美國國會研究部發布《國家安全航天發射》報告，全面分析了美國航天在成本、技術等多方面面臨的風險，并就未來風險進行預判評估。
2020年2月3日，美國會研究服務部在《國家安全航天發射》報告中指出，美國為確保國家安全任務順利進入太空，航天發射策略逐步從“改進型一次性運載火箭”（EELV）過渡到“國家安全航天發射任務”（NSSL）。報告對EELV計劃演變進程進行回顧認為，美國航天發射面臨著成本、競爭、技術、國產替代、法律等方面的風險，并分析了風險產生的原因及美國未來航天發射可能面臨的新風險點。
一、NSSL計劃推出背景
1995年，美空軍開展EELV計劃，通過企業競爭的方式競標“國家安全太空”（NSS）發射任務，以研制經濟、高效、可靠的運載火箭系統。在該計劃的支持下，波音和洛馬公司研制出“德爾塔-4”和“宇宙神-5”兩型發射系統，提升了美國關鍵航天運載能力，為美國防部和情報部門的衛星發射提供重要保障。同時，美空軍不斷根據需求變化，對EELV計劃進行調整。2011年，美空軍批準了EELV計劃的采購策略，并于2013年對采購策略進行修訂，以實現4項目標：一是保障兩套獨立的運載火箭系統，以確保美國進入太空能力的可靠性；二是允許使用俄羅斯制造的RD-180重型火箭發動機，該發動機是“宇宙神-5”火箭發動機的重要組成部分；三是承諾批量購買未來十年內的發射服務，以降低發射成本；四是增加競爭以降低整體發射成本。對此，美國會認為，EELV計劃的成本依舊太高，競爭力不如預期。另一方面，2014年，美俄因烏克蘭問題交惡，雙方在太空領域合作受到一定影響。美國認為，其長期依賴俄羅斯生產的RD-180發動機，這將對美國航天運載能力的可靠性帶來風險。此外，美空軍也意識到，EELV計劃整體成本逐漸增加，其與私營太空發射公司的交易在法律方面也面臨挑戰。因此，美國會在2019年《國防授權法案》中，將EELV計劃更名為NSSL,將可重復使用火箭和消耗性火箭共同納入備選范圍。
NSSL計劃由洛杉磯空軍基地的太空與導彈系統中心的企業發射系統局管理。NSSL計劃將4種運載系統納入備選，包括“德爾塔-4”重型運載火箭、“宇宙神-5”運載火箭、“獵鷹-9”可重復使用運載火箭以及“重型獵鷹”可重復使用運載火箭。其中，“德爾塔-4”重型運載火箭和“宇宙神-5”運載火箭由波音和洛馬公司合資成立的聯合發射聯盟公司（ULA）生產，為美空軍、美海軍及國家偵察局提供衛星發射服務。目前，ULA公司擁有5個太空發射場，其中2個位于卡納維拉爾角空軍基地，3個位于范登堡空軍基地。“獵鷹-9”可重復使用運載火箭以及“重型獵鷹”可重復使用運載火箭由SpaceX公司生產，并已獲得美空軍的認證。該公司擁有3個發射場，分別位于卡納維拉爾角空軍基地、肯尼迪航天中心以及范登堡空軍基地。
2018年10月，美空軍向提供發射服務的火箭公司授予3項發射服務協議（LSA），將選擇2家商業火箭公司負責美國2027年前的國家安全衛星發射任務。
二、EELV計劃的演變進程
（一）1990-2011年期間
20世紀90年代，美國航天工業擁有多款運載火箭和配套的航天基礎設施，但在發射成本控制和發射服務運營、采購方面存在缺陷。因此，美國會在《1994財年國防授權法案》中指示美國防部制定“太空發射現代化計劃”（SLMP），以為美國太空發射能力的現代化建設明確發展方向和目標。SLMP計劃建議美國防部將EELV計劃作為首選方案，以將發射成本降低25%，并將運載火箭的設計可靠性提升至98%。對此，美國會指示美國防部制定一項綜合的航天運載火箭戰略，以取代中型和重型系列運載火箭，并制定一項計劃，研發新型火箭或對消耗性火箭進行升級。EELV計劃要求對單個發射任務開展競標，以降低發射價格。1995年，美空軍經過競標后選擇了洛馬公司和麥克唐納·道格拉斯公司為其提供發射服務。1997年，波音公司收購了麥克唐納·道格拉斯公司，并開始承擔EELV的開發任務。此后不久，美空軍修改了EELV的采購政策，認為當前的發射市場可以滿足2家公司的發射需求。同時，美空軍認為2家公司能夠在提供發射服務時開展競爭，以降低發射成本，并可使美國防部擁有穩定的進入太空的能力。但事實上，美國防部的發射總成本依然不斷上升。同時，在20世紀90年代末期，美國在不到1年的時間內連續遭遇6次航天發射失敗，不僅損失慘重，而且嚴重影響航天任務進度。最終，美國政府對此開展審查，認為其不應再僅依靠商業發射公司保障EELV計劃的可靠性，而應開展獨立審核，加強對承包商和政府的監督。這些監督活動雖然增加了EELV的成本，但能夠顯著提升發射成功率。
20世紀初，隨著美國太空發射工業的萎縮、發射成本的增加以及對進入太空能力可靠性要求的提升，美空軍與商業發射公司合作接近破裂。對此，美國政府開始承擔EELV計劃大部分的固定費用，以保障太空發射能力。2004年，美國政府推出“國家安全政策指令-40”，明確“確保進入太空能力”的要求，要求美國防部為洛馬和波音公司提供發射費用支持。2006年，洛馬和波音公司宣布成立ULA公司，合并雙方的發射業務，以整合發射資源、基礎框架、專業知識和能力，確保降低發射成本。美國防部認為，ULA公司可為其提供低成本的發射服務。2006年10月，美國聯邦貿易委員會批準了該公司的反壟斷許可。
（二）2011年至今
2006年后，美空軍持續從ULA公司采購運載火箭。但美國政府問責局于2010年發布報告稱，EELV計劃將以不可預測的速度增長，且單次購買運載火箭的效率低下。美國防部意識到，應重新制定發射服務采購方式，采用新的EELV采購策略。新的采購策略將通過批量采購降低運載火箭發射成本，使火箭生產企業保持穩定生產能力，并重新開啟發射服務競爭。除修訂采購策略外，美國防部還開展調研工作，以深入了解ULA公司的發射計劃成本。2012年3月，美國防部向ULA公司發出了批量購買的獨家招攬書。2012年4月，EELV計劃發生了嚴重的Nunn-McCurdy成本違規行為。
2013年12月，美國防部執行新的EELV戰略，與ULA公司簽訂一份合同修改協議，承諾政府在5年內購買35個運載火箭助推器核。美國防部將此修改協議視為一項重要工作，通過提高對ULA公司發射成本的了解，以獲取性價比更高的發射價格。但美國會中部分人員和政府分析師對成本節省的預算表示強烈質疑。2014年，美國防部宣布將增加14個新的NSSL計劃，以擴大競爭范圍。但2015財年預算顯示，美空軍要求到2017財年將競爭開放的EELV發射數量從14個減少到7個。部分國會議員和SpaceX官員對此提出了疑問。因此，美空軍將EELV收購策略分為3個階段：第1階段（2013-2019財年）將包括授予ULA公司的獨家采購權，購買36個核心部件，并提供7年的NSS啟動基礎設施功能。第1A階段（2015-2017財年）是對第1階段的修改，其中包括向新的太空發射參與者（例如SpaceX）開放NSS發射的競爭。第2階段（2018財年至2022財年）擬使發射服務公司間開展全面競爭。第3階段（2023財年至2030財年）計劃進行全面競爭，將任何或所有必需的發射服務授予任何完成認證的發射服務公司。
目前為止，NSSL計劃已成功為美空軍、美海軍及國家偵察局執行70余次NSS發射任務。
三、導致EELV計劃采購策略變化的原因
（一）EELV計劃成本的增長
2012年3月，EELV計劃報告了2次嚴重的Nunn-McCurdy單位成本違規事件，導致美國會對該計劃進行了重新評估。2013年3月，美國政府問責局預估，新重組計劃的成本為696億美元，比2012年同期增加346億美元。美國政府問責局認為成本增加的原因包括：一是該計劃的周期從2020年延長到2030年；二是計劃采購的運載火箭計劃數量從91架增加到150架，破壞了發射服務需求的穩定性。這導致對發射方案的預估更加困難。
此外，SpaceX和其他公司稱，ULA公司收取的發射費用遠高于美空軍向SpaceX提供的費用。但由于每個公司的發射成本數據結構不同，無法進行橫向比較。此外，SpaceX參與的NSS發射任務有限，無法預測長期的實際成本。因此，如何對比公司間的發射成本成為美國會人員面臨的難題。
（二）對俄羅斯RD-180發動機的長期依賴
1991年蘇聯解體，美國中央情報局和其他機構擔心俄羅斯科學和導彈專業知識可能流入敵對國，因此與俄羅斯建立伙伴關系，以獲取部分重型火箭發動機能力。最初，美俄在Energomash NPO與RD Amross間的許可協議下共同生產RD-180發動機，并將其作為EELV采購策略的一部分。最終，美國將購買RD-180發動機的現有許可協議有效期延長至2022年。在隨后的幾年中，美國會議員和政策專家對采購RD-180發動機作為“宇宙神”火箭發動機的重要部分表示關注。但并未引起美空軍的重視。
2014年，俄羅斯因入侵烏克蘭遭美國制裁。2014年3月，美國對俄羅斯各種實體和個人實施制裁，其中包括俄副總理迪米特里·羅戈津，后者是負責監督RD-180火箭發動機出口許可的官員。作為報復，羅戈津宣布：“除非獲得保證我們的發動機僅用于發射民用有效載荷的保證，否則我們將無法再將這些發動機交付給美國。”對此，美國專家開始擔心，俄羅斯可能突然禁止向美國出口所有發動機，或者禁止向美國出口用于軍事用途的發動機。這將對EELV計劃的穩定性造成嚴重挑戰，因此美國開始會采取措施，計劃開發替代產品，以擺脫對俄羅斯RD-180發動機的依賴。在此過程中美空軍將面臨2個挑戰：一是“德爾塔-4”中型運載火箭于2019年8月退役，而SpaceX是目前唯一能夠執行NSS發射任務的公司。二是發動機國產替代期間對RD-180發動機的采購限制，將影響“宇宙神-5”運載火箭的發射任務。
（三）國產替代RD-180發動機的立法問題和研發選擇
2014年，美國防部成立專家委員會，研判俄羅斯RD-180發動機對EELV計劃可能造成的潛在風險和替代方案。該委員會研究后建議根據現有的許可協議，應加快購買RD-180發動機，直到完成EELV第一階段的大宗購買。同時，該委員會不建議在美國生產RD-180，而建議花費1.41億美元開發一款新型液體火箭發動機，并使其在2022年面世。
此外，美國在《2015財年國防授權法案》中允許ULA公司使用在俄羅斯干預烏克蘭之前購買的RD-180發動機，在《2016財年國防授權法案》中將RD-180發動機的使用數量增加到9架，在《2017財年國防授權法案》中增加了被授權使用于18枚火箭發動機中的RD-180發動機的數量。此后，美國未修改已獲授權使用的RD-180發動機的總數。
（四）美國NSSL計劃的最新進展
2014年，美國防部成立專家委員會，研判俄羅斯RD-180發動機對EELV計劃可能造成的潛在風險和替代方案。該委員會研究后建議根據現有的許可協議，應加快購買RD-180發動機，直到完成EELV第一階段的大宗購買。同時，該委員會不建議在美國生產RD-180，而建議花費1.41億美元開發一款新型液體火箭發動機，并使其在2022年面世。
此外，美國在《2015財年國防授權法案》中允許ULA公司使用在俄羅斯干預烏克蘭之前購買的RD-180發動機，在《2016財年國防授權法案》中將RD-180發動機的使用數量增加到9架，在《2017財年國防授權法案》中增加了被授權使用于18枚火箭發動機中的RD-180發動機的數量。此后，美國未修改已獲授權使用的RD-180發動機的總數。
四、結論
目前，美國對NSS計劃提供了強有力的支持，并一直尋求在競爭的條件下降低成本，并保證發射的可靠性。美空軍在2020年采購2個火箭發射公司的服務，這可能會對EELV計劃的第二和第三階段產生影響，對此美國會應考慮以下3個事項：一是要求美空軍提供一份關于選擇2家以上提供發射服務公司的成本效益分析報告；二是在《2021年國防授權法案》中增加資金，使美空軍在第二階段利用LAS獎金向未被選定為LSP合同的發射公司提供資金支持，使發射服務多樣化；三是要求美空軍提供一份報告，說明在未來可重復使用和消耗性運載火箭的招標中如何降低成本和規避風險。
此外，美國在火箭發動機從RD-180過渡到國產替代發動機的過程中可能存在2個風險：一是新型國產發動機在技術、計劃和進度方面的風險；二是新型國產發動機穩定性方面的風險。截止目前，RD-180發動機已為美國成功執行81次發射任務，而新型國產發動機的性能預計到2030年才能達到該水平。
作者丨張嘉毅
