计划 (78 亿美元 ) 重型运载及其国际伙伴有更长的时间利用空间站资源, 并为火箭和推进计划 (31 亿美元 ) 以及机器人先驱探索新用户提供更多机会, 从而大大增加投资回报奥计划 (30 亿美元 ) 这三大计划中, 技术验证计多国宇航员在国际空间站协同开展研究工作划的内容包括 : 进行轨道燃料库和在轨燃料传送交会对接技术和闭环生命支持系统等大规模的创新技术途径的开发, 以支持未来的机器人和载人太空探索重型运载火箭和推进计划的内容包括 : 研究第一级发射推进技术先进空间发动机技术以及基本推进技术, 重点开发新型发动机推进系统材料和燃烧技术, 以降低火箭发射成本缩短研制周期 NASA 想要开发接近或超过俄罗斯 RD-180 发动机的高水平推力系统, 用于联合发射联盟 (ULA) 的宇宙神 12 新时代国防 2010/06

4 巴马政府为 2010 财年增加了 4.63 亿美元预算, 为 2011 ~ 2014 财年共增加 20 亿美元预算, 用来增强国际空间站的空间运行性能改进地面支持系统和在轨系统, 以充分利用其潜能作为国际实验室进行科学研究, 包括验证 NASA 为其他计划开发的新技术重返月球计划使美国更多地关注国际空间站的建造和轨道组装, 而忽视了完成轨道组装后的有效利用, 并由于经费和技术原因砍掉了很多实验项目削减了研究开发机构新预算需要重新安排科学实验项目预算提出, 要与遍布全世界的参与者合作, 通过部署新的研究设施 ( 如用于人体生理学研究的离心式分离机可充气式空间居住设施以及其他可继续改进空间站能力的设备 ), 在空间进行科学研究技术实验以及教学工作国际空间站科学计划得到恢复后, 将增加低轨道载人技术验证的机会, 为近地轨道以远探索任务奠定基础 ; 并确保现有的低轨道商业货运承包商获得更可靠的市场, 鼓励其他金融风险投资者进行投资当然, 国际空间站运行延长使用会带来新的问题, 包括实验设备采购备件和材料的运送空间站组件的重新验证人员和货物商业运输的可靠性, 以及过多依赖外国等问题奥古斯丁领导的专家组提出, 载人航天的年度投资应该增加 30 亿美元, 相当于 2011 ~ 2015 财年达到每年 210 ~ 220 亿美元, 其中大约一半指定用于国际空间站和商业载人开发由于航天飞机结束飞行的因素,NASA 空间运行任务部 2011 财年的预算减少 20%, 但 2011 财年的空间运行预算仍达到 48 亿美元, 其中就包括为空间站延寿以及航天飞机任务延长到 2011 财年所需要的经费空间站的费用将从 2011 财年的 27.8 亿上升到 2014 财年的 32 亿美元, 主要用于改进空间站的地面支持系统和站上应用系统, 拓展轨道科学研究和技术验证能力根据合同, 直到 2013 年以前,NASA 将使用俄罗斯的进步号 (Progress) 和联盟号 (Soyuz) 飞船向空间站运送货物和人员俄罗斯的国际空间站设施正逐步衍生成独立区域, 只要与整个空间站分离就可以变成独立空间站因此, 如果美国过早退出, 维珍银河航天公司开发的世界第一艘商用太空飞行器企业号俄罗斯将挑起国际空间站的重任, 美国的自主载人航天就有断档的危险出现难以挽回的重大损失航天飞机按计划退役, 低轨道载人航天系统转由商业公司研制评审组提出带有倾向性的灵活性途径方案, 建议今后低地球轨道的载人航天业务 ( 包括运送货物和宇航员到国际空间站的设计和研制任务 ) 由私营公司承担,NASA 则集中精力研制新的重型运载火箭, 最终实现飞往多个可能的深空目标, 包括月球小行星和火星卫星在完成最后 5 次飞行任务后, 航天飞机将按计划退役, 由美国商业公司按合同研制向空间站运送宇航员和货物的飞行器这样不但可以降低单纯依赖外国载人运输能力而带来的风险, 而且还可以培育私营航天业造就几千个就业岗位载人低轨道运输系统向商业部门转移是美国航天战略的重要转向, 将有力推动美国航天工业的拓展 NASA 计划在未来 5 年为开发美国商用载人航天器 ( 即商用乘员运输系统 ) 增加 60 亿美元预算, 培育向国际空间站运送宇航员的商业能力, 确保所有系统满足严格的载人要求支持有前途的商用载人空间运输是预算的重点,NASA 将通过竞标方式分配这些经费, 支持一系列不同风险层次的系统和部件, 改进现有运载器用于载人任务, 并研制可以与多个运载器相匹配的新型航天器 NASA 将在预算的支持下向工业公司投资, 以尽快研制国际空间站的乘员运输系统, 降低单纯依赖外国航天器运送 2010/06 新时代国防 13

5 经济发展具有深远的意义 NASA 将从空间能力的直接设计者变为工业研制者的用户, 主要任务转向研制新的重型运载火箭, 准备运送人员和机器人探索低地球轨道以远空间返还月球计划挪用的资金, 转向加强地球科学计划一种乘员探索飞行器的设计宇航员的风险这种发展可承受的新型空间访问能力的做法, 将促进必要的竞争有效降低载人航天的成本但也有专家提出, 如果将 60 亿的额外投资用于载人商用火箭, 那么用于载人探索的重型运载火箭就要推迟到下一个 10 年这无论是从访问空间的连续性, 还是扩大人类探索的范围都是难以接受的 NASA 早在 2006 年就开始了商用轨道运输业务计划, 资助私营公司研制货运飞船空间探索技术公司 (SpaceX) 曾获 2.78 亿美元研制龙 (Dragon) 可重复使用货运飞船, 用猎鹰 -9 火箭发射 NASA 还资助轨道科学公司研制天鹅座 (Cygnus) 货运飞船, 并另外投资 1.7 亿美元研制研制金牛座 2 (Taurus 2) 火箭在 2011 财年将提供 3.12 亿美元用于激励 NASA 商业货运研制商目前最大的挑战还在于安全问题虽然有关的商用公司坚定地表示, 未来的载人航天肯定比星座计划成本更低更可靠实现更快, 但毕竟时间太紧飞行验证不足,NASA 必须紧紧抓住安全和任务时限问题现任 NASA 局长博尔登表示, 研制的商用运载火箭和飞行器专用系统要能保证运送货物和乘员的安全, 要加强对承担任务的商用公司的管理 ; 研制工作将循序渐进, 先解决货运安全问题关于载人的商用空间运输安全问题,NASA 和国会还要研究具体实施方案载人航天的商业运作是美国航天战略的重大转移, 也是 NASA 发展道路的根本转向国家工业退出垄断给私营工业开辟机会, 这对于美国社会和为推动 NASA 继续作为世界气候变化研究的先导者, 此次预算显著增加了用于气候观测和研究的投资, 旨在对未知的关键气候现象提供最彻底的科学了解 NASA 和相关机构将利用这些知识, 更好地评估气候变化对地球的潜在影响, 改进对气候变化和自然灾害的预报能力地球科学领域的预算增加较多, 主要是为了补偿过去 10 年的预算下降, 以加速新型气候监视卫星的研制, 并有力支持最近开始的由科学家牵头的地球科学探索计划 NASA 的地球科学探索计划包括 : 结合关键的国家需求, 重点了解气候变化的广泛影响 ; 加速发展新的观测手段, 从太空观测地球及其变化过程 ; 改进预测气候变化的能力, 集中开发关键的未知领域 ; 开发新的碳监视能力, 重视观测冰盖变化 ; 改进对全球气候变化的监视与研究, 重新部署有助于确认全球碳排放源和沉降的卫星根据美国国家研究委员会的 10 年调查结果, NASA 将加快发展与其建议相一致的新型地球科学卫星, 支持已进入研制的几种研究卫星如发射荣誉 (Glory) 和宝瓶座 (Aquarius) 等卫星, 进行国家极轨业务型环境卫星运行系统 (NPOESS) 的调整与重构 ; 投资 1.5 亿美元加速研制新型卫星, 用以监视极区冰盖的变化改进气候模型预算在增强碳监视能力方面加大了投资轨道碳观测器 (OCO) 卫星在 2009 年 2 月的发射中, 由于金牛座火箭故障而失败在 2011 年的预算中有 1.7 亿美元用于替代性新任务, 旨在确认全球碳排放源和沉降情况, 包括快速研制第二颗轨道碳观测器, 初步定于 2013 年发射在地球观测项目中,NASA 科学任务处的预算最多, 该处还负责管理机器人行星探测器和天基天 14 新时代国防 2010/06

6 副太阳能电池板主太阳能电池板热防护层将在太阳光环中飞行的增强型太阳探测器文望远镜奥巴马要求国会对 2011 财年的 NASA 科学计划拨款 50 亿美元, 比 NASA 原来提出的 44.9 亿美元预算增加 11% 增加最多的部分是, 地球科学分部提出的 18 亿美元预算增加 5.12 亿美元, 比 2010 财年增加 27% 预算还包括今后 5 年科学任务处另外将增加的 20 亿美元调整行星探索的思路, 转向加强机器人宇宙探索主太阳能电池板行星科学分部成为 2011 财年 NASA 预算增加的第二大部门, 比原来的亿美元增加 11% ; 太阳物理预算在亿的基础上增加 2% ; 发展天基观测器的天体物理预算则在亿美元的基础上减少 0.28 亿美元在 2011 ~ 2015 财年, NASA 天体物理太阳物理和行星科学分部的预算基本保持稳定, 行星科学亿美元天体物理学亿美元太阳物理学亿美元下一步将根据国家研究院对天体物理和行星科学的研究, 进一步确定未来空间科学计划的优先项目空间科学计划将继续实施跨越太阳系的几十个任务, 包括了解太阳月球火星和广袤宇宙的研究计划 2010 年 2 月发射的太阳动力学观测器, 将以空前的精细度持续观测太阳 ; 下一个天体物理旗舰观测台接替哈勃望远镜的詹姆斯韦伯 (JWST) 空间望远镜, 计划于 2014 年发射 ; 在太阳光环中飞行的增强型太阳探测器 (Solar Probe Plus), 将于 2015 年发射 ; 年投资 1400 万美元 (5 年 4.2 亿 ) 用于太阳研究飞行器, 它飞越太阳外大气层, 用以了解太阳大气如何被加热, 以及被称为太阳风的带电粒子流如何喷射 NASA 将与能源部合作, 重新启动已停产 20 年的钚 -238 材料的生产, 用于未来的深空探索任务美国能源部已向俄罗斯原子能实验室订货, 以补充核材料的库存, 准备用于未来机器人探测带外行星如计划于 2020 年向木星卫星木卫二发射的旗舰探测器, 要求提供钚材料用以发电 NASA 正在研制先进的斯特灵 (Stirling) 放射性同位素发电机, 这是一种可减少昂贵的钚消耗的高效率电源系统科学预算中的其他任务还包括 : 火星探索中, 超预算而且进度一再推迟的火星科学实验室, 计划于 2011 年后期发射,2012 年在火星着陆 ;NASA 和欧空局的联合火星示踪气体观测器进入任务设计阶段, 计划于 2016 年发射另外, 在天文学领域, 对探测可能的小行星增加了预算 ; 鼓励研究行星和恒星, 探测和编目那些可能对地球有威胁但也能帮助了解太阳系历史的近地目标 ; 为太阳系探索和新的天文观测准备机器人扭转对载人航天的过度倾斜, NASA 职能转向历史性归位奥巴马政府以 2011 财年预算为契机, 重新明确接替哈勃望远镜的詹姆斯韦伯 (JWST) 空间望远镜 2010/06 新时代国防 15

7 了 NASA 的职能 : 推动科学技术和探索的进步, 室, 可惜目前远没有充分利用投资的重点是创新增加知识改进教育促进创新活跃经济, 从而的研究和技术, 强调要把国际空间站用作为真正的更好地应对面向国家和全球的挑战今后的 NASA 技术试验床, 特别是拓展人体生理研究 ; 更加重要回归到最前沿科学和核心技术的研究从基本视发展地球科学载荷, 为未来的探索铺平道路 ; 通的空间技术到需要在空间验证的旗舰技术, 从而恢过商用乘员运输计划推动商业性载人航天活动拓复其在核心技术研究和发展机构中的地位, 成为促展空间探索业务, 不仅可以使宇航员往返于国际空进国家经济创新的发动机这些活动将吸引新一代间站, 最终还将向全球更多人开放空间旅行业务创新者, 在未来几十年利用创新技术探索太阳系甚新预算放弃星座计划, 转向寻求空间探索的至更远目标全新途径 ; 将设立多个转型技术计划, 发明和验证这次调整通过重新分配技术资源, 重申了对地多种新型探索能力 NASA 投资 49 亿美元拓展空间球观测扩大商用空间活动以及加强利用国际空间技术开发, 重点是超前研究通信传感器机器人站的承诺, 为低地球轨道以远的空间飞行打下基础等跨越性技术 ; 将对先进发动机超轻型结构空预算草案使 NASA 得以改进对地球的了解, 协调载间新生活环境新型进入系统空间资源处理抗人与机器人探索空间的行动, 加强和其他国家在航辐射防护等策略改变技术加大投资, 为美国航天技天领域的合作, 教育和鼓励下一代科学家和工程师, 术的全面发展奠定基础为实施新的载人航天路线奠定基础奥巴马总统已于 2010 年 4 月 15 日访问佛罗里国际空间站将成为研究研制计划的关键角色, 达州肯尼迪航天中心, 解释他为美国制定的太空是这次预算改变的重点之一它是极好的空间实验探索蓝图, 并与有关各方讨论载人航天的发展, 重点解决转向后的战略和目标, 以及航天新技术新漫游者 3 火星探索机器人工作岗位等问题关于发展目标, 奥巴马承诺, 将比原来计划更快地将人类送到低地球轨道以远 :2025 年, 先将宇航员送到小行星 ;2030 年中期, 将宇航员送到火星轨道并安全返回地球, 随后再登陆火星为缓解外界批评, 奥巴马还宣布对新计划进行局部修改, 将决定取消的原本用于登月的猎户座乘员探索飞行器改造为宇航员应急逃生飞行器, 并在今后几年内将它送至国际空间站, 确保宇航员在空间站发生意外时不完全依赖俄罗斯飞船逃生 16 新时代国防 2010/06

开发探索技术与能力 2.2 激发公众参与探索 2.3 增强地球安全 2.4 扩展人类的存在 2.5 进行支撑载人探索的科学研究 2.6 执行太空地球和应用科学任务 2.7 寻找生命 2.8 刺激经济增长 3 长期载人探索战略 3.1 基本思路 ISECG ISECG ISECG 3.

开发探索技术与能力 2.2 激发公众参与探索 2.3 增强地球安全 2.4 扩展人类的存在 2.5 进行支撑载人探索的科学研究 2.6 执行太空地球和应用科学任务 2.7 寻找生命 2.8 刺激经济增长 3 长期载人探索战略 3.1 基本思路 ISECG ISECG ISECG 3. 第 29 卷第 12 期全球科技经济瞭望 Vol. 29 No. 12 2014 年 12 月 Global Science, Technology and Economy Outlook Dec. 2014 王佳存 ( 山东省科学技术厅, 济南 ) 摘要 :2013 年 8 月, 国际太空探索协调工作组发布全球探索路线图, 确定了空间探索的新战略工作组成员各主要国家航天机构达成的共识是