美國國家研究委員會發(fā)布《探索路線》報告

張園園 王永生（中國航天員科研訓(xùn)練中心）

2014年6月，美國國家研究委員會（NRC）發(fā)布了一份國會授權(quán)的報告—《探索路線：美國載人空間探索項(xiàng)目的理由與方式》（簡稱《探索路線》）。此報告長達(dá)285頁，主要是建議美國要制定嚴(yán)格的空間探索路線，按照具體的任務(wù)順序取得階段性成果，從而實(shí)現(xiàn)載人登陸火星的長遠(yuǎn)目標(biāo)。如想成功實(shí)施該路線，需要有堅(jiān)定不移的共同目標(biāo)、國際合作以及適當(dāng)增加的預(yù)算。報告還指出美國政府制定路線時應(yīng)遵循的原則。

1 報告出臺背景

《探索路線》報告出臺背景基于2010年頒布的美國航空航天局(NASA)《授權(quán)法案》。由于政黨輪換以及其他因素導(dǎo)致載人航天項(xiàng)目無法穩(wěn)定開展，所以該法案要求美國國家研究委員會（NRC）對載人航天進(jìn)行研究，旨在重新審視“載人航天的戰(zhàn)略目標(biāo)，核心能力與發(fā)展方向?！眻蟾鎻墓姾屯顿Y者的角度審視開展載人航天空間探索項(xiàng)目的理由，建議設(shè)定具體的探索任務(wù)順序，并規(guī)劃了任務(wù)的可持續(xù)性發(fā)展方式。

此報告稱美國應(yīng)將可持續(xù)性發(fā)展作為推動載人航天事業(yè)的愿景、科學(xué)前沿和關(guān)鍵性意見前進(jìn)的內(nèi)在動力，避免載人航天探索項(xiàng)目受到內(nèi)部壓力、政策改變等誘因的影響。之所以稱為可持續(xù)性發(fā)展，是因?yàn)槟壳叭〉玫乃谐删投际菚簳r的，隨著探索的深入而發(fā)展。因此，除了能經(jīng)受住時間的考驗(yàn)外，可持續(xù)性發(fā)展還能保證工作朝著有利于科技、社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方向前進(jìn)。報告明確地提出了可持續(xù)性發(fā)展的核心問題，即人類能離開地球到達(dá)多遠(yuǎn)的地方？當(dāng)人類到達(dá)那里又能發(fā)現(xiàn)什么，得到什么？

2 開展載人空間探索項(xiàng)目的理由

開展載人空間探索項(xiàng)目的理由包括：對國家的經(jīng)濟(jì)、科技、教育、安全，國際關(guān)系以及個人利益影響的幾個方面。該報告清晰地將以上這些理由分為兩大類：①實(shí)用理由，它包括經(jīng)濟(jì)效益；對國家安全的貢獻(xiàn)；對國家教育和國際關(guān)系；對學(xué)生和公民的激勵，從而促進(jìn)科學(xué)和工程學(xué)教育；對科學(xué)的貢獻(xiàn)。②精神理由，它包括人類的最終棲息之地（遷移至其他星球）。報告提出沒有能夠獨(dú)自證明載人航天探索項(xiàng)目價值的理由，只有將精神追求與實(shí)際利益相結(jié)合，才能成為繼續(xù)美國載人航天項(xiàng)目的真正理由。但這一切的前提是遵循該報告提出的探索路線和一系列的原則、章程。

50年以來，公眾對空間探索項(xiàng)目的關(guān)注度與經(jīng)濟(jì)、教育、醫(yī)療、科學(xué)發(fā)明等領(lǐng)域相比相對適中。公眾對開展空間探索項(xiàng)目普遍支持，但尚未占據(jù)首位。

3 路線的實(shí)施需求

（1）堅(jiān)定探索路線

《探索路線》報告稱通過技術(shù)分析清晰地顯示，在可預(yù)見的未來，載人探索目標(biāo)為月球、小行星、火星和火星衛(wèi)星。在這些載人探索目標(biāo)中，最遠(yuǎn)最難的目標(biāo)就是載人登陸火星—因其需要克服前所未有的時間、成本和技術(shù)挑戰(zhàn)。因此，載人空間探索的終極目標(biāo)是火星，所有可能的合作伙伴都應(yīng)該共同參與到載人空間探索所有的長期空間項(xiàng)目中，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)共同努力。

1979－2011年公眾對空間探索領(lǐng)域表示“非常感興趣”的百分比

1979－2011年公眾對航天飛機(jī)、登月和火星任務(wù)的支持率

（2）適當(dāng)增加預(yù)算

《探索路線》報告沒有明確提出路線的預(yù)算，但報告強(qiáng)調(diào)，從目前來看，投入到低地球軌道(LEO)載人空間探索的資金是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。而且，當(dāng)前任務(wù)主要是研發(fā)用于低地球軌道飛行的發(fā)射飛行器和飛船，但都尚未達(dá)到反復(fù)利用的程度。

其次，公眾無法明確終極探索目標(biāo)和探索進(jìn)程中取得成就之間的關(guān)系，這可能導(dǎo)致潛在的伙伴成員國失去信心。目前，美國的政策必須如實(shí)地反映或者改變探索項(xiàng)目、技術(shù)和預(yù)算現(xiàn)實(shí)，否則將不利于開展可持續(xù)性發(fā)展的探索項(xiàng)目。該報告明確指出，政策制定人在制定政策時應(yīng)該記住任何有形的、可計(jì)量的利益（包括技術(shù)成果轉(zhuǎn)化、對人才從事科學(xué)事業(yè)的吸引、科學(xué)知識的進(jìn)步等）都無法證實(shí)對載人航天的巨大投入必定有經(jīng)濟(jì)效益作為回饋。在當(dāng)今美國的后冷戰(zhàn)時代，公眾認(rèn)為對美國對“阿波羅”投資主要是為了提高國家防御能力和國際威望。盡管公眾對美國航空及其載人項(xiàng)目基本持肯定態(tài)度，但多數(shù)人不認(rèn)為美國應(yīng)該優(yōu)先考慮增加載人航天探索項(xiàng)目的預(yù)算。也就是說，目前政策的制定必須反映出任務(wù)、技術(shù)和預(yù)算現(xiàn)實(shí)，否則將無法進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展的項(xiàng)目。

（3）加強(qiáng)國際合作

《探索路線》報告還指出，目前多數(shù)國家都尋找國際合作伙伴共同進(jìn)行重大的空間項(xiàng)目。合作的原因是多元的，但是各國（包括美國）主要是以利益為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行合作。美國與原來的國際合作伙伴終止了近期載人探索目標(biāo)就證明了這一點(diǎn)。

目前，多數(shù)航天國家和機(jī)構(gòu)都在計(jì)劃重返月球，美國則將重點(diǎn)設(shè)定為小行星重定向至月球軌道，并由航天員進(jìn)行探索。此外，報告還強(qiáng)調(diào)中國航天能力快速發(fā)展，美國應(yīng)該將其視為最大利益的未來國際合作伙伴。然而，現(xiàn)今的美國聯(lián)邦法案禁止美國航空航天局與中國進(jìn)行雙邊活動，其結(jié)果只會大大地阻礙可能對登陸火星產(chǎn)生影響的國際能力。而且，一旦進(jìn)行合作共同執(zhí)行火星任務(wù)，國際合作伙伴成員國將承擔(dān)一部分資金。

4 路線的制定與實(shí)現(xiàn)方式

（1）探索路線方式制定的相關(guān)建議

目前，美國航空航天局及其國際和商業(yè)合作伙伴共同研發(fā)在低地球軌道上的的“國際空間站”已經(jīng)趨于成熟。美國現(xiàn)在必須做出選擇，決定是否在“國際空間站”上繼續(xù)進(jìn)行長期的、可持續(xù)的載人空間探索。報告委員會通過考察以往和當(dāng)前的航天政策和國際環(huán)境，明確可持續(xù)性發(fā)展方式和載人航天探索的理由，提出應(yīng)當(dāng)繼續(xù)開展可持續(xù)性發(fā)展的低地球軌道載人探索項(xiàng)目。

可持續(xù)的載人深空探索項(xiàng)目需要確定一個終極目標(biāo)，盡管在政治、經(jīng)濟(jì)這些不確定因素下，也盡量確保此目標(biāo)不會受到重大的技術(shù)失敗和事故的影響。國際空間政策、國際合作伙伴和公眾一致贊同將火星作為該終極目標(biāo)。美國航空航天局應(yīng)該繼續(xù)載人空間探索項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)具有里程碑意義的目標(biāo)，這將使美國再次引領(lǐng)空間領(lǐng)域的發(fā)展，同時還能創(chuàng)造更多的國際合作機(jī)會。但這一切的前提是任務(wù)要素按照一定的邏輯順序取得過渡性成果，還需要有足夠的預(yù)算。要想追求這個目標(biāo)，美國航空航天局需要參加任務(wù)種類開發(fā)和相關(guān)技術(shù)研發(fā)，并重點(diǎn)開發(fā)高優(yōu)先級能力，包括：火星進(jìn)入、下降、著陸；輻射安全；空間推進(jìn)和能源。這些高優(yōu)先級能力的開發(fā)是對時間、資金和技術(shù)的考驗(yàn)。

此外，報告委員會提出，為確保穩(wěn)定、可持續(xù)的載人航天項(xiàng)目美國航空航天局必須嚴(yán)格遵循一套路線原則。

1）圍繞最終選定的終極探索目標(biāo)，致力于載人航天的可持續(xù)性發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)低地球軌道探索。

2）尊重國際合作伙伴的能力和意愿，在國際航天領(lǐng)域中共同進(jìn)行探索路線的設(shè)計(jì)和開發(fā)。

3）制定探索路線的具體任務(wù)順序，向探索路線的長遠(yuǎn)目標(biāo)持續(xù)性推進(jìn)。

4）為推動路線發(fā)展，繼續(xù)尋求能夠解決技術(shù)難題的合作伙伴。

5）針對技術(shù)或財政等不確定因素，為繼續(xù)進(jìn)行探索路線應(yīng)制定低風(fēng)險計(jì)劃。

《探索路線》報告指出，探索路線要保證探索目標(biāo)及其階段性成果能夠帶來深遠(yuǎn)的科學(xué)、文化、經(jīng)濟(jì)及政治利益，從而證明公眾投資的正確性；設(shè)定合理的任務(wù)目標(biāo)順序，使投資者能夠看到美國航空航天局取得進(jìn)步和發(fā)展的信心；探索路線任務(wù)順序的制定不僅要合乎常規(guī)的技術(shù)能力增長，還要將成本控制在可承受范圍內(nèi)，避免發(fā)生重大事故；此外，也要支持運(yùn)營進(jìn)度，從而確保對關(guān)鍵技術(shù)能力、操控和基礎(chǔ)設(shè)施的有效利用，摒棄失效任務(wù)要素。

美國航空航天局必須遵循上述運(yùn)營原則，沿著探索路線前進(jìn)。一旦開啟火星之路，如果在技術(shù)、成本或者進(jìn)度上出現(xiàn)問題，美國航空航天局、政府和國會應(yīng)該遵循以下原則：

1）如果在規(guī)定的期限內(nèi)，給予合理投資和5年的預(yù)算仍無法保證路線的正常運(yùn)營，那么該路線就不應(yīng)該啟動。

2）如果預(yù)算無法繼續(xù)支撐路線，那么盡管美國航空航天局已經(jīng)取得一定成果，但仍要終止任務(wù)。

3）如果美國載人航天項(xiàng)目在載人飛行方面的預(yù)算有所增加，美國航空航天局、政府和國會也不應(yīng)該重新制定路線。在追求預(yù)定的技術(shù)和探索目標(biāo)的進(jìn)程中，持續(xù)運(yùn)營路線可能需要連續(xù)增加預(yù)算，但增加的資金應(yīng)該用于快速降低重大技術(shù)風(fēng)險和加快運(yùn)營進(jìn)度。

4）資金的緊張將會使一些重大的新技術(shù)和新能力發(fā)展受到影響。優(yōu)先級很可能放在那些能夠解決技術(shù)難題、降低任務(wù)成本、促進(jìn)任務(wù)進(jìn)展和降低運(yùn)營風(fēng)險等的方面。

5）如果載人航天項(xiàng)目的任務(wù)要素、基礎(chǔ)設(shè)施和建構(gòu)不能再為路線的發(fā)展服務(wù)，載人航天項(xiàng)目應(yīng)盡快將其處理掉。

（2）執(zhí)行可持續(xù)性發(fā)展方式的建議

《探索路線》報告沒有提出確定某個特定的路線和目標(biāo)。對路線方式提出的相關(guān)建議只是補(bǔ)充了美國航空航天局正在實(shí)施的戰(zhàn)略框架，旨在穩(wěn)定載人探索，并鼓勵國家政策與任務(wù)規(guī)劃相一致。如果美國要進(jìn)行載人航天探索項(xiàng)目，那么載人航天探索項(xiàng)目就必須承受資金和風(fēng)險的考驗(yàn)。但報告指出，為滿足美國的愿景和個人的精神追求，美國必須進(jìn)行載人航天探索，此愿景號召美國公眾和政策制定者支持美國取得技術(shù)成就，同時也能彰顯美國為促進(jìn)國際和平所做出的貢獻(xiàn)。報告指出美國付出如此巨大的資金和風(fēng)險，只有實(shí)現(xiàn)路線的最終目標(biāo)，才能證明政府投入巨大的人力和物力進(jìn)行載人空間探索是值得的。

該報告對探索路線提出了相關(guān)建議，指出受人體生理?xiàng)l件和空間探索技術(shù)的制約，在可預(yù)見的未來潛在的探索目的地局限在地-月系統(tǒng)、拉格朗日點(diǎn)、近地小行星和火星范圍內(nèi)。美國航空航天局聯(lián)合國際太空探索協(xié)調(diào)組（ISECG）等機(jī)構(gòu)為這些探索目的地設(shè)定了一系列的計(jì)劃參考任務(wù)(DRM)，并制定了3條按照不同步驟來實(shí)現(xiàn)終極目標(biāo)的路線。

分析表明，這3條路線都將火星設(shè)定為最具挑戰(zhàn)性并具有技術(shù)可行性的終極探索目標(biāo)。在現(xiàn)實(shí)條件下，載人航天項(xiàng)目在實(shí)現(xiàn)終極目標(biāo)之前，可能需要先取得過渡性成果?！短剿髀肪€》報告為每一條探索路線都設(shè)定了3～6項(xiàng)設(shè)計(jì)參考任務(wù)。載人登火的3條路線如下：

1）小行星重定向任務(wù)-火星路線，實(shí)施步驟為先執(zhí)行小行星重定向任務(wù)，然后到月球，最后登陸火星；

2）月球-火星路線，實(shí)施步驟為先登陸月球，然后建立月球前哨基地，最后登陸火星；

3）增強(qiáng)型探索路線，實(shí)施步驟為執(zhí)行地-月拉格朗日2點(diǎn)任務(wù)，然后登陸小行星，然后建立月球前哨基地，最后登陸火星。

報告指出，該3條路線都將登陸月球視為過渡探索目的地，可見重返月球?qū)ψ罱K實(shí)現(xiàn)登陸火星的終極目標(biāo)意義重大。無論最后選定哪條路線，任何計(jì)劃與路線的成功實(shí)施還將取決于關(guān)鍵任務(wù)要素的健康發(fā)展，如“航天發(fā)射系統(tǒng)”重型火箭、深空居住地和加壓表面移動系統(tǒng)等。

結(jié)合可持續(xù)性載人航天發(fā)展方式，報告提供了一系列制定原則、章程的優(yōu)先級建議，這些建議對可持續(xù)性載人航天項(xiàng)目的發(fā)展和執(zhí)行至關(guān)重要。其內(nèi)容如下：

1）為實(shí)現(xiàn)將人類活動范圍擴(kuò)展至低地球軌道上的目標(biāo)，必須滿足美國航空航天局發(fā)展載人航天的物力和人力需求；重新定位載人航天必要的資源，包括改善任務(wù)管理效率和加強(qiáng)現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的利用。

2）將長期重點(diǎn)放在火星這個“探索目標(biāo)”上，探究載人航天的可持續(xù)性發(fā)展問題：人類能離開地球多遠(yuǎn)？當(dāng)人類到達(dá)那里又能發(fā)現(xiàn)什么，得到什么？

3）在不影響長遠(yuǎn)目標(biāo)的前提下，建立并執(zhí)行能夠全面擴(kuò)大科學(xué)、文化、經(jīng)濟(jì)、政治利益、個人追求的路線方式，并沿著路線穩(wěn)步推進(jìn)。

4）大力尋求國際合作和商業(yè)合作，旨在平衡其他國家和商業(yè)實(shí)體的資金和能力。國際合作可能將接納中國和其他剛剛興起航天產(chǎn)業(yè)的國家，以及原有的國際合作伙伴。為實(shí)現(xiàn)低地球軌道探索路線，合作伙伴必須共同分擔(dān)巨額的成本，并共同制定決策，包括對將“國際空間站”的使用延長至2024年的決定。

5）進(jìn)行相關(guān)規(guī)劃，包括任務(wù)需求和系統(tǒng)建構(gòu)，旨在資助高-優(yōu)先級技術(shù)開發(fā)，特別是火星進(jìn)入、下降、著陸，空間推進(jìn)與能源以及輻射安全。

此外，報告還指出，政府給美國航空航天局在載人航天項(xiàng)目上每年的預(yù)算增加5%才能保證路線取得成功。假如資金不足，或者美國兩個執(zhí)政黨有一方對美國航空航天局沒有堅(jiān)持持續(xù)性的承諾，探索路線的實(shí)施將注定失敗。負(fù)責(zé)美國航空航天局經(jīng)費(fèi)問題的政府下屬機(jī)構(gòu)（行政部門和立法部門）是關(guān)鍵部門，其負(fù)責(zé)政府在載人航天領(lǐng)域的投資、試運(yùn)行和財政計(jì)劃，還能確保領(lǐng)導(dǎo)層、人力、管理方法和資源布置到位，并能投資實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和設(shè)備更新。

5 美國航空航天局對美國國家研究委員會報告的解讀

報告發(fā)布不久，美國航空航天局就做出了回應(yīng)，他們對此項(xiàng)報告的發(fā)布表示歡迎。經(jīng)過分析，美國航空航天局認(rèn)為發(fā)布的《探索路線》對載人空間探索進(jìn)行了充分的、正確的評估與鑒定，這份報告符合美國的兩黨執(zhí)政政策及美國航空航天局在2010年頒布的《授權(quán)法案》。美國航空航天局一致認(rèn)可將載人登陸火星作為長遠(yuǎn)目標(biāo)，該報告提出的探索路線實(shí)現(xiàn)方式對美國航空航天局當(dāng)前實(shí)施的載人航天戰(zhàn)略進(jìn)行了有力的補(bǔ)充。美國航空航天局在火星任務(wù)的許多關(guān)鍵要素上已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步，他們將繼續(xù)與其他航天國家和部門進(jìn)行合作。

6 結(jié)束語

目前，美國是“國際空間站”的主要成員，展示了國際引領(lǐng)者風(fēng)范，并通過國家軟實(shí)力參與到各國的發(fā)展中，也成為商業(yè)貨物和載人軌道飛行的焦點(diǎn)。美國開展載人航天計(jì)劃已長達(dá)半世紀(jì)之久，并將繼續(xù)進(jìn)行下去，這不僅僅是因?yàn)閷Α皣H空間站”的承諾，與美國政府和公眾對載人飛行的長遠(yuǎn)發(fā)展的支持也密切相關(guān)。