NASA 2021财年航天运输预算与发展计划

张绿云（北京航天长征科技信息研究所）

2020年2月，美国国家航空航天局（NASA）公布了2021财年预算案，预算总额为252.46亿美元。其中，航天运输预算项目主要集中于深空探索以及近地轨道与航天飞行操作两个领域，总预算为129.49亿美元，占到了NASA总预算的51%左右，其重要地位可见一斑。本文主要对以上两个领域中与航天运输相关的项目进行分析，包括深空探索系统和近地轨道航天运输项目。

深空探索系统以及近地轨道航天运输预算 亿美元

续表亿美元

1 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、探索研究与开发两部分内容，分别为深空探索提供所需系统和能力，主要包括SLS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。2021财年，NASA为该领域申请的预算总额约为88亿美元，相比2020财年实际所得增加了27.441亿美元，增幅为45.6%。

“航天发射系统”

SLS系统包括运载火箭研制和火箭项目集成与支持两部分，2021财年的总预算为22.571亿美元，比2020财年拨付预算减少了3.288亿美元，降低了12.7%。

目前，NASA已经组织完成了SLS首飞箭的芯级组装工作，包括前裙、氧箱、箱间段、氢箱、发动机段、4台RS－25发动机以及电子系统，通过“飞马座”（Pegasus）驳船运抵斯坦尼斯航天中心，并已将其安装至B－2试车台上。接下来，NASA的重点工作是完成芯级“初试”系列试验工作，包括模态试验（已完成）、电子设备试验（已完成）、失效保护试验（已完成）、推进系统试验、推力矢量控制系统试验、倒计时演练、推进剂加注演练以及4台RS－25发动机联合试验。试车完成之后，芯级将被交付给肯尼迪航天中心。此外，在2020财年完成固体助推器的交付；基于探索上面级（EUS）的研制方案，启动相关研制工作；在2020财年结束之前完成芯级批量采购合同的签订，共涉及10枚SLS火箭、8枚探索上面级，以降低成本。

对于NASA来说，2021财年将是令人振奋的一年，计划执行阿尔忒弥斯－1（Artemis－1）环月任务。在发射之前，NASA将完成该任务的设计认证审查和初步飞行准备评审。此外，在完成首飞箭的交付之后，NASA及相关单位将把工作重心转移至后续SLS任务所需系统的生产制造上，具体包括：①完成阿尔忒弥斯－2芯级组件、发动机段尾部连接件、过渡型低温上面级和飞船支架的制造，向米丘德组装厂交付芯级发动机，并开始芯级组装以及飞行准备分析；②继续进行阿尔忒弥斯－3火箭硬件的制造，包括飞船支架、过渡型低温上面级和级间段的制造；③启动阿尔忒弥斯－4火箭子级和级间段的生产合同签订工作。

“猎户座”飞船

“猎户座”飞船项目包括飞船研制、飞船项目集成和支持两部分，分别为13.9亿美元和1050万美元，总计14.005亿美元，与2020财年实际所得基本一致。

2020财年，主要完成乘员舱（CSM－1）的热真空、声学以及电磁干扰试验，开展软件试验以及乘员舱结构试验。2021财年，完成CSM－1与支架以及“发射终止系统”（LAS）等的组装，之后完成飞船与SLS火箭的集成；开展飞行后分析，评估飞船性能；完成阿尔忒弥斯－2任务所需软件的交付；完成第2艘“猎户座”飞船服务舱和乘员舱的制造、装配、试验和集成。

“猎户座”飞船

“探索地面系统”

“探索地面系统”在2021财年申请的预算为3.847亿美元，其中系统研制预算为3.77亿美元，系统集成与支持项目预算为770万美元，相比2020财年拨付的经费减少了2.053亿美元，降幅34.8%。

2020财年，NASA在39B发射工位完成了最后一次SLS噪声抑制系统水流试验，再一次检验了该系统在火箭点火和起飞阶段的噪声及振动抑制性能；完成了液氢/液氧低温推进剂从推进剂储罐经管道到达活动发射平台脐带设施的输送试验，各系统运行良好；对肯尼迪航天中心组装大楼（VAB）内的工作平台进行了完善与清理，为首飞火箭、飞船系统的总装与发射做好了充分的准备。2021财年，计划完成肯尼迪航天中心组装大楼、39B发射工位、1号活动发射平台的完善与升级，以及新型液氢储罐的建造，为首飞之后的SLS首次载人与登月飞行任务奠定基础。

月球“门户”空间站

月球“门户”是一个绕月飞行空间站，是美国可持续载人深空探索体系的一个重要组成部分，是载人重返月球的中转站，为载人深空探索任务提供着陆系统各舱段的对接平台，以及燃料加注、后勤保障、科学研究等服务，实现美国载人深空探索的可持续性发展。

为了满足2024年载人重返月球的目标，NASA将先期建设最简版月球“门户”空间站，主要由电力和推进模块与居住舱组成。2021财年，NASA为该项目申请了7.393亿美元，用于完成以下重点工作：完成月球“门户”空间站的初步设计评审；继续与麦克萨技术公司（MAXAR Technologies）合作，开发动力与推进舱（PPE）；继续与商业伙伴合作，为月球“门户”空间站的居住、电子、飞行软件、生命支持、在轨燃料加注等提供技术支持；完成居住与后勤舱（HALO）的关键设计评审；完成第一个商业运输模块的初步设计评审。

月球“门户”空间站

月球“载人着陆系统”

在2021财年预算发布之后，考虑到月球“门户”空间站的建设以及在天上进行组装存在很大的安全与进度风险，NASA主管载人探测与运行的主管洛伟罗表示，2024年载人重返月球任务将不会使用月球“门户”空间站，但其对于之后的可持续深空探索是必不可少的一部分。不过，洛伟罗目前已经从NASA离职，月球“门户”空间站的作用还有待继续关注。

月球“载人着陆系统”

月球“载人着陆系统”是NASA实现“阿尔忒弥斯”计划不可分割的一部分，将依靠商业伙伴进行研制，实现从2024年开始人类往返月球表面的目标。2021财年，NASA为该项目申请了近34亿美元的预算经费用于系统研制。相比2020财年，该项目的预算额有了很大程度的增加。

2020年4月底，NASA宣布向蓝色起源公司（Blue Origin）、洛克达因公司（PWR）和美国太空探索技术公司（SpaceX）牵头的三支团队签发了为期10个月的月球“载人着陆系统”项目设计论证合同，金额为9.67亿美元。待10个月合同期满，NASA将开展一次“续约评审”，选择其中最有可能实现2024年载人登月任务的方案，而另一家或两家公司也将可能被留下来开展后续着陆器的研制工作。2021财年，NASA将主要开展着陆系统的设计和评审工作。

2 近地轨道航天运输

近地轨道航天运输项目主要包括“乘员与货物计划”、“商业乘员计划”和近地轨道商业开发项目，预算分别为17.781亿美元、9970万美元和1.5亿美元。

“乘员与货物计划”

为了满足“国际空间站”的乘员与货物运输，NASA申请了近18亿美元，从诺格公司（NG）、SpaceX公司、内华达山脉公司（SNC）以及波音公司（Boeing）采购货运和载人发射服务。

在货物运输方面，NASA已经授出了第二轮“商业再补给服务”（CRS－2）货物运输合同，以满足2020年之后“国际空间站”的货运运输任务。在CRS－2合同下，SpaceX公司、诺格公司和内华达山脉公司将至少完成6次发射服务。而在2021财年，这三家公司将分别执行2次、2次和1次货物发射。

在乘员发射服务方面，NASA目前向俄罗斯购买服务。2021财年，美国将完全摆脱俄罗斯，全面采用本国的载人航天运输系统。其中，波音公司和SpaceX公司都至少会进行1次载人发射服务。

“商业乘员计划”

“商业乘员计划”的预算为9970万美元，用于为美国商业载人运输系统的研制提供经费支持。因为波音公司和SpaceX公司的载人运输系统研制计划已经接近尾声，因此其项目预算也仅仅保持在1亿美元左右，远低于此前的8亿～10亿美元的规模。

其中，SpaceX公司以其猎鹰－9（Falcon－9）/“载人龙”（Crew Dragon）为NASA提供载人发射服务，分别在2019年和2020年成功进行了该系统的首次无人试验和首次载人飞行；而波音公司以其宇宙神－5（Atlas－5）/ CST－100“星际客车”（Starliner）进行了载人发射，在2020财年进行了一次轨道飞行试验，但未取得完全成功。目前，波音公司计划自筹经费在2020财年底开展第二次无人试飞。

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，申请金额为1.5亿美元，但并未获得批复。2020和2021财年，NASA都为该项目申请了1.5亿美元。

2019财年，NASA通过公开竞争开发商业近地轨道目的地，满足其长期需求并确保其在“国际空间站”过渡期间持续拥有近地轨道运营能力。2020财年，计划在该财年结束之前完成近地轨道商业平台方案的选择，并完成开发计划的状态评估。2021财年，继续开发“国际空间站”商业模块，激励商业伙伴关系的建立，推进先进技术的发展，促进对近地轨道经济产品和服务的需求增加。

“载人龙”飞船飞抵“国际空间站”

3 结论

大幅增加深空探索预算，保障“阿尔忒弥斯”计划的顺利实施

2020财年第二季度末，美国政府提出提前4年实现载人重返月球的目标。随后，NASA发布《飞向月球：NASA月球探索战略计划》，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”空间站和“载人着陆系统”组成的深空探索框架，分两个阶段实现“阿尔忒弥斯”计划，在2024年将美国航天员送到月面，在2028年实现对月球的长期可持续探索，最终为载人探火奠定能力基础。

在2020财年追加经费的基础上，NASA在2021财年继续为其深空探索项目申请所需经费，总预算约为88亿美元，相比上一年度的实际拨款增加了近27.5亿美元；并首次在预算案中单独为“载人着陆系统”申请经费，且其申请额超过33亿美元，用于系统研制与评审。从预算金额来看，SLS项目和“探索地面系统”都有一定程度的减少，降幅分别为12.7%和34.8%，但其在本财年的重点工作均集中在为SLS首飞之后的后续“阿尔忒弥斯”飞行任务奠定基础，包括SLS－1火箭各组成部分的生产制造与装配，以及39B发射工位、组装大楼、1号活动发射平台等地面保障系统的升级与完善。而对于月球“门户”空间站，NASA仍为其申请了较高的预算，计划先期建造缩减版“门户”。NASA 2021财年的预算申请表明，美国政府已然对NASA的“阿尔忒弥斯”计划做出了重大承诺，全力保障2024年的载人重返月球目标。

持续保障近地轨道商业货运任务的开展和载人运输能力认证，实现其商业化运营

目前，NASA已通过与诺格和SpaceX等商业公司的合作，形成了“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2021财年开始执行近地轨道货物运输任务。而在商业乘员运输方面，NASA及其合作伙伴波音公司和SpaceX公司近年来正在稳步推进商业载人运输的研制工作。基于两家公司的首次无人试飞以及载人试飞，NASA计划在近1亿美元预算的基础上，在2021财年完成商业乘员运输能力认证，从而实现美国载人航天能力的回归。届时，NASA通过商业运输系统成功搭建美国近地轨道的货物和乘员运输能力，为近地轨道商业活动的开展和运营奠定基础。在2021财年预算中，NASA仍然为近地轨道商业化开发项目申请了1.5亿美元，用于继续开发基于“国际空间站”的商业化平台，旨在基于商业公司打造后“国际空间站”时代美国近地轨道商业化运营模式，催生空间经济以及先进技术的可持续发展。