NASA的那些计划是怎样烧钱的？

文/钱卫

美国宇航局类似SLS火箭这种“烧钱工程”绝非个案，审计机关也已经习以为常。航天飞机、詹姆斯·韦布望远镜等都是如此。在航天飞机计划发起之前，美国宇航局曾经表示，这种重复使用的天地往返飞行器可以使用100次，能有效降低卫星发射的成本。然而实际情况远非如此。詹姆斯·韦布望远镜就更加经典，因为多次推迟、超支，被人们戏称为“鸽王”，意思是放鸽子的次数太多了。与SLS火箭搭档的猎户座飞船本身，也有着显著的超支。

“鸽王”韦布

当携带詹姆斯·韦布空间望远镜的火箭最终升空时，很多参与项目的科学家和工程师激动万分。在数十年的工作中，他们经常会担心，这台有史以来最强大的空间望远镜可能永远不会离开地面。

韦布望远镜的计划始于30多年前，在1990年哈勃空间望远镜发射之前，就有人在动脑筋了。当时担任巴尔的摩空间望远镜科学研究所副所长的加思·伊林沃思回忆说，所长里卡多·贾科尼过来告诉他，应该考虑“哈勃”的继任者了。伊林沃思大吃一惊，当时整个研究所的主要精力都放在“哈勃”身上还不够用，哪有心思考虑下一代望远镜？不过贾科尼的想法是对的，研究所立刻组织了一个小组来讨论后续型号。

▲ 2021年10月18日，詹姆斯·韦布望远镜运抵圭亚那发射场

概念研究工作从1989年一直延续到21世纪。到2002年，人们决定把这台新望远镜称作“韦布”。2004年，部分关键部件的制造启动。它的主承包商正是SLS火箭助推器的制造商，深空运输责任有限公司两大股东之一的诺斯罗普·格鲁曼。

当时，美国宇航局估计韦布望远镜的成本是10亿至35亿美元，预计发射日期为2007年至2011年。伊林沃思说，因为不确定因素太多、技术难度大，他们当时就认识到，这个预算和进度表并不现实。但是，如果一开始就申请太多经费，可能无法得到批准。

到2011年，也就是韦布望远镜原定发射日期，美国众议院投票决定，是不是还要继续向这个无底洞里投钱。美国国会下马大科学装置的历史，让科学家们胆战心惊。1993年，耗资10亿美元的超导超级对撞机项目都能被取消，那么国会干掉“韦布”也不是不可能的。为了挽救“韦布”，科学家们组织起来给国会写信，解释哈勃空间望远镜所带来的巨大科学收获，以及研制后续型号的必要性。在航天拥趸者、前参议员芭芭拉·米库尔斯基的帮助下，国会开恩，允许“韦布”发射推迟到2018年，成本不得超过80亿美元。

不过到了2018 年，推迟和超支的一幕再次上演。诺斯罗普·格鲁曼公司老板在国会面前承认，自己不可能保证2018年的发射进度了。但是他拒绝了国会的要求，那就是让诺斯罗普·格鲁曼公司承担推迟发射的成本超支。

当时担任美国宇航局局长的是吉姆·布里登斯廷。他公开指责了这个项目的管理水平。独立审查委员会还发现，诺斯罗普·格鲁曼公司的说法不完全对。在组装过程中，出现了不少可以避免的人为错误，还有些问题是零件制造和安装后才发现的，比如工人使用错误的溶剂来清洁望远镜推进系统的阀门，导致望远镜遮阳罩固定部分的硬件和紧固件损坏，在测试过程中发生了松动。

▲ 韦布望远镜的第一片主镜片

▲ 2013年，韦布望远镜团队与韦布望远镜全尺寸模型合影

▲ 韦布望远镜研制中，类似的实验做了无数次

当时，有个叫拉马尔·史密斯的议员表示，超支的钱应该由诺斯罗普·格鲁曼公司自己承担。他说：“我认为，鉴于糟糕的记录和管理不善，让诺斯罗普·格鲁曼出钱是有道理的。我只希望诺斯罗普·格鲁曼公司愿意承担责任，并表现出更多的诚意，无论是对纳税人还是对成本超支。”

韦斯利·布什大为不满，他说：“这将严重阻碍和损害美国宇航局和诺斯罗普·格鲁曼公司之间的关系，这是错误的方法。”

但无论是美国宇航局还是国会都很清楚，自己已经骑虎难下，只能继续投入资金，让诺斯罗普·格鲁曼公司把型号造完。于是，美国宇航局请求把发射再次推迟到 2021年，总预算上涨到97亿美元。国会只能同意了。

到2021年发射时，韦布空间望远镜总共花掉了88亿美元，发射后，每年还需要运营地面系统来支持“韦布”的工作。目前的运营费预算编列到2026年，共计8.61亿美元。也就是说，“韦布”在整个生命周期内将花掉美国人108亿美元。这只是美国投入的部分。欧洲为它提供了火箭发射服务和4台仪器，价值7亿欧元。加拿大航天局也提供了部分仪器，价值2亿加元。

▲ 折叠状态的韦布望远镜

正因为如此，虽然“韦布”是个天文学仪器，但天文学界并不是都支持它。美国能拿出来用在天文上的预算是有限的，“韦布”用掉了太多，其他项目就申请不到经费了。这让很多人感到恼火。《自然》杂志将“韦布”称为“吃掉天文学的望远镜”。2010年，《科学》杂志指出，“一个旨在彻底改变天文学的项目，现在有可能破坏美国宇航局的整个空间科学计划。”

▲ 韦布望远镜主镜安装过程极其缓慢

▲ 猎户座飞船

但大多数科学家认为，这项投资是值得的。相比之下，哈勃空间望远镜也经历了多年的延误和成本超支，但它可以说是有史以来最成功的太空科学项目。截至2021年，该计划已发表了18000多篇同行评审出版物，在科学文献中被引用超过百万次。它揭示了关于宇宙的新观点，并且是为数不多的家喻户晓的科学项目之一。如果当时“哈勃”被取消，人们现在肯定要后悔。这也是美国舆论愿意支持“韦布”的主要原因。“韦布”的成功和科学成就，让美国宇航局有了足够的底气去考虑下一个望远镜。2022年底，美国国家科学院、工程院和医学院召集的一个专家委员会建议，建造一个新的超级望远镜，可以研究遥远恒星周围的行星、寻找生命迹象，发射年代暂定在2040年之后。

（2）本工程须在波浪破碎区范围内航道两侧建立拦沙堤，避免被泥沙在航道内落淤。拦沙堤口门位置要在破碎区外一定距离。

▲ 工作人员监控“猎户座”飞行

“经典”的超期：猎户座飞船

猎户座飞船的成本超支问题也在人们意料之中。这个型号是在美国宇航局总监察长和总审计署的一路批评声中推进的。

和SLS火箭不同的是，猎户座飞船从星座计划到现在，历经几届政府，没有发生下马又上马的波折，所以它的超支与拖期显得更典型一些。

早在2020年6月，美国宇航局总监察长就提出报告，批评美国宇航局在猎户座飞船上的成本不透明。到当时为止，美国宇航局已经在猎户座飞船上花了167亿美元。然而在星座计划启动的时候，美国宇航局的费用评估是128亿美元，而且这笔钱要用到2030年。到2020年，这个数字已经上涨到了296亿美元。其中113亿美元是猎户座飞船计划的全生命周期成本，另外有63亿美元是星座计划执行期间已经花掉的。还有阿尔忒弥斯-2之后的任务费用，大约100亿美元。

那么，这113亿美元是不是够用了呢？美国宇航局为此提交了一份报告，说很难估计“可能持续几十年的长期载人探索项目”总体成本。也就是说，不知道后续还要花多少钱。为此，总监察长很不满意，认为美国宇航局缺乏透明度，希望能重新规划或调整项目资金和进度预期的基线。总监察长还表示，“如果没有对猎户座飞船生命周期成本完整和全面的了解，国会和其他利益相关者很难获得必要的信息，为未来人类探索优先事项的战略决策提供信息。”

就算是新估计的113亿美元，也远远不够。总监察长估计，这个数字已经上涨到了122亿美元，其中77亿美元是研发费用，比初期增长了14%。而国会给美国宇航局划定的费用增长上限是15%。总监察长的报告说，主承包商洛克希德·马丁公司的“性能缺陷”导致了这些成本超支和时间延误，可是洛克希德·马丁公司自2006年以来仍获得了7.409亿美元的奖励费，所以总监察长抱怨说，美国宇航局对洛克希德·马丁公司“似乎过于慷慨”。

▲ 猎户座飞船的降落伞测试

▲ 第二艘猎户座飞船正在建造

2022年11月，猎户座飞船首次发射成功，这是阿尔忒弥斯计划的第一次任务，验证了SLS火箭和飞船的飞行和返回技术。但这次飞行并没有载人，按照原计划，本次发射应该是在2022年4月进行的。之前，美国宇航局实施了成本和周期的新一轮基线测算，但是飞行推迟导致这一轮测算失去了精确度。于是美国宇航局在2023年夏天实施了又一次测算。测算的前提是阿尔忒弥斯-2任务从原计划的2024年5月推迟到11月，所以经费再一次上涨。

阿尔忒弥斯-2任务内容相当多。因为要载人飞行，所以必须测试服务舱的环境控制生命保障系统和推进系统。另外，还要测试一些在轨交会对接所需要的技术，如对接相机、测距系统，并且要为阿尔忒弥斯-3任务做一些准备，例如和载人着陆系统对接。

根据总审计署的测算，到阿尔忒弥斯-2任务为止，美国宇航局在猎户座飞船上投入的经费将从112.835亿美元上涨到138.10亿，上涨了22.4%。其中研发费用从67.584亿上涨到93.102亿，上涨37.4%。不过美国宇航局还给出了一个所谓的“好消息”，周期成本从45.151亿减少到了45.096亿，这主要是因为猎户座飞船上的9个非关键电子分系统可以沿用到第二次任务上。虽然5500万美元听起来是一大笔钱，但是和猎户座飞船的“总盘子”相比，真是微不足道。

航天飞机计划的坑有多大？

航天飞机是美国宇航局另一个经费黑洞。航天飞机计划遭到的批评集中在两个重要方面：首先是人员安全，它先后损失了14名航天员，是迄今为止最不安全的航天器；第二个就是费用，航天飞机的超支不仅仅是研制，更是没有达到美国宇航局自称的“成本效益”。到2011年美国宇航局决定放弃航天飞机为止，它每次飞往近地轨道的运行成本估计为4.5亿美元，每千克要花18000美元。相比之下，尽管质子号运载火箭不可重复使用，但成本仅为1.1亿美元，即每千克约5000美元。

如果摊入所有的设计和维护成本，航天飞机项目的最终成本按照2008年币值计算，估计每次飞行耗资15亿美元，折合每千克6万美元。这与1972年设想的每千克260美元形成了巨大反差。

▲ 猎户座飞船进行出舱演练

▲ 美国第一架航天飞机哥伦比亚号

▲ 2011年阿特兰蒂斯号航天飞机的谢幕飞行

航天飞机运营成本高于预期的原因之一是，美国宇航局为了得到更大范围的支持，特别是从美国空军拿到一些钱，接受了美国空军的轨道要求。空军为了发射侦察卫星，要求航天飞机能前往极轨道。这一要求在航天飞机返回时带来了很大的变轨需求，必须为航天飞机设计巨大的三角翼，比最初设计的短翼大得多。除了增加阻力和重量（近20%）外，保护三角翼所需的大量隔热瓦大大增加了维护成本，此外还增加了运营风险。

为了能在范登堡空军基地发射航天飞机，美国空军复刻了卡纳维拉尔角基地的整套航天飞机基础设施，耗资超过40亿美元。到挑战者号航天飞机爆炸时，这套设施一次都没用过，直接拆掉了。

航天飞机巨大的黄色外储燃料箱是不回收的，但它在分离的时候，其实速度不快、高度不高，是可以回收的，至少比轨道器本身的回收难度小很多。

轨道器上有35000块隔热瓦，几乎每块都不一样，损坏之后必须定制，极大地推高了成本。由于RS-25发动机的复杂性，每次飞行后都需要拆卸发动机进行彻底检查和细致维护。在第二批次发动机之前，涡轮泵必须在每次使用后进行拆卸、拆解和大修。

虽然RS-25发动机的液氧液氢燃料是无毒的，但在轨机动和姿态控制用的肼燃料有毒，地面维护期间，处在同一个通风系统下的整个区域都不能进行其他活动，延长了维护周期。

上述问题共同导致了飞行频率不足。航天飞机最初打算每年发射55次，后来降低到24次，进入工程研发后，又降低到12次。实际上在发射最高峰的1985年也只有9次，年平均发射率为4.5次。这样一来，研发和基础设施的庞大成本就无法分摊到每次发射当中。美国宇航局每年要为航天飞机维持大约25000人的工作队伍，包括美国宇航局本身和承包商。这些人的年度劳动成本高达10亿美元，即使这一年不发射，也要花这么多钱。有些年份甚至花得更多，比如在挑战者号失事后的那段时间里，为了归零，实施了大量未曾计划过的测试和修改。

上述因素作用在一起，导致入轨成本高昂且无法避免。

虽然超支如此严重，但是美国政府和国会对美国宇航局的容忍度还是比较高的。这其中的因素有好几个。首先，美国宇航局虽然是全球经费最多的航天机构，但是和美国的其他政府部门相比，还不是最大的“吞金兽”。美国国防部一年要消耗将近9000亿美元的经费，而美国宇航局只有270多亿美元。但是，美国宇航局用这些钱确实干出了不少事情。我们上面说的几个型号，包括还没有登上月球的阿尔忒弥斯计划，都是人类工程史上的奇迹。它们不但为美国带来了巨大的声望，也对全球科学与技术发展起到了强劲的推动作用，为和平利用太空树立了典范。阿波罗计划的技术成果转移到民用产业后，创造了数十倍于投资的经济与社会效益。哈勃空间望远镜给天文学家们带来的图像颠覆了许多传统认识。“鸽王”韦布空间望远镜入轨只有一年多，不但正常稳定运行，而且拍摄到了更多、更震撼的星空图像。所以，即使在项目运行期间不断超支，但美国宇航局最后还是能给人一种“物有所值”的体验。另外，美国宇航局多年来几乎没有爆出严重腐败、渎职的丑闻，这在美国政府体系里是相当罕见的。正因为如此，对美国宇航局的项目超支，美国各级决策和审查部门一般采取放过的方式。

▲ 航天飞机发动机点火