【高见】阿尔忒弥斯（上）：沉重的遗产

2024年4月11日星期四，欢迎收看第348期高见。

一、 阿尔忒弥斯计划的现状与困境

北京时间4月11日上午，执行绕月飞行任务的猎户座飞船成功在太平洋圣迭戈海岸线溅落。这次阿尔忒弥斯1号任务刷新了人类距离地球最远的飞行纪录。但与此同时，发射日期反复拖延，任务期间先后出现了一系列问题，包括上面级出现氦气管线阻塞、逃逸塔电池温度传感器异常、地面测控系统与火箭飞行中止系统的通信链路故障、飞船厕所尿液抽吸系统控制器故障、通信中继链路故障。

除了这些临时故障，猎户座飞船还有几处长期隐患，包括热防护层脱落、分离螺栓熔蚀以及配电电路异常。这些隐患到现在也没有彻底解决。接下来阿尔忒弥斯2号、3号与4号任务的问题更大。从特朗普宣布重返月球到现在已经快九年了，SLS与猎户座也完成了两次组合发射，但直到现在，负责把人送到月面的登月舱都还没有交付。

二、 组织定义目标的恶果

不论是SpaceX的HLS还是蓝色起源的蓝月亮，都远没有跑通任务链条。目前SpaceX的HLS进度相对较快，但HLS是基于星舰飞船开发的，想要执行深空任务，还要进行十几次在轨加注。在正式登月之前，HLS要先通过在轨加注、对接、生命保障、通信、推进系统的可靠性验证，还要完成无人落月、月面起飞、月球轨道对接这一系列演示。

哪怕今年星舰与HLS的开发一帆风顺，想要在明年开展阿尔忒弥斯3号任务，也只能是在近地轨道做一次状态不完整的对接和练。想要在后年开展阿尔忒弥斯4号登月任务，从工程进度上看是不现实的。继续放鸽子是大概率事件。阿尔忒弥斯计划暴露处这么多问题，不是单一环节失灵，而是美国政府在航天战略框架、预算编制、方案组合、项目管理、技术研发之间，已经失去了持续统筹收敛的能力。

目前互联网上对阿尔忒弥斯计划的讨论，普遍是从局部视角切入，得出片面的归因。比如从技术细节切入，会发现关键节点长期拖延，承包商效率低下；从项目管理切入，会发现NASA一直没法对整个登月项目进行总控；从登月方案切入，会发现任务耦合过于复杂，链条过长，架构设计不合理；从国会预算角度切入，会发现授权与拨款存在脱节，老承包商通过游说公关长期挤占经费；从白宫战略框架切入，会发现历届政府在总体战略目标上左右摇摆，缺乏政策连续性。如果这些问题单独出现，那确实可以总结出一条单一因果链。但现在这些问题同时出现，就不能说是个别部件、承包商或者是某一届政府的问题，而是系统性失控在不同层面的表现。因此，分析阿尔忒弥斯计划今天的困局，必须回到历史视角，对美国航天发展路线做全局复盘。

三、 广告插播

越是精密的东西越需要保养，我们身体里有个部件，又累又精密，每天要跳10万次，一刻不能停，这就是我们的心脏。它要是出点岔子，其他系统都得停摆。前两个月我加班写稿，心脏突然咚咚一阵狂跳，想要蹦出来一样，吓得我赶紧去问了当主任的朋友，他说我这种情况，很有可能是心脏能量跟不上，可以试试辅酶Q10。我研究了一圈，最后选择了海力生这款。辅酶Q10可能不少人都听过，它最核心的作用是给细胞供能，特别像心脏、肝脏、肾脏这些高能耗的器官，对辅酶Q10的需求格外大。但问题是，人体对辅酶Q10的合成能力在20岁以后会一路下跌，再加上长期熬夜、压力透支，这缺口就更大了。所以很需要额外补充辅酶Q10。海力生的辅酶Q10我吃了一个多月，心脏狂跳的频率明显低了，精力也上来了，下午不容易犯迷糊，写稿思路也很清晰。尤其写完稿以后，第二天感觉精力还行，不像以前高低得缓两天。可能有人会说，以前也没听说过要吃辅酶Q10啊，是不是智商税呢？还真不是。营养学会就明确建议补充辅酶Q10，尤其是过了25岁以后。像经常熬夜、高强度用脑、总感觉精力体力变差的朋友，尤其要注意补充辅酶，保护心脏。那我为什么要买海力生的辅酶Q10呢？首先是含量科学，它一粒就有42.8毫克的辅酶Q10，符合国标要求。要知道一斤牛肉的辅酶Q10也才15毫克，吃着一粒相当于一口气干了三斤牛肉。有检测报告为证，白纸黑字做不了假。其次是海力生实力靠谱，他家是72年历史的老牌药企，药用的辅酶Q10也在生产，还建了院士工作站、博士后研究点，的确是踏实搞研发做产品的。评论区还有优惠券，上新期间一粒不到两块钱，就能把心脏保养好，把精力拉起来，我觉得挺值。

四、 尼克松时代的战略转折

1964年8月，东京湾事件爆发，越南战争全面升级。1965年4月12日，我国下达关于加强备战工作的指示。随后，我国响应北越政府要求，向越南派出增援部队。作为应对，美军也在加强部署。1965年底，美军驻越部队规模18.4万，到1968年达到53.6万。1969年尼克松上台时，美国国内反战情绪高涨，经济持续恶化。尼克松上台第一年，美国在越南战场上的新增耗费就高达250亿美元，相当于整个阿波罗计划的开支。

越战高昂的军费开支，叠加美国国内同一时期的“大社会”开支，导致了美元大通胀与信用透支，压垮了布雷顿森林体系。联邦财政在1969年还有32亿美元盈余，到1971年已经出现了230亿美元赤字。阿波罗计划背后不计代价推进超级工程的财政窗口，到这时已经彻底关闭了。

尼克松本人对航天兴趣有限，政治功利心重，而且他在上任后半年，也就是1969年7月，就迎来了阿波罗首次载人登月。尼克松在任期内很难再有更进一步的航天胜利，所以他开始着手砍NASA后续的项目。1969年9月，白宫太空任务组提交了报告，对后阿波罗时代的航天战略提出了高中低三种规划。最激进的计划是到80年代中期载人登火，同时建设50人规模的超级空间站，建设月球轨道站与月面基地，开发航天飞机与轨道拖船，对应的NASA年度预算要上浮到近100亿。中等规划是到80年代中期载人登火，开发空间站与航天飞机，年度预算峰值近80亿。保守规划是无限期推迟火星计划，只保留空间站与航天飞机，年度预算峰值57亿。尼克松觉得都太贵，一个方案也没有选。

五、 航天飞机的政治与工程博弈

1970年3月，尼克松发表太空政策声明，说太空支出必须在国家优先事项体系中处于恰当位置。换言之，就是把NASA从高优先级部门降格成了普通部门。NASA一看要糟，赶紧找盟友。当时NASA手头最能打动空军与国会的项目，就是航天飞机。对于空军来说，航天飞机能做横向机动，能向轨道部署大型卫星，还能在轨进行卫星维护，军事想象空间大。对于国会来说，航天飞机项目一方面号称能够高频廉价复用发射，比深空探测项目更省钱；另一方面，航天飞机项目又足够大，大到能够提振航天就业。

为进一步加强说服力，NASA又把其他任务进一步向航天飞机收拢，把航天飞机描绘成了下一阶段美国航天通用任务平台。最终，尼克松在一系列航天战略中只批准了航天飞机项目。进一步看，尼克松批准航天飞机也是出于功利目的。从1966年到1972年，NASA预算从51.75亿下跌到33.1亿，叠加通胀因素，实际购买力下降更为惨烈。预算跳水带来的是供应链坍塌，NASA供应商雇员从39.4万人下跌到14.4万。肯尼迪航天中心所在的佛罗里达布里瓦德县人口23万，其中2万多人因此失业。亨茨维尔与休斯顿同样遭受重创。1971年，尼克松民调落后于民主党参议员马斯基，而航天产业正好集中在加州、德州、佛州这几个摇摆州。所以尼克松才在1972年1月专门到加州圣克拉门托宣布批准航天飞机项目。

六、 航天飞机的技术妥协与遗产

NASA通过包装航天飞机项目达成了脆弱的政治联盟，而这在工程上付出的代价极为高昂。从工程理性角度看，这时美国航天计划最适合的方案是继续发展飞船，或者开发一款小型的航天飞机，同时根据不同任务开发几款主力火箭，用模块化的方式搭建空间站，用空间拖船完成特殊的轨道任务。针对大型深空计划，继续在土星5号基础上开发后续的超重型火箭。这样既能灵活运行，也能避免把鸡蛋放在一个篮子里。

但政治和预算不允许NASA搞灵活多样化的方案。由于白宫与国会的预算收口，NASA搞分散方案就会被分散砍掉，最后只能将各种发展战略高度收缩到航天飞机上，把航天飞机包装成能够同时载人送货的战略级通用运载器。同时，空军又要求航天飞机货舱适配锁眼系列的六边形与水晶巨型间谍卫星，导致航天飞机货舱进一步扩大。而这些间谍卫星是极轨道卫星，这意味着航天飞机从范登堡空军基地发射90分钟后返场时，范登堡空军基地已经在地球自转下向东移动了1100海里。在此基础上，空军要求航天飞机横向机动能力要满足范登堡基地返场，直接导致航天飞机从直翼设计变成了大型三角翼，增加了几千块隔热瓦，直接增加了运维成本，拖慢了周转节拍。讽刺的是，后续这些间谍卫星全都没有用航天飞机发射。

七、 哥伦比亚号事故与星座计划的诞生

2003年2月1日，哥伦比亚号航天飞机在返航阶段解体，七名宇航员全部遇难。表面上看，这是一次隔热层泡沫脱落击穿机翼前缘的偶发技术事故，但哥伦比亚号事故调查委员会在后续报告中直接在政治上给航天飞机体系判了死刑。报告认为，事故根源不在于某个零部件的安全隐患，而是航天飞机项目一整套长期形成的管理逻辑导致的。航天飞机先天就是一套为了获批而妥协出来的高风险系统，后来NASA又无法获得足够的资源与政治背书，按照高风险系统来进行养护，而是强行把航天飞机当做技术成熟的交通工具。久而久之，整个管理运维体系就把异常当做正常，把侥幸当成可靠，把已知风险当做可接受风险。

这份调查是在2003年8月发布的，调查结论把皮球踢回了白宫。这时小布什政府必须回答一个问题：既然航天飞机已经被证明不能再长期担任美国航天主力运载器，那美国接下来的航天该怎么办？2004年1月，小布什推出了太空探索愿景，准备退役航天飞机，完成国际空间站，发展新一代超重型火箭与载人飞船，重返月球并将登火作为远期目标。2005年11月，NASA把这套战略翻译成了工程方案，也就是星座计划。

八、 星座计划的失败与系统性失控

星座计划基本架构是用战神1号火箭送人，用战神5号火箭送货，用猎户座飞船载人，用牵牛星登月舱登月。看上去星座计划提出了一套现代版的阿波罗架构，但整套方案都是根植于航天飞机时代技术基础的。这是因为航天飞机一时半会还退不下去，要持续挤占有限的航天经费，所以NASA只能在既有技术上拼凑一个新框架。

战神1号一级是直接将航天飞机四段式固推加长到五段式。战神5号核心思路是利用米肖德制造体系与地面设施，将航天飞机外挂燃料箱继续放大。两款火箭的上面级以及战神5号的核心级最初都准备使用航天飞机发动机。但航天飞机发动机是海平面发动机，想要改成真空发动机不是简单换个点火程序就行。从启动序列、热交换器、氮气吹扫到自检流程都要重做。而且航天飞机发动机非常贵，当成一次性消耗品代价太大。

2006年，两款火箭上面级发动机换成了J-2X。这套方案乍一看似乎非常合理，都大量利用了现成技术，可以低成本启动，而且两款火箭上面级还可以用同款发动机。而这恰恰是整套计划最危险的地方。火箭不是乐高积木，不是把旧模块拆下来换一个排列组合就是新火箭。所有旧模块都是围绕当初的任务剖面、载荷环境、分离时序、振动特性以及地面保障流程做过整体适配的。把旧模块直接移植到新系统里，相当于把封装的复杂性重新打开，必然在系统耦合过程中出现高级问题。

九、 结语：沉重的遗产

以战神1号火箭一级为例，当航天飞机固推从四段加长到五段后，燃烧室纵向声学模态发生了变化。火箭点火后，燃烧室会与箭体耦合共振，振动不仅有可能超出战神1号的设计限额，还可能导致猎户座飞船发生过度振动。为了解决这一问题，NASA不得不添加阻尼器、振动模块来补救，而这些附加结构又进一步吃掉了本就紧张的运力余量。

星座计划下马前已经花了90亿，为了终止星座计划又花了25亿，加起来115亿，收获的是一地鸡毛。战神1号项目最初预估成本280亿，后来与猎户座飞船加在一起，预估成本一路飙升到490亿，而且这个数还不保准。等到奥巴马上台后，奥古斯丁委员会的评估结果是整个星座计划完全不具备可持续性。星座计划看上去是纠正美国航天的错误路线，但实际上是在错误路线上继续加码。星座计划推翻了航天飞机，却在航天飞机遗产上整合出了更复杂的屎山代码。

本期内容已经很多了，从后阿波罗时代到今天，美国航天出现的系统性问题，想要掰开揉碎了细说能开个系列节目。下一期我们从奥巴马时代开始，继续复盘最近十几年美国政府整合航天飞机遗产的再次失败。欢迎大家继续保持关注，我们下期再见。