美国航空航天局发布2014航天战略规划

2014-12-25张园园强静中国航天员科研训练中心

国际太空 2014年12期

张园园强静（中国航天员科研训练中心）

美国航空航天局（NASA）将登陆火星设定为长期目标。在接下来的20年中，NASA将致力于研发和验证实现任务目标所需的各种新技术和新能力。2014年NASA发布的航天战略规划由三个战略目标组成：拓展空间领域的知识、能力与机遇的前沿；提高对地球生活的理解，改善人类生活质量；服务美国大众，通过有效管理人力、技术资源与基础设施来完成任务使命。该规划概括了NASA未来的发展构想，为未来的载人航天活动指明了清晰、统一、长远的发展方向。

1 NASA2014年战略规划

NASA战略规划的基础

NASA依据其构想与任务制定了该战略计划，并体现其核心价值观和全局统筹的方法。NASA的核心价值观是安全、完善、协作、卓越，它指引着NASA的每个人和每个机构的行为。NASA全局统筹的方法是由NASA下设的每个机构为完成其战略目标进行研发并制定计划的实践中总结而来。每一个核心价值观都能指引其领导阶层在当今环境下能够做出最有利的决定。始终坚持这些核心价值观将保证任务的圆满成功。

NASA战略规划及其优先等级

NASA的战略规划概述了为实现其愿景，设定的战略方向、战略目标及其优先等级。NASA制定了三个战略目标，这些战略目标能够加强NASA完成任务的能力，有助于美国在科学、技术领域产生卓越成就，改善地球上人类的生活，保护地球家园，同时有助于增强美国经济。

第一个战略目标强调对空间领域知识、能力与机遇的拓展。NASA计划将人类送往太阳系和火星，从而推动空间探索、科学、创新和国际间的合作。“国际空间站”上的乘组将继续进行科学研究，为未来空间探测奠定基础，推动商业航天经济，并且为了全人类的利益提高基础生物学和生理学能力。基于此，NASA将依靠美国商业公司向空间站运送物资和航天员。同时，NASA还致力于了解太阳与地球和太阳系的相互作用，包括空间气候；探究太阳系的组成、起源与进化；探究宇宙的起源与演变，寻找其他星球上的生命。并通过日益完善新发明的空间科学，适时地调整NASA的任务，从而促进国家能力的提高。

第二个战略目标是推进对地球的了解，发展改进地球生活质量的技术。NASA致力于通过对航空航天的进一步研究，促使安全的和持续的航空业在美国乃至全球进行一次革命性的变革。同时，加强对地球作为一个体系的相关知识的理解，应对环境变化带来的挑战，提高地球上人类的生活质量。NASA还打算优化其机构的技术投资，培养开放性的创新环境，使技术流入更加顺畅，同时确保国家利益的最大化。通过与其他机构的合作，提高国家科学、技术、工程和数学教育并能增强人才储备，从而吸引学生、教师和全体教职员参与到NASA的任务中来。

第三个战略目标是服务与美国人民，通过有效地管理人力、技术、能力和基础设施实现我们的使命。也就是通过对人力、技术资源与基础设施等方面的有效管理完成任务，服务于美国大众。NASA始终坚持吸引、培养高技能、执行力强与复合型人才的原则，并为其提供有利于创新的工作环境和执行任务所需的各种设备、工具和服务。同时，NASA在战略、技术与计划、能力方面保证持续性的提高，并提供可靠的、经济高效的信息技术与服务，从而保证NASA任务的完成。此外，为能够安全并顺利的完成任务，NASA通过有效的管理，确保计划的实施和机构的正常运行。本文重点关注与载人航天密切相关的两个战略目标。

2 载人航天战略目标之一：拓展空间探索领域的知识、能力与机会

接下来的几十年，NASA将继续研发新科技，为私营企业、非盈利组织和公众探索者们打开太空探索之门。NASA计划完善“国际空间站”的研究和技术研发使用的设备。NASA将促进“国际空间站”特有的微重力环境在工业和学术领域的研究，还将继续与商业合作伙伴合作，从而确保美国具有将航天员和货物送往太空的能力，继续完成下一代空间系统的发展[例如，“航天发射系统”（SLS）和“猎户座”多用途乘员飞行器（MPCV）]，将人类经过低地球轨道，开辟火星之路。

NASA计划于2020年之前在好奇号火星车的基础上，重新打造一个火星漫游车继续进行机器人火星探索，新漫游车将装备先进的新型设备进行原位资源利用研究。将来，它将进行火星样品返回地球实验，用以详细分析火星上是否有原始生命存在过的迹象。

NASA正在进行更详尽的近地小行星观测，试图了解早期太阳系所发生的事情，以及这些天体是否对地球产生威胁。NASA将扩展近地天体观测计划，寻找被提议的小行星任务中的目标小行星。尤其是将寻求业余天文学团体的帮助，增加观测小行星者的人数，共同完成小行星任务带来的巨大挑战。NASA计划于2016年之前发射“奥西里斯-风化层探测者”（OSIRIS-REX）任务飞船，并利用机器人系统完成小行星样品返回任务。NASA正在对小行星设定新方案，包括计划对目标小行星的选定、捕获和重定向，并将其拖拽至月球轨道，再由航天员进行探索。该战略目标对NASA来说，既是挑战，也带来了机遇。

子目标1：运送人类至太阳系和火星表面，从而提高探索、科学、创新、人类利益，并促进国际间合作

（1）主管部门：载人探索操作任务理事会

（2）子目标概述

NASA正在通过开发运载人类往返深空的能力来拓展人类探索的空间，利用创新的、先进的技术来实现对太阳系范围内的其他星球和小行星的探索。作为一个起点，探索低地球轨道或者位于地球2000km外的深空需要具有运输货物和乘员的能力。NASA正在研发新的运输系统，包括乘员舱、重型火箭，以及地面支持设备和系统。NASA正在研发使人们能够到达地球以外更远地方的技术能力，包括空间推进、空间操作、长期居住和保障人类在恶劣环境下生存的能力。调研备选目的地并给人类探索提供至关重要信息的机器人先驱技术和机器人任务将为人类深空探索取得新的里程碑奠定坚实的基础。

（3）子目标战略

首先，发展能够满足探测需要的能力，且这些能力与其他能力结合使用能够帮助人类深入太阳系；第二，它能够执行多任务。它并非创建特定的、具体任务的硬件设施，而是相对灵活的，能够执行与日俱增的各种复杂的任务。NASA正在研发一整套核心的、拓展的能力以保证美国的空间项目具有生命力、持续性和灵活性。

美国认为载人空间探索是必须与其他国家共同合作的国际型项目，并且已经开始与国际团体共同研究制定《行星探索路线图》。此路线以“国际空间站”为起点，之后明确了载人探索太阳系的潜在道路，同时阐述了机器人与人执行任务的合理顺序。“国际空间站”是未来深空居住与探索活动的基础，“国际空间站”的装配经验将指导未来在月球或深空中的维修、前期配置或者建造系统方面的任务操作。在“国际空间站”上通过研究与技术验证获得的知识将使人类具有设计与构建未来深空探索系统的能力。

然而，开创为人类能够超越地球边界进行安全探索的科技与能力仍存在一系列的挑战。

1）维持进度计划。NASA一直很重视保持在发展中的任务的进度，重视为进行中的新研究活动提供资金保证以设计未来的载人探索系统。为了建造探索的必要系统，NASA利用高效率、低成本和勘漏的方法，与工业部门合作共同研发更加低成本-高收益的设计与制造技术。一种方法就是快速模仿法与对新技术进行的飞行验证。

2）开发新途径与新工具。尽管人类在低地球轨道运行空间站已长达40年，NASA还在继续优化进行深空探索所需的工具与技术。NASA正在努力攻克辐射、后勤保障与长期可靠性所带来的挑战，并为满足任务的局限性和保障深空的生命安全和充足的运输能力等方面做出努力。未来在月球空间甚至更远的地方进行的探索需要有复杂的操作过程来保证乘员、货物和探测系统都能成功到达正确的目的地。能够进行自动交会对接的新操作程序对保证安全有效的完成任务是非常必要的。

3）选定一颗小行星。因为有数以千计的已知的近地小行星和更多的未知小行星存在。距离带来巨大的挑战，尽管一些小行星逐渐向地球靠拢，甚至已经进入月球轨道，然而理想的NEA目的地却远在数千万千米以外。验证飞往火星技术，航天员必须花费6个月的时间飞行，并且在任务期间无法实现水、食物、空气的再补给，这将超出以往所有在太空中做出的尝试。因此，NASA正致力于小行星重定向任务，即利用机械臂捕获一颗小行星并将其拖拽至月球轨道，然后利用“航天发射系统”和“猎户座”将航天员送往小行星进行探索。

4）任务的长期性。受当前推进系统的限制，人类需花费6个月的时间才能到达火星，而且由于可使用的飞行轨道，航天员只有两种选择：在30天内离开火星或者是在火星表面驻留超过500天以上。这些任务的持续时间显然已经超过了在太空中没有地球直接供给的情况下，我们对生命保障所做出的论证。火星任务还要求人们不得不克服一些生理挑战，比如说辐射和火星尘给健康带来的潜在风险。一旦航天员们开始执行有史以来最长期、最遥远、也是最有挑战性的空间探测任务，他们必须具备自给自足的能力和足够的灵活性以应对变化无常、无法预料的火星环境。NASA拥有多种高尖端方法来应对这项挑战。NASA和“国际空间站”的成员国合作伙伴计划于2015年派遣航天员执行为期一年的长期驻留任务。他们还将与广泛的科研与工程团体共同研发一项原位资源利用试验（ISRU），并在NASA计划的“火星漫游者”任务中携带到火星上。

（4）相关计划

“猎户座”多用途乘员飞行器计划、“航天发射系统”重型火箭发射系统计划、探测地面系统计划以及先进探测系统

子目标2：在“国际空间站”上进行研究以实现未来空间探测，推动商业空间经济，提高基础生物学和生理学，造福于全人类

（1）主管部门：载人探索运行任务理事会

（2）子目标概述

NASA对社会的贡献源于在科学、技术方面的成就，后来拓展到很多领域。他们利用其资源带动了探测领域的发展，同时也带动了新兴的、蓬勃发展的商业空间市场。对“国际空间站”的使用期限加以延长对NASA，乃至美国能否取得在科学、技术和载人飞行领域的战略目标至关重要。“国际空间站”是全球唯一存在的在轨的、微重力研发（R&D）实验室，在那研究人员能够进行各种学科的科研项目，为将来探测太阳系奠定坚实的基础。这些科研项目产生的结果将继续给一些领域带来收益，诸如人类健康、远程医学、生理学、地球观测、空间科学和致力于培养未来的科学家、工程师和探索者的教育计划。空间先进科学研究中心（CASIS）作为“国际空间站”美国国家实验室的唯一管理部门，致力于将“国际空间站”的空间研究应用最大化。NASA局长决定至少延长“国际空间站”的使用年限到2024年，这将使空间站的潜力最大化，并且保证美国在空间领域占有领先地位。“国际空间站”被证明是发展商业空间公司的催化剂，也是实现未来空间探索目标的重要转折点。NASA花费了数亿元从新兴的商业发射服务供应商那里运输货物。“国际空间站”是在5家空间代理机构、15个国家和几家私营公司共同努力下运行的，因此，它也是共同执行未来低地球轨道载人空间探索任务的典型。

第36长期考察组飞行工程师，NASA航天员克里斯·卡西迪（Chris Cassidy），在“国际空间站”的希望号实验舱进行试验。卡西迪手持一对保龄球大小的、自主飞行的卫星—同步位置的保持、连通与再定向试验卫星（SPHERES）。这两颗卫星都装有动力、推进、计算和导航设备。实验结果对卫星的维修、飞行器的组装和飞行器的构造等方面具有重大意义

（3）相关计划

国家空间站计划、人体研究计划和载人飞行运营计划。

子目标3：促进和利用美国商业公司能力向太空运送物资和航天员

（1）主管部门：载人探索操作任务理事会

（2）子目标概述

在航天飞机计划结束两年后，美国现在具有两大航天运输系统，能够从美国本土将科学实验和补给货物运往“国际空间站”，即“龙”（下）和“天鹅座”货运飞船

与美国工业部门的合作使美国能够具备向低地球轨道进行商业成员运输的能力，这将带动商业部门发展、促进就业、拓展相关知识，同时供给“国际空间站”。NASA将低地球轨道商业载人飞行视为旺盛的、高利润的商业企业，有着很多供应商，以及个人客户。NASA在该企业中承担的责任是给潜在的载人航天飞行行业提供专业知识技能、刺激与机遇。同时，NASA计划继续购买运输服务项目以满足“国际空间站”乘员的轮换和保证在突发情况下航天员的安全返回。一个繁荣的、高就业率的，创收益的运输系统（将人类及货物运送至低地球轨道）将为美国经济做出贡献。

（3）相关计划

商业乘员计划。

子目标4：了解太阳及地球和太阳系的相互关系，包括空间气候（略）

子目标5：调查太阳系的组成，起源和演变，以及生命存在的可能性

好奇号火星车的自拍照，由安装在机械臂上的手部立体成像相机（MAHLI）拍摄的。图中可见好奇号位于火星新驻地“石巢”（Rocknest），携带着一些盖尔陨石坑（Gale Crater）内的土壤样品，好奇号的后方是夏普山（Mt Sharp）。研究结果表明，盖尔陨石坑过去或曾支持了原始生命的存在。样品也说明了火星土壤蕴含了大量的、易开发的水资源

（1）主管部门：科学任务理事会

（2）子目标概述

机器人探索是太阳系探索的主要方法，也是载人空间探索的先驱。地面观测、实验、理论工作和地球外物质的分析都推动了空间探索的可行性。每一次进步，从初次尝试飞跃到轨道飞行器，然后到着陆器和“火星漫步者”，再到样品返回任务都促使人们对星际的形成、太阳系的化学史与物理史，以及维持生命的条件有了更好的了解。再者，星际科学计划给载人探索任务增添了必要的知识。在面对小行星探索任务所带来的巨大挑战，该部门将进一步加强近地观测计划，这将有利于侦查潜在的小行星目标并进行描绘，NASA计划对小行星进行机器人和载人探索。

NASA的X-1机械外骨骼将有助于航天员在太空中保持健康状态，同时能够使那些在地球上生活的残疾人获益

（3）相关计划

星际科学研究计划、发现计划、新边界计划、火星探索计划、科技和外太空行星

子目标6：揭示为何进行宇宙开发，探索为何开始和发展，搜索其他行星的生命（略）

子目标7：转变NASA任务，并通过日益完善创新空间技术以促进国家能力的提高

（1）主管部门：空间科技任务理事会

（2）子目标概述

NASA在交叉，技术转移的空间科技领域进行投资，空间科技有很大的潜力来消除任务风险、降低费用、提高能力水平，这使完成更具有挑战性的任务成为可能。这些技术使一批新的空间任务成为可能；巩固了美国在空间科学、技术和工业领域的领先地位；同时促进美国形成了以技术为根基的经济。

鼓励来自全国劳动力、学术界、小企业和广阔的空间私营公司的人才，NASA提出了创新型措施，显著地提高他们执行任务的能力。这些新能力的开发与投入提高了未来执行任务的可靠性，并且对人类抵达太空的新高度和送美国航天员到达新的目的地，比如小行星或火星，也是至关重要的。

（3）相关计划

交叉空间技术发展，探测技术发展，小企业创新科研/小企业技术转移

3 载人航天战略目标之二：推进对地球的了解，发展改进地球生活质量的技术（略）

4 载人航天战略目标之三：服务于美国大众，通过有效管理人力、技术资源与基础设施来完成任务使命

NASA以掌管探索未知空间领域而感到骄傲，他们代表美国大众促进着航空航天科学和技术的提高。抵达其他星球需要的是有献身精神、知识渊博的人才和尖端的设备与能力，这些设备与能力能够提供执行任务所需的工具，并进行保障。NASA极力去完成任务，力求保持着一个广泛、多样的集合，融合技术、能力和资产，以支持NASA任务，以及其他联邦政府机构和私营企业对创新发明进行的实验、论证和优化的工作。

污染控制工程师们对“韦伯”空间望远镜的中-红外线设备进行检查。他们试图寻找微小的尘埃痕迹或者污染物，因为洁净是这些精密设备的关键性因素

NASA明白有技能的复合型人才是创造和保持探索太阳系的能力，以及了解人类的星球的关键所在。NASA将继续保持和确保必要的关键能力、设备的有效性和安全性，这些能力和设备能够促进太空、天空和地面进行的活动。NASA将提供梦想的蓝图和领导力，从而提高关键性的航天能力，并确保美国航天器能够支持其探索活动。NASA所进行的活动有利于培养有技能的、创新的和复合型的人才，并保证他们的人身安全。此外，NASA力求管理有序和实践的合理性，从而确保资源的合理利用。

NASA的目标是支持NASA在太空、天空和地面所进行的活动，对国家的投资做出最好的回报。NASA将坚持不懈，确保NASA有必要的资源推进探索和航空的发展，了解地球，传播知识，也将继续同大众和其他部门一起参加建造一个开放的、透明的和共享的机构。

作为追求目标的一份子，NASA必须确保其设备、资源和计划是合理安排的。这就意味着有必要探求新型的合作方式。NASA将通过明智的投资和资源管理方面的创新方法来提高效率和持续性，包括废弃不再需要的基础设施，以便能够把经费控制在预算范围内完成核心任务。

在该战略目标下，NASA所从事的任务有助于应对美国的挑战，也给NASA带来了绝无仅有的一次机会，这个机会将使整个民族获益。例如，①在投资方面精打细算；②持续并行使重要的国家能力；③向美国大众增加透明度。

N A S A向所有的创新者保证，无论你是否是NASA的员工，都有权使用关键能力，这些能力将帮助拓展NASA的探索事业，以及巩固美国的经济。NASA的工作朝着该战略目标迈进，这将有助于保持科技人员的朝气蓬勃。最后，要确保NASA的资源与设备的长期安全和对其的合理利用。

子目标1：吸引并促进高技能、高素质与复合型的劳动力，开发有利于创新的工作环境，同时提供执行NASA任务所需的各种设备、工具和服务

（1）主管部门：任务保障理事会

（2）子目标概述

NASA的员工和公共机构的能力使NASA能够成功的执行任务。他们献致力于创新、大胆设想、与寻求卓越，这使得他们日复一日的工作，从而支持并完成任务。

人力是NASA最重要的资源；没有他们，任务也就无法完成。NASA的员工是有能力的和胜任工作的，同时也都是有奉献精神的。NASA的员工时刻都是投入的、充满激情的，同时为了使这个团队能够获得成功，在想法和方法上有很多的创新。为了执行接下来20～30年的任务，NASA致力于培养高复合型人才，要求他们具有相对平衡的技能与才能，并致力于创造广泛适用的工作环境，使具有不同的发展前景、教育水平、技能、生活经验和背景的工作人员能够一起工作，共同参与NASA的任务。

（3）相关计划

中心管理与运营、航天局管理、设施机构组建及环境顺应与修复。

子目标2：确保有效性，同时在战略、技术和计划、能力方面保证持续性提高，从而完成NASA的任务

（1）主管部门：载人探索运营任务理事会

（2）子目标概述

热量设计专家海伦·约翰逊（Helen Johnson）对一个微重力卫星进行测试，这颗卫星将与另外两颗卫星一起到运到范登堡空军基地进行发射，NASA通过高技能人才的共同努力，力争以最高水平的精准度完成具有挑战性的技术工作

该部门将其必要的资产进行优先等级排序，并贯彻战略投资决定，以便基于NASA和美国的需求，维持、提高、替换、更改或者处理这些决定。NASA确信其关键能力和资产将在将来的任务中发挥一定的作用。比如，为NASA和民用部门任务提供发射服务，以及不间断、可靠的空间通信网络，从而使信息从太空传输到地球。这些能力对空间任务的可行性、安全和效率来说都是关键因素。

NASA的科技能力和资产支持NASA任务，同时支持了除NASA以外的部门的工作。其他的联邦航天局和私人公司使用该部门的特殊设备进行项目的测试与评估，从而减轻风险并优化工程设计。NASA进行战略投资和持续性的实践，从而认真地进行技术能力与资产的管理，这一切都保证了为NASA与其他的客户时刻做好准备。

（3）相关计划

空间通信与导航计划、21世纪空间发射综合计划、发射服务计划、火箭推进测设计划、探索设备组建、空间操作设备组建与战略资产能力计划。

子目标3：为保证NASA的任务提供可靠的、有效的并相对廉价的信息技术与服务

（1）主管部门：首席信息官办公室

（2）子目标概述

信息技术（IT）是NASA的基础设施与任务的成功所在。为有效地支持NASA的任务，该部门必须保证IT计划在组织间与各功能模块之间能够顺畅通行，并为其提供优质服务。NASA必须找寻一些途径来利用信息技术，因其能提供一个更加协同的、具有地域差异的、机动的工作氛围，并保持IT技术的技能与能力的更新，从而更好的服务于NASA的任务，同时还能使这些任务远离不断演化的IT安全威胁。

该部门在IT技术计划与服务方面的途径强调创新性、透明性和可说明性。在IT技术计划方面，从机构的角度去考虑NASA任务对服务的需求，从而提供IT技术的政策、投资决定与管理实践。同时，还要求对投资平衡和次序都有严格的评估，以实现其IT能力在所需的费用、质量和时间的选择安排上达到平衡，使之发挥最大作用，同时避免任务的风险。IT部门将与NASA的领导共同协作对信息管理投资分出等级并进行排序，适当的交合其能力，从而给NASA提供价廉质优的服务。

（3）相关计划

机构IT服务计划。

子目标4：为能够安全并顺利的完成任务，确保对 NASA的计划和运行进行有效的管理

（1）主管部门：安全与任务保障办公室、首席工程师办公室、首席健康与医学官办公室

（2）目标概述

安全与任务成功计划主要是保护NASA人员的健康和安全，同时提高NASA在计划、规划与运行方面能够安全并成功地执行的可能性。NASA在安全与任务成功计划上的投入已经延伸到美国公众、NASA的员工、NASA的商业合作伙伴和承包商。这一目标通过相互信任的氛围和伦理行为，以及多学科的团队来实现的，这些团队促进了平等的机会、协作并不断的学习。该部门在保证NASA范围内的安全、可靠、持续、质量工程和规划管理的同时，还不断提高技术的卓越和竞争力。

（3）相关计划

安全与任务成功计划。