张绿云（北京航天长征科技信息研究所）

1 引言

2021年5月，美国国家航空航天局（NASA）公布了2022财年预算案，预算总额超过248亿美元。其中，载人航天预算项目主要集中于深空探索系统（DSES）以及航天操作两个领域，总预算为108.978亿美元，约占NASA 2022财年总预算的44%。对以上两个领域中与载人航天运输系统相关的项目进行分析，包括用于实现载人深空探索目标的“航天发射系统”（SLS）重型火箭、“猎户座”（Orion）载人飞船、“探索地面系统”（EGS）、月球“门户”（Gateway）、月球“载人着陆系统”（HLS）项目，以及用于实现近地轨道载人运输的“乘员与货运计划”（C&CP）、“商业乘员计划”（CCP）和近地轨道商业开发计划，可对我国载人航天运输系统发展方向以及预算规划提供一定的参考借鉴。

2 深空探索系统

深空探索系统是NASA围绕深空探索开展的核心任务领域，包括“探索系统研制”和“探索研究与开发”两部分内容，为深空探索提供所需系统和能力，主要包括“航天发射系统”、“猎户座”载人飞船、“探索地面系统”、月球“门户”以及月球“载人着陆系统”项目。2022财年，NASA为该领域申请的预算总额约为68.8亿美元，相比2021财年实际所得增加了3.63亿美元，以支持“阿尔忒弥斯”（Artemis）载人登月计划。

“航天发射系统”

“航天发射系统”是NASA组织研制的新一代重型运载火箭，采用两级结构，包括SLS 1型、SLS 1B型和SLS 2型三种构型，近地轨道（LEO）运载能力分别为70t、105t和130t，月球轨道（LTI）运载能力分别为27t、38t和46t，可用于执行“猎户座”多用途载人飞船发射以及高优先级科学探索等任务。截至2020财年，美国政府在SLS项目上累计投入了约172亿美元。其中，91.083亿美元花在了SLS 1型首飞箭的研制上，相比70.214亿美元的基线成本，已经超过了29.7%。

在研制进度上，截至2021财年底，在美国政府持续、稳定的经费支持下，NASA完成了SLS火箭芯级、级间段的设计与试验，以及RS-25芯级主发动机、五段式固体助推器、过渡型低温上面级（ICPS）的适应性改进与试验，完成了SLS首飞箭的制造、组装与综合性试验，并完成了第2枚火箭相关组件的生产制造工作。目前，NASA已经通过了SLS首飞箭的设计认证审查，即将开展飞行准备评审，将在2022财年完成阿尔忒弥斯-1无人绕月飞行任务。不过，比最初制定的首飞时间推迟了4年多。

按照目前计划，NASA将在2023年9月进行阿尔忒弥斯-2载人绕月飞行任务，2025年进行阿尔忒弥斯-3首次载人登月任务，而在2026年实现SLS 1B型火箭的首飞。因此，2022财年，NASA继续给SLS项目申请大额项目经费，总预算为24.87亿美元。其中，24.136亿美元将用于支持SLS的研制工作；7340万美元将用于支持SLS项目集成与支持。在研制方面，NASA的工作重点将转移到SLS的第二、三、四次任务上，完成第2枚芯级、级间段、ICPS上面级以及第3～4枚固体助推器部段的交付、组装与试验，完成阿尔忒弥斯-2任务的飞行准备评审；继续开展阿尔忒弥斯3～4任务所需的SLS硬件的生产制造；继续设计和开发用于SLS 1B型的探索上面级（EUS），并开展用于SLS 2型的先进助推器的方案设计、试验与评估。

“猎户座”飞船

“猎户座”飞船由乘员舱、适配器、欧洲服务舱和发射中止系统（LAS）组成，可将4名航天员送入月球轨道等深空目的地，并可提供长达21天的居住和生活保障、紧急中止以及从深空安全返回的能力。截至2020财年，美国政府在该项目上累计投入了约116亿美元。其中，76.56亿美元花在了猎户座-1无人飞船和猎户座-2载人飞船的研制上，相比67.684亿美元的成本基线，已经超出了13.1%。

目前，用于阿尔忒弥斯-1任务的乘员舱、适配器、服务舱以及LAS系统已经完成制造、装配、试验和组装，并已经集成至SLS 1型火箭。为了满足后续“阿尔忒弥斯”计划的需求，NASA继续给“猎户座”飞船项目申请足额经费，在2022财年为其申请了14.067亿美元，计划用于开展以下工作：①开展首飞飞行后分析，评估航天器性能，并实现非核心电子部件的回收与重复使用；②完成首个“猎户座”载人飞船的制造、组装、试验与集成以及初步任务集成审查；③启动第3～5个“猎户座”飞船的采购计划，并进行结构部件的生产制造、软件开发等。

“探索地面系统”

“探索地面系统”项目在“阿尔忒弥斯”计划中发挥不可或缺的作用，主要依靠肯尼迪航天发射中心（KSC）的地面基础设施，实现SLS火箭与“猎户座”载人飞船的垂直总装、试验与发射。截至2020财年，NASA在该项目上总计投入约40亿美元。其中，用于支持SLS 1型首飞任务的地面基础设施建设费用达到了24.964亿美元，相比18.435亿美元的基线成本，已经超过了33.7%。

基于政府持续的经费支持，NASA已经完成了“阿波罗”（Apollo）时期到航天飞机时期所建造的垂直组装大楼（VAB）、发射控制中心、1号活动发射平台（ML1）、履带式运输车以及39B发射工位的升级改造与功能试验，进行了通信与控制系统的现代化改造，并开展了组装演练、发射倒计时演练等，具备进行阿尔忒弥斯-1任务的能力。

2022财年，NASA继续给“探索地面系统”项目申请相应的经费，总预算为5.9亿美元，相比2021财年的拨付金额增加了1000万美元。NASA计划将这些预算用于ML1平台、VAB组装大楼以及39B发射工位的进一步改造，以适应后续的“阿尔忒弥斯”载人飞行任务，主要包括以下几个方面：①继续为39B发射工位开发新型紧急出口系统（EES），设计可制动吊篮和活动发射平台台面附近掩体，实现紧急逃生；②继续开展“猎户座”乘员舱的回收试验；③建造2号活动发射平台，满足SLS 1B型的发射需求；④继续在39B发射工位附近建造、验证新型液氢储罐，采用新技术以减少气化。

月球“门户”

月球“门户”是一个绕月飞行空间站，计划为载人深空探索任务提供着陆系统各舱段，及其与“猎户座”载人飞船的对接平台及燃料加注、后勤保障、科学研究等服务，助力实现美国载人深空探索的可持续性发展。为了满足“阿尔忒弥斯”计划的发展需求，NASA将先期建设最简版月球“门户”，主要由电力和推进模块（PPE）及居住舱（HALO）组成。未来，NASA会依靠国际合作伙伴的参与将其发展成规模更大、能力更强的深空平台，将为人类在轨停留以及同一次“阿尔忒弥斯”任务中航天员反复到访月球以及飞往火星铺路。

2022财年，NASA为该项目申请了7.85亿美元，用于完成以下重点工作：①准备进行“门户”的1期关键设计评审，建立机构基线承诺和计划承诺协议；②完成电力与推进模块和居住舱的关键设计评审及其组合体发射任务的初步设计审查，启动居住舱的组装、集成和测试；③继续与商业伙伴合作，为“门户”居住、电子、飞行软件、生命支持、在轨燃料加注等方面提供技术支持。

月球“载人着陆系统”

月球“载人着陆系统”可载人往返于月球轨道或“门户”至月球表面，是NASA开展“阿尔忒弥斯”计划的重要组成部分。NASA计划依靠多家商业公司开展月球“载人着陆系统”的方案设计与研制，确保项目可持续性。基于2020-2021财年总计约16亿美元的经费支持，NASA组织多家公司开展了针对阿尔忒弥斯-3载人登月任务的月球“载人着陆系统”的方案论证工作，并已选定太空探索技术公司（SpaceX）的“星舰”（Starship）载人着陆系统方案。另外，NASA已经与蓝源公司（Blue Origin）、动力系统公司（Dynetics）、洛马公司（LM）、诺格公司（NG）和SpaceX公司等5家企业签订了第二阶段载人着陆系统方案论证合同，满足后续“阿尔忒弥斯”计划的可持续载人登月需求。

2022财年，NASA继续为该项目申请了所需经费，总计11.95亿美元，相比2021财年增加了约29%。在这一财年，NASA计划继续为SpaceX公司的第一个着陆器研制提供经费。另外，NASA还将继续与工业界展开合作，为采购可持续的月球表面运输服务开辟道路。

3 航天操作系统

商业近地轨道运输系统

为了实现自主能力，NASA从2006年启动商业近地轨道航天运输系统研制项目，包括“乘员与货运计划”和“商业乘员计划”。截至2020年9月，NASA在这两个项目上累计拨款约195亿美元。其中，60亿美元用于支持已经完成的猎鹰-9（Falcon-9）火箭/“龙”（Dragon）飞船和“安塔瑞斯”（Antares）火箭/“天鹅座”（Cygnus）飞船货运系统，以及“载人龙”（Crew Dragon）飞船、在研的“追梦者”（Dream Chaser）太空飞机和“星际客船”（Starliner）的研制；130亿美元用于向俄罗斯以及SpaceX公司和波音公司（Boeing）采购“国际空间站”（ISS）载人运输服务，以及向SpaceX公司、诺格公司和内华达山脉公司（SNC）采购“国际空间站”商业货运服务。

2022财年，NASA继续为近地轨道商业运输项目申请相应的经费，总计17.717亿美元。其中，16.172亿美元用于采购发射服务，1.545亿美元主要用于完成波音公司的载人航天运输系统的评估和认证。

在货物运输方面，NASA已经在第一轮货物运输合同（CRS-1）下采购并完成了34次运输任务，并于2020财年售出了总计至少18次的第二轮货物运输合同（CRS-2）。在CRS-2合同下，SpaceX公司和诺格公司将在2022财年分别执行3次和2次货物发射，而内华达山脉公司有望加入其中。在乘员运输方面，随着SpaceX公司的猎鹰-9火箭/“载人龙”飞船组成的载人运输系统投入常规使用，并且波音公司的“星际客船”将在2022财年初完成载人试飞，NASA计划在2022财年由这两家公司至少进行2次载人发射服务。

近地轨道商业开发

近地轨道商业开发项目最初是在2019财年预算申请中增加的，计划通过商业竞争模式开发和运营更小、更现代以及更高效的商业近地轨道空间站，确保NASA可持续拥有近地轨道访问能力，同时发展强大的空间经济。在建设方面，NASA致力于利用“国际空间站”及其能力来给予工业界一定的帮助，并承诺政府将利用商业平台进行基础研究、深空观测等任务。

在预算方面，2019-2021财年，NASA都为该项目申请了1.5亿美元，但都未获得批复，实际支付金额都未能超过2000万美元。2022财年，NASA继续为该项目申请所需经费，约1亿美元。基于前两年在项目管理、方案选择、发展路线等方面开展的相关工作，NASA计划在2022财年继续推进美国公理空间公司（Axiom Space）等多家私营公司在可居住部分等商业空间站模块方面的设计与试验，继续由SpaceX公司等私营企业开展“国际空间站”私人载人飞行任务，并持续进行航天员在轨支持等方面的研究工作。

4 发展分析

2022财年，NASA仍将“深空探索系统”的预算提高了5%，增至68.8亿美元，占到了NASA总预算的28%。“猎户座”飞船、SLS重型火箭以及“探索地面系统”等研制项目的申请额与上一财年基本持平，属于持续的大投入。但“探索研究与开发”领域的预算增加超过20%，达到近24亿美元，其中11.95亿美元计划用在月球“载人着陆系统”项目上。针对该预算，美国众议院拨款委员会拟为“深空探索系统”增加4亿美元，提高了SLS、“探索地面系统”和“探索研究与开发”项目的额度；而参议院拨款委员会拟维持SLS和“猎户座”飞船的预算水平，但给“探索地面系统”和月球“载人着陆系统”项目分别增加了1亿美元，给“门户”项目增加了8000万美元。预算额和拨款额的持续增加充分体现了拜登政府以及美国国会对以“阿尔忒弥斯”计划为主的载人深空探测计划的高度重视。随着SLS 1型/“猎户座”无人首飞任务进入飞行准备阶段，NASA计划在新财年重点开展阿尔忒弥斯-2～4任务所需的火箭、飞船组件及各系统的制造、组装、试验等工作，为载人任务设置紧急撤离等地面支持系统，并开展探索上面级、2号活动发射平台以及改进型固体助推器的设计与研制，确保“阿尔忒弥斯”计划以及后续载人深空探索任务的可持续发展。

“阿尔忒弥斯”计划依靠商业和国际合作途径，发展主要由SLS火箭、“猎户座”飞船、“探索地面系统”、月球“门户”和月球“载人着陆系统”组成的深空探索框架，以实现在本世纪20年代末的月球可持续探索目标。基于目前的发展状况，成本控制与经费不足等问题是影响该计划有效实施的关键问题。截至2020财年，用于支持阿尔忒弥斯-1任务的SLS重型火箭、“猎户座”飞船以及“探索地面系统”的研制成本相比成本基线分别超出了约29%、13%和33%，而绝大部分超支与管理有关。目前，NASA采取成本加奖励的合同管理方式，在产品研制进度一再延期的情况下仍然给予承包商高额奖励费用。未来，NASA可能售出固定价格合同，使承包商主动降低产品研制成本，保障研发进度。月球“载人着陆系统”研制项目一直存在经费不足问题，2021财年仅拨款约9亿美元，只占最初申请额的25%左右。虽然2022财年参议院要求在该项目上增加1亿美元，但与预计的160亿美元（2家单位未来5年内的总需求）相比，相差甚远。美国加速载人登月计划所需的全部研制经费尚未落实，未来仍将面临巨大的考验。

目前，NASA已通过与诺格公司和SpaceX公司等商业公司的合作，完成了34次货运服务，形成了持续、稳定的“国际空间站”货物往返运输能力，且内华达山脉公司也有望从2022财年开始执行近地轨道货物运输任务。而在商业载人运输方面，SpaceX公司已经开始常规载人发射服务，且波音公司也将在2022财年完成载人试飞，在完成商业乘员运输能力认证之后正式投入使用。按照要求，从2022财年开始，SpaceX公司和波音公司需至少保证2次“国际空间站”载人发射服务。除了通过商业运输系统成功搭建美国近地轨道的货物与乘员运输能力以外，NASA从2019财年开始持续为近地轨道商业开发项目申请经费，旨在打造后国际空间站时代近地轨道商业化运营模式。2022财年，NASA为该项目制定了合理的发展规划，最终获得了1.01亿美元的全额拨款。基于NASA的经费、技术支持，以及公理空间公司、SpaceX公司等商业公司在商业空间站舱段设计与试验、私人载人飞行等方面做出的努力，美国将迎来真正意义上的常规化近地轨道商业化发射与运营。