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美国航天可持续发展面临的挑战
Scott Pace 美国乔治华盛顿大学航天政策研究所主任

摘要
由于航天在当前对于地球上各种活动的至关重要性，美国必须确保其航天活动的可持续发展，这是涉及技术可行性和政治意愿的一项任务。近期的挑战包括美国载人航天和航天飞机退役的过渡、为NASA在经济萧条时期提供充足的经费，以及重建美国的航天工业基础。远期的挑战将是更好地保护空间环境（包括电磁频谱）不受空间轨位过度拥挤以及空间天气和近地轨道效应的影响、确定分发气候变化数据的责任，以及对空间资源的商业开发基于知识产权的认可。作为应对这些挑战的辅助，美国必须扪心自问是否有一个载人航天的未来，并在地球以外的有人及无人探索中试图回答这些问题。
1 引言
在空间时代开始之际，有关“可持续发展”的问题是围绕着技术可行性和政治意愿受到反复思考的。美国能否赶得上前苏联？美国是否有追上前苏联的愿望？肯尼迪总统在询问是否有一个空间成就可以使美国有机会超过前苏联时，他实际上提出了一个简单但意义深远的问题。针对这一问题，美国最终决定开展登月，因为这一目标既有可能又非常艰难。正因为如此艰难，前苏联和美国将处在同一基础上开展竞争。
今天有关可持续发展的问题也涉及技术可行性和政治意愿。我们能否重新建立载人航天能力，再次将人送到近地轨道以远的地区？我们有这样的意愿吗？与上世纪60年代初不同，对于我们所回答的有关航天活动，特别是载人航天的有关问题而言，现在不透明情况更加严重。
2 为什么说可持续发展是一个问题呢？
在许多领域，对于我们为什么要开展载人航天，目前较之1962年甚或1992年而言，答案要清晰得多而且结果也多得多。空间对于国家安全而言至关重要。美国及其盟国的空间能力为军事及情报功能提供了无可匹敌的战略优势资源。美国的军队利用空间提供的信息优势进行组织、培训和装备。如果再退回到没有这些能力的世界，那简直不可想象。
空间对于全球经济也至关重要。由环绕地球的通信、导航、遥感及环境监测卫星组成的网络是全球信息驱动（information-driven）经济所必须的多个关键基础设施的组成部分。仅GPS所提供的精确授时和定位信号，就使得全球范围内IT业的生产率在现有基础设施基础上达到了一个新的水平。从农业到航空运输，从自然资源管理到金融管理，空间能力的渗透已如此之广，如果再回到没有这些能力的世界是不可想象的。
国家安全、外交政策和经济利益正在不断作为空间系统的结果混合到一起。现代化的航空交通管理可能比国防部需要更多的GPS 卫星。环境监测和数据系统将用来核查新的气候变化国际公约，而这些公约将影响到外交政策和经济利益的方方面面。尽管光纤及地面无线宽带有所发展，或者可能正因为这些发展，卫星通信能力对于军事及商业利益来说才显得更加至关重要。
自从第一颗人造卫星发射以来，空间科学探测取得了丰硕的成果，有关的教科书一再改版，同时也改变了我们对宇宙的看法。从发现范爱伦辐射带到在火星上发现水和宇宙中发现暗物质，空间探索的科学意义毋庸置疑。“国际空间站“（ISS）的建成也将可能在生命及材料科学等其他领域获得类似的创造性发现。
空间依旧是取得国际声望的重要源泉。独立地进出空间、发射卫星，实现本国国民的空间旅游仍然被看做是同时反映一国组织能力的重要技术成就，也显示出该国的军事及经济实力。这并不总是成为值得庆祝的理由，正如中国首次载人出舱活动（EVA）和印度的首次探月任务。朝鲜和伊朗的航天发射是国际社会关切的重要内容，联合国的有关决议认为这些发射工具同样能够发射大规模杀伤性武器。
空间对于新的私营者是开放的，新一代航天企业正在为近地轨道及以远地区的旅游及产业创造机会。亚轨道飞行与例行的轨道旅游之间有较大的不同，但空间旅游及休闲仍将可能成为商业航天领域的下一个“杀手锏”。相对于当年前苏联把私营空间活动比作海盗行为，以及美国在名为“Intelsat”的国际卫星垄断组织中建立Comsat作为自己代表的时代相比，我们现在很明显已经有了较大的变化。
鉴于上述所有情况，我们为什么需要考虑可持续发展的问题呢？对于美国及全世界来说，认识到目前业已存在的航天彼此依赖的现实还不够吗？
3 可持续发展面临的挑战——近期
可持续发展最迫在眉睫的关切就是美国载人进入太空。这不仅仅是终止航天飞机计划与战神-1首飞之间存在的令人遗憾的空档问题，也不仅仅是所有合作伙伴在此期间依赖俄罗斯将人送到国际空间站的问题，而是将包括人力、合同、硬件及构成航天飞机计划的设施在内的极端复杂合成体转换到“星座”体系结构所面临的挑战，这是NASA所面临的要求最苛刻的挑战。
上述空档中最核心的风险不是来自受到伤害的荣耀——自哥伦比亚航天飞机失事以来，美国依赖俄罗斯维持ISS没有问题。风险在于美国载人航天的人才基础正在流失。这一空档持续时间越长，加之有才能的人寻求更安全更具挑战的职业，人才流失的风险将更大。问题的答案不是简单地继续航天飞机的飞行，因为除了这一风险之外，这不会使有才能的人确信他们除了航天飞机外还有较好的未来。
实现从航天飞机到“星座”计划的过渡费用高昂、难度大而且存在巨大风险。但2010年后没有比较实际的替代方案可以实现这一目标，尽管有人争论说美国可以花上20年的时间找到一个替代方案并避免目前的这一结果。
从航天飞机的过渡反映的是多个幻想及轨道器的陆续退役的情况。“挑战者号”航天飞机的失事结束了航天飞机可以作为某种常规的航天运输工具、每年飞行24次或更多次的幻想。“哥伦比亚号”航天飞机的失事结束了将航天飞机的工作寿命延长到2020年或更晚些时候的幻想。这两次事故间隔的期间结束了以“美国空天飞机”和X-33为代表的希望在日常航天飞行中有显著技术解决方案的幻想。资金预算的现实意味着将航天飞机再延长几年会直接占用其后继者有关工作所需的经费。
美国可持续发展最迫在眉睫的挑战在于发展中而非运营或研究。在实现美国载人航天可持续发展中我们所面临的问题是发展计划的问题：
·我们有清晰的目标吗？
·我们有相应的资源吗？
·我们有连贯的决策流程吗？
·我们在产业界和政府有人才、技术和管理能力吗？
《美国空间探索政策》和NASA 2005和2008财年背对背的授权已经为NASA要做什么提供了清晰的绩效目标。当然还有一些较大的问题，如ISS的最终命运，以及重返月球的确切时间。但是应当清楚的是，如果绩效要求不改变，而我们又没有足够的资源—所能做的只有延长工期或增加风险了。
奥巴马政府正在建议增加NASA财政预算的上限，其中包括激励资金、2009财年预算拨款和2010财年预算请求。但是，相比于上届政府来说，在未来几年NASA的经费不会有所增加。此外，有关的细节尚不明朗，对于NASA是否会被要求采取额外的措施（如COTS-D）而不仅仅是改善对“战神”和“猎户座”计划的工期信心尚不清楚。
成本超支当然无助于NASA的预算。NASA前代理局长Chris Scolese曾对造成NASA计划成本超支、工期推迟的众多因素作证说，“其中有些因素是在NASA的控制范围之内的…，比如需求及技术最优的定义，以及储备的不足等。其他因素则不在NASA的控制范围内，如投资的不稳定性、国会的指导意见以及技术性意外等。”
在成本增加的情况下，如果NASA经费的上限不提高，其结果就是任务更少、新开工任务推迟，以及现有任务的不稳定。因此，NASA需要尽可能多地控制成本增长因素，特别是系统级的需求。对于NASA不能控制的外部因素来说，需要准确地沟通资金不足、投资不稳定以及指导方针改变的有关情况。实质上，需要对发展计划进行认真管理，以便项目及计划经理了解到与内部及外部约束条件有关的“价格”。
出于短期方便的考虑，我们并不总是对任务与机构之间自然存在的紧张关系加以管理以确保双方都能健康发展。现在有必要完成当前的任务，有必要确保具备未来任务所需的有关能力。随着相关设备的老化和报废，项目和计划的成本会有所增加，即使没有哪个计划或项目希望支付讨厌的“日常费用”。
一般而言，政府的航天活动会受到花更少的钱办更多的事，以及创新并保持全球领先等方面的挑战。但是它们开展这些工作的能力会受到多种因素的限制。政府的技术组合中缺乏风险容忍（risk-taking）的成分，重点已经转向运营和开发。对于不成熟的政府技术向实际应用的转移几乎没有支持，特别是在当今的风险厌恶（risk-averse）的商业环境中更是如此。除了小型企业创新研发（SBIR）外，几乎没有其他机制来处理小公司级非传统组织的有关问题，尽管有诸如联邦调查局（CIA）的In-Q-Tel基金和NASA的“百年挑战”（Centennial Challenge）项目等模式。
美国航天工业基础日益遭到破坏也进一步加剧了成本增加和创新薄弱的问题。相比于1992年美国的航天工业基础，目前的状况更令人忧虑。由于对民用和军事业务的技术投资有限，加之更多的依赖全球的供应链，以及造成航天技术市场扩容受限的出口管制等因素的影响，美国航天工业基础发生自下而上的蒸发性破坏不足为奇。最近宇航供应链中发生的伪劣部件问题只是当前经济混乱将进一步加剧的另一个征兆而已。
更关键的是，美国开展大规模系统工程的能力到底怎么了？NASA从空军洲际弹道导弹（ICBM）计划的科研人员中引进关键的系统工程师从事阿波罗计划时又是什么情形？领导美国主要的国家安全空间项目的创新官员、公务员以及联邦资助的研发中心的人员又是什么情形呢？
现在的情形是将系统工程付诸实践的机会更少了。现在人们对于自己没有实习过的技能不能精通。政府机构在人员管理上更倾向于品质特征而非经验和技术能力。我们认为那不是一个聪明的政府客户所需要的，用冯·布劳恩的话说，就是“感染承包商的能力”。我们曾经幻想，只要有了巧妙的合同，我们就会使别人在系统工程决策中把我们的利益置于他们思考的核心，但事实并非如此。
在要求每个项目有最大产出和飞行机会渐少的双重压力下，我们的空间项目逐步变得规模更大，数量更少。当然也不乏一些小型的航天器实现了快好省的原则。它们的过时陈旧情况可与空间探索中有关载人和无人的争论相匹敌。相关的目标、约束条件和体系结构应当驱动系统的设计，而非实施这些设计的某些具体的技术途径。
上述趋势的后果之一，就是政府管理团队中开发经验的下降，对于载人航天和国家安全计划这是不争的事实。空间与地球科学的状况之所以没有更糟，主要是因为保留了至少一处自有项目，如喷气推进实验室（JPL）和戈达德空间飞行中心等，他们挽留下来的人才都拥有实际的工作经验。
开发项目“产量”减少的另一后果是航天界有矩阵管理经验的人员数量更少，他们反而将其职业生涯的大部分时间花费在某一个金字塔式的组织中。他们很自然地认同自己被派往的项目的需要，但有时会有悖于他们技术专业所要求的标准。如果没有其他的项目可以开展，高度忠诚而不仅仅是畏惧会成为交流技术关注问题的抑制剂。
缺乏大规模系统工程能力的情况不仅仅是航天一家的问题，也是整个美国的一个战略性损失。面对美国面临的这些挑战不可能无动于衷，而是需要通过多学科的技术能力、国际合作、巨大资源投入和数十年之久的持续专注来应对这些挑战。航天业特别是载人空间探索领域比其他任何领域更具多学科、大规模的特征。
因此，尽管美国政府应当而且必须寻求进入商业及国际网络的出路，同时也需要重建美国国内的人力资本，只有这样才能定义有关需求、开展系统工程贸易、与承包商在同一智力资源水平上谈判，甚至可以帮助弥补无可避免的开发问题。
简言之，对于美国政府来说，可持续发展所面临的迫在眉睫的挑战是重新建立系统工程能力，以便再次承担起开发计划管理者的重任，而不仅仅作为其中的一个赞助人。（未完待续）（薛培元 编译自Space Policy 2009年第3期）
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