技经观察 | 美智库分析影响美国国家安全航天发射的主要风险

美国国会研究部发布《国家安全航天发射》报告，全面分析了美国航天在成本、技术等多方面面临的风险，并就未来风险进行预判评估。

2020年2月3日，美国会研究服务部在《国家安全航天发射》报告中指出，美国为确保国家安全任务顺利进入太空，航天发射策略逐步从“改进型一次性运载火箭”（EELV）过渡到“国家安全航天发射任务”（NSSL）。报告对EELV计划演变进程进行回顾认为，美国航天发射面临着成本、竞争、技术、国产替代、法律等方面的风险，并分析了风险产生的原因及美国未来航天发射可能面临的新风险点。

一、NSSL计划推出背景

1995年，美空军开展EELV计划，通过企业竞争的方式竞标“国家安全太空”（NSS）发射任务，以研制经济、高效、可靠的运载火箭系统。在该计划的支持下，波音和洛马公司研制出“德尔塔-4”和“宇宙神-5”两型发射系统，提升了美国关键航天运载能力，为美国防部和情报部门的卫星发射提供重要保障。同时，美空军不断根据需求变化，对EELV计划进行调整。2011年，美空军批准了EELV计划的采购策略，并于2013年对采购策略进行修订，以实现4项目标：一是保障两套独立的运载火箭系统，以确保美国进入太空能力的可靠性；二是允许使用俄罗斯制造的RD-180重型火箭发动机，该发动机是“宇宙神-5”火箭发动机的重要组成部分；三是承诺批量购买未来十年内的发射服务，以降低发射成本；四是增加竞争以降低整体发射成本。对此，美国会认为，EELV计划的成本依旧太高，竞争力不如预期。另一方面，2014年，美俄因乌克兰问题交恶，双方在太空领域合作受到一定影响。美国认为，其长期依赖俄罗斯生产的RD-180发动机，这将对美国航天运载能力的可靠性带来风险。此外，美空军也意识到，EELV计划整体成本逐渐增加，其与私营太空发射公司的交易在法律方面也面临挑战。因此，美国会在2019年《国防授权法案》中，将EELV计划更名为NSSL,将可重复使用火箭和消耗性火箭共同纳入备选范围。

NSSL计划由洛杉矶空军基地的太空与导弹系统中心的企业发射系统局管理。NSSL计划将4种运载系统纳入备选，包括“德尔塔-4”重型运载火箭、“宇宙神-5”运载火箭、“猎鹰-9”可重复使用运载火箭以及“重型猎鹰”可重复使用运载火箭。其中，“德尔塔-4”重型运载火箭和“宇宙神-5”运载火箭由波音和洛马公司合资成立的联合发射联盟公司（ULA）生产，为美空军、美海军及国家侦察局提供卫星发射服务。目前，ULA公司拥有5个太空发射场，其中2个位于卡纳维拉尔角空军基地，3个位于范登堡空军基地。“猎鹰-9”可重复使用运载火箭以及“重型猎鹰”可重复使用运载火箭由SpaceX公司生产，并已获得美空军的认证。该公司拥有3个发射场，分别位于卡纳维拉尔角空军基地、肯尼迪航天中心以及范登堡空军基地。

2018年10月，美空军向提供发射服务的火箭公司授予3项发射服务协议（LSA），将选择2家商业火箭公司负责美国2027年前的国家安全卫星发射任务。

二、EELV计划的演变进程

（一）1990-2011年期间

20世纪90年代，美国航天工业拥有多款运载火箭和配套的航天基础设施，但在发射成本控制和发射服务运营、采购方面存在缺陷。因此，美国会在《1994财年国防授权法案》中指示美国防部制定“太空发射现代化计划”（SLMP），以为美国太空发射能力的现代化建设明确发展方向和目标。SLMP计划建议美国防部将EELV计划作为首选方案，以将发射成本降低25%，并将运载火箭的设计可靠性提升至98%。对此，美国会指示美国防部制定一项综合的航天运载火箭战略，以取代中型和重型系列运载火箭，并制定一项计划，研发新型火箭或对消耗性火箭进行升级。EELV计划要求对单个发射任务开展竞标，以降低发射价格。1995年，美空军经过竞标后选择了洛马公司和麦克唐纳·道格拉斯公司为其提供发射服务。1997年，波音公司收购了麦克唐纳·道格拉斯公司，并开始承担EELV的开发任务。此后不久，美空军修改了EELV的采购政策，认为当前的发射市场可以满足2家公司的发射需求。同时，美空军认为2家公司能够在提供发射服务时开展竞争，以降低发射成本，并可使美国防部拥有稳定的进入太空的能力。但事实上，美国防部的发射总成本依然不断上升。同时，在20世纪90年代末期，美国在不到1年的时间内连续遭遇6次航天发射失败，不仅损失惨重，而且严重影响航天任务进度。最终，美国政府对此开展审查，认为其不应再仅依靠商业发射公司保障EELV计划的可靠性，而应开展独立审核，加强对承包商和政府的监督。这些监督活动虽然增加了EELV的成本，但能够显著提升发射成功率。

20世纪初，随着美国太空发射工业的萎缩、发射成本的增加以及对进入太空能力可靠性要求的提升，美空军与商业发射公司合作接近破裂。对此，美国政府开始承担EELV计划大部分的固定费用，以保障太空发射能力。2004年，美国政府推出“国家安全政策指令-40”，明确“确保进入太空能力”的要求，要求美国防部为洛马和波音公司提供发射费用支持。2006年，洛马和波音公司宣布成立ULA公司，合并双方的发射业务，以整合发射资源、基础框架、专业知识和能力，确保降低发射成本。美国防部认为，ULA公司可为其提供低成本的发射服务。2006年10月，美国联邦贸易委员会批准了该公司的反垄断许可。

（二）2011年至今

2006年后，美空军持续从ULA公司采购运载火箭。但美国政府问责局于2010年发布报告称，EELV计划将以不可预测的速度增长，且单次购买运载火箭的效率低下。美国防部意识到，应重新制定发射服务采购方式，采用新的EELV采购策略。新的采购策略将通过批量采购降低运载火箭发射成本，使火箭生产企业保持稳定生产能力，并重新开启发射服务竞争。除修订采购策略外，美国防部还开展调研工作，以深入了解ULA公司的发射计划成本。2012年3月，美国防部向ULA公司发出了批量购买的独家招揽书。2012年4月，EELV计划发生了严重的Nunn-McCurdy成本违规行为。

2013年12月，美国防部执行新的EELV战略，与ULA公司签订一份合同修改协议，承诺政府在5年内购买35个运载火箭助推器核。美国防部将此修改协议视为一项重要工作，通过提高对ULA公司发射成本的了解，以获取性价比更高的发射价格。但美国会中部分人员和政府分析师对成本节省的预算表示强烈质疑。2014年，美国防部宣布将增加14个新的NSSL计划，以扩大竞争范围。但2015财年预算显示，美空军要求到2017财年将竞争开放的EELV发射数量从14个减少到7个。部分国会议员和SpaceX官员对此提出了疑问。因此，美空军将EELV收购策略分为3个阶段：第1阶段（2013-2019财年）将包括授予ULA公司的独家采购权，购买36个核心部件，并提供7年的NSS启动基础设施功能。第1A阶段（2015-2017财年）是对第1阶段的修改，其中包括向新的太空发射参与者（例如SpaceX）开放NSS发射的竞争。第2阶段（2018财年至2022财年）拟使发射服务公司间开展全面竞争。第3阶段（2023财年至2030财年）计划进行全面竞争，将任何或所有必需的发射服务授予任何完成认证的发射服务公司。

目前为止，NSSL计划已成功为美空军、美海军及国家侦察局执行70余次NSS发射任务。

三、导致EELV计划采购策略变化的原因

（一）EELV计划成本的增长

2012年3月，EELV计划报告了2次严重的Nunn-McCurdy单位成本违规事件，导致美国会对该计划进行了重新评估。2013年3月，美国政府问责局预估，新重组计划的成本为696亿美元，比2012年同期增加346亿美元。美国政府问责局认为成本增加的原因包括：一是该计划的周期从2020年延长到2030年；二是计划采购的运载火箭计划数量从91架增加到150架，破坏了发射服务需求的稳定性。这导致对发射方案的预估更加困难。

此外，SpaceX和其他公司称，ULA公司收取的发射费用远高于美空军向SpaceX提供的费用。但由于每个公司的发射成本数据结构不同，无法进行横向比较。此外，SpaceX参与的NSS发射任务有限，无法预测长期的实际成本。因此，如何对比公司间的发射成本成为美国会人员面临的难题。

（二）对俄罗斯RD-180发动机的长期依赖

1991年苏联解体，美国中央情报局和其他机构担心俄罗斯科学和导弹专业知识可能流入敌对国，因此与俄罗斯建立伙伴关系，以获取部分重型火箭发动机能力。最初，美俄在Energomash NPO与RD Amross间的许可协议下共同生产RD-180发动机，并将其作为EELV采购策略的一部分。最终，美国将购买RD-180发动机的现有许可协议有效期延长至2022年。在随后的几年中，美国会议员和政策专家对采购RD-180发动机作为“宇宙神”火箭发动机的重要部分表示关注。但并未引起美空军的重视。

2014年，俄罗斯因入侵乌克兰遭美国制裁。2014年3月，美国对俄罗斯各种实体和个人实施制裁，其中包括俄副总理迪米特里·罗戈津，后者是负责监督RD-180火箭发动机出口许可的官员。作为报复，罗戈津宣布：“除非获得保证我们的发动机仅用于发射民用有效载荷的保证，否则我们将无法再将这些发动机交付给美国。”对此，美国专家开始担心，俄罗斯可能突然禁止向美国出口所有发动机，或者禁止向美国出口用于军事用途的发动机。这将对EELV计划的稳定性造成严重挑战，因此美国开始会采取措施，计划开发替代产品，以摆脱对俄罗斯RD-180发动机的依赖。在此过程中美空军将面临2个挑战：一是“德尔塔-4”中型运载火箭于2019年8月退役，而SpaceX是目前唯一能够执行NSS发射任务的公司。二是发动机国产替代期间对RD-180发动机的采购限制，将影响“宇宙神-5”运载火箭的发射任务。

（三）国产替代RD-180发动机的立法问题和研发选择

2014年，美国防部成立专家委员会，研判俄罗斯RD-180发动机对EELV计划可能造成的潜在风险和替代方案。该委员会研究后建议根据现有的许可协议，应加快购买RD-180发动机，直到完成EELV第一阶段的大宗购买。同时，该委员会不建议在美国生产RD-180，而建议花费1.41亿美元开发一款新型液体火箭发动机，并使其在2022年面世。

此外，美国在《2015财年国防授权法案》中允许ULA公司使用在俄罗斯干预乌克兰之前购买的RD-180发动机，在《2016财年国防授权法案》中将RD-180发动机的使用数量增加到9架，在《2017财年国防授权法案》中增加了被授权使用于18枚火箭发动机中的RD-180发动机的数量。此后，美国未修改已获授权使用的RD-180发动机的总数。

（四）美国NSSL计划的最新进展

2014年，美国防部成立专家委员会，研判俄罗斯RD-180发动机对EELV计划可能造成的潜在风险和替代方案。该委员会研究后建议根据现有的许可协议，应加快购买RD-180发动机，直到完成EELV第一阶段的大宗购买。同时，该委员会不建议在美国生产RD-180，而建议花费1.41亿美元开发一款新型液体火箭发动机，并使其在2022年面世。

此外，美国在《2015财年国防授权法案》中允许ULA公司使用在俄罗斯干预乌克兰之前购买的RD-180发动机，在《2016财年国防授权法案》中将RD-180发动机的使用数量增加到9架，在《2017财年国防授权法案》中增加了被授权使用于18枚火箭发动机中的RD-180发动机的数量。此后，美国未修改已获授权使用的RD-180发动机的总数。

四、结论

目前，美国对NSS计划提供了强有力的支持，并一直寻求在竞争的条件下降低成本，并保证发射的可靠性。美空军在2020年采购2个火箭发射公司的服务，这可能会对EELV计划的第二和第三阶段产生影响，对此美国会应考虑以下3个事项：一是要求美空军提供一份关于选择2家以上提供发射服务公司的成本效益分析报告；二是在《2021年国防授权法案》中增加资金，使美空军在第二阶段利用LAS奖金向未被选定为LSP合同的发射公司提供资金支持，使发射服务多样化；三是要求美空军提供一份报告，说明在未来可重复使用和消耗性运载火箭的招标中如何降低成本和规避风险。

此外，美国在火箭发动机从RD-180过渡到国产替代发动机的过程中可能存在2个风险：一是新型国产发动机在技术、计划和进度方面的风险；二是新型国产发动机稳定性方面的风险。截止目前，RD-180发动机已为美国成功执行81次发射任务，而新型国产发动机的性能预计到2030年才能达到该水平。

作者丨张嘉毅

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