新美国安全中心：倚重私营企业和竞争重振美国航天工业

▲“空间发射系统（SLS）猎户座”项目：SLS项目正在建造NASA自身的重型火箭，目标是使人类抵达月球和更远深空

报告指出,在世界舞台上,蓬勃发展的航天工业对于国家竞争力而言必不可少。航天工业必须以经济可承受的方式为国家提供高频率的无人和载人航天发射能力,实现增强军事实力、获取太空资源、促进经济增长、提升国家威望的目标。所有这些目标都需要兴旺发达的美国航天工业,需要能以高效的经济方式将无人和有人载荷部署入轨的可行的航天发射工业。

自21世纪以来,美国政府艰难地创建并维持着可行的航天发射工业。在政府结束“航天飞机”项目的同时,NASA自20世纪80年代中期围绕替代方案开展的许多重复工作均一无所获。此外,20世纪90年代,美国国防部创建“渐进一次性运载火箭”(EELV)项目,以保证自身发射服务。尽管这些服务的采办工作取得成功,但成本非常昂贵,严重限制了军方维持太空进入能力和太空资产的未来选项。

过去十年内,在政府力求解决这些问题的同时,航天发射市场上涌现出一批新创建的私营航天发射公司。这些公司的发展不受国家威望、军事实力等传统国家政治目标的激励,而是被利润、竞争甚至在某些情况下被有远见的公司经营者的创新概念所驱动,这些公司在短时间内以较少资金取得了一些卓越成就。

政府和私营部门的不同发展途径为政策制定者提供了比较和利用双方策略的机会,有助于创建最成功的美国航天事业。成本一直是各国航天事业最重要的一个限制因素。当前,降低成本是许多航天机构和私营公司的第一位考量因素,有利于振兴航天发射工业,使之更具活力。美国政府应利用从私营企业获得的经验教训并作出明智选择,如此方能在本世纪实现对整个太阳系的载人探索,并大幅降低太空探索成本。

该报告聚焦于比较NASA和联邦政府自本世纪10年代中期以来遵循的维持和扩展美国太空进入能力的两种方法。

“空间发射系统(SLS)/猎户座”项目

SLS项目旨在建造NASA自身的重型火箭,目标是使人类抵达月球和更远深空,相关工作主要由总统和国会的政治愿景所驱动。该项目始于小布什政府时期的“星座”项目及其“阿瑞斯-1”、“阿瑞斯-5”火箭和“猎户座”载人飞船。“星座”项目在奥巴马政府时期进行了大幅调整;2010年,奥巴马总统曾试图取消该项目,但在国会干预下,项目得以延续。不过“星座/阿瑞斯”项目被SLS所取代,“猎户座”飞船项目则继续进行。

NASA商业航天项目

相比之下,在NASA商业航天项目中,NASA和广泛的联邦机构(包括国防部)仅作为一个客户,从一系列相互竞争的私营公司,如SpaceX、波音、轨道ATK和联合发射联盟(ULA)购买其建造的火箭和太空舱。对于货运飞船,SpaceX使用“猎鹰-9”火箭发射“龙”飞船,轨道ATK使用自身“安塔瑞斯”火箭或ULA“宇宙神-5”火箭发射“天鹅座”飞船。对于未来国际空间站载人航天任务,SpaceX将提供升级版“龙”飞船,由“猎鹰-9”火箭发射;波音公司将提供新型“星际飞机”载人航天运输飞船,由“宇宙神-5”火箭发射。

这两种方法似乎存在巨大的需求差异。“阿瑞斯-5”和SLS都是重型火箭,旨在运送重量超过70吨的有效载荷;SpaceX、轨道ATK、波音公司火箭旨在将乘员、货物和太空舱送至低地球轨道,运载能力不足20吨,无法像SLS一样将航天器送出地球轨道。

同样,“猎户座”飞船拥有更高规格。根据洛·马公司的运行评估,该飞船能在太空运行至少1000天,至少能往返火星,并具有抵御微陨石和太空辐射的能力。而SpaceX、轨道ATK、波音和内华达山脉公司的货运和载人飞船则不必满足如此严格的要求,仅需抵达低地球轨道,在太空运行数天。

然而,仔细审视这些项目,可发现相互间并没有太大差异,太空舱也非常类似。尽管洛·马公司认为“猎户座”飞船可在火星任务中运行1000天,但为头两次SLS任务建造的太空舱规格参照了NASA早期不太严格的设计要求,与SpaceX载人“龙”飞船及波音公司“星际飞机”的基本要求非常接近。尽管“猎户座”飞船将比“龙”飞船和“星际飞机”具有更高的抗辐射性,但其抗辐射性不足以支持星际飞行。基本上,私人太空舱和“猎户座”飞船主要用于地球轨道载人航天任务,这些太空舱(包括“猎户座”)都不足以支持人类最终飞越地球轨道。对于星际旅行而言,这些太空舱规模都太小,能力也不足。任何星际载人飞行任务都将需要更大太空舱,规模类似于“和平”号空间站或国际空间站。抛开“猎户座”飞船在1000天任务中维持结构和运行完整性的未来建造需求,其在本质上与“龙”飞船、“星际飞机”并无太大区别。因此,有必要评估两种不同载人飞船项目的成本和研发时间。

同样,虽然SLS比私营公司火箭拥有更强性能,但目的都是为NASA提供太空进入能力。NASA在没有充分依据的情况下选择并创建了“阿瑞斯/SLS”大型火箭,但建造重型火箭难度很大,因此SLS项目花费了大量成本并经历了多次延期,在此期间政府没有获得任何太空进入能力。与此同时,私营公司建造的火箭和太空舱反复发射,较低成本可能会限制其初始能力,但大量发射(和失败)经验使这些公司进行创新和改进,最终有望赶超SLS的能力,在此期间也为NASA提供了太空进入能力。因此,比较不同火箭系统可作为探索航天飞行备选方案的过程。尽管两种方法目的都是为美国提供太空进入能力,但它们在技术和成本结构方面采取了迥然不同的策略。

将所有权归还私营企业

现状:SpaceX和轨道ATK公司建造的火箭和太空舱不归NASA所有,也不会只满足NASA需求。相反,这些火箭和太空舱归公司所有,用于为NASA及其他客户提供服务。这反过来需要公司维持低成本,使所有客户都有能力购买其产品。这种所有权还使公司能广泛销售其产品并从中获利,不受NASA是否购买的影响。

相反,尽管洛·马公司名义上拥有“猎户座”飞船,但该公司没有对飞船概念或总体设计的控制权。这种控制权属于NASA,NASA的目标是利用该飞船将人类送至地球轨道以远,抵达月球、小行星甚至火星。实现这些雄心勃勃的目标会导致太空舱成本升高,高昂的价格使公司难以将其出售给其他客户。SLS火箭的所有权情况更是如此,NASA和建造SLS组件的众多公司只有政府这一个客户,唯一的盈利途径是向政府索取更多建造资金。

建议:政府应将产品的设计工作和所有权交给私营部门。私营公司熟知如何以最佳方式建造自身产品,以实现性能最大化,同时降低成本,尤其是这关系到公司的切身利益,不可靠的火箭将无法吸引众多客户。NASA工程师和管理人员可能具有高水平的技术,但其优先事项侧重于监管。NASA或美空军应以客户的身份从私营市场寻求所需服务,这将促进竞争、增强性能并降低成本。

简化设计与建造

现状:由于SpaceX和轨道ATK公司全权负责建造工作,它们能维持简单高效的设计和制造过程。例如,SpaceX公司建造了“默林”火箭发动机,并将其用于“猎鹰”-9和“猎鹰重型”火箭的每个子级,可缩短研发时间、降低研发成本并简化制造过程。此外,SpaceX公司没有为“猎鹰重型”火箭设计全新第一级,而是采用更简单的设计方案,将3个“猎鹰”-9第一级捆绑起来作为“猎鹰重型”第一级,可节省数百万美元。

然而,对于SLS火箭和“猎户座”飞船,国会要求NASA将工作分配给尽可能多的承包商(类似于ESA在“阿里安”-5项目中对阿里安空间公司的要求)。SLS火箭第一级(波音公司建造)与第二级(航空喷气-洛克达因公司建造)使用完全不同的发动机。五花八门的承包商对提高火箭性能毫无贡献,只会增加成本和延长研发时间。

建议:允许NASA和美空军挑选最有能力的公司建造的最有效设计。这意味着许多既有航天公司可能会由于无法建造低成本航天器而失去与政府的业务关系。最终,政府将以更少资金采购更多产品和服务,国家和官员都将受益。竞争不应受到国会授权的阻碍。恢复对航天合同的竞争将促进创新和成本降低,实现性能更好的火箭和航天器,不仅可用于政府,还可用于私营部门的许多业务。

精简注重节省成本的固定价格合同

现状:①NASA商业货运/乘员项目使用固定价格合同(也是NASA在20世纪60年代使用的主要合同),这种合同不仅设定了NASA的成本上限,也激励着私营公司维持低成本和提高工作效率。②NASA和国会进一步强调,希望在初步研发合同中使公司投入一部分自身资金,以此维持低成本。③此外,固定价格合同以增量方式仅在实现特定里程碑后支付SpaceX和轨道ATK公司报酬,促进了工作的快速执行和尽可能遵循进度安排。④同时,使用精简的“空间法协议/联邦采购条例”(SAA/FAR)协议替代复杂的“联邦采购条例”(FAR)合同,降低了NASA和承包商的成本,并加快了建造时间。

相比之下,NASA的SLS和“猎户座”项目使用的成本加利润合同相当于给私人承包商的空头支票。实际上,如果成本上涨、进度延迟或NASA需求改变,承包商就可从中获益。因此,即使经过十年研发和预算大幅上涨后,首次载人发射还需多年才能实现。许多问题显示,项目面临进一步延期。

建议:放弃使用成本加利润合同。这种合同起源于早期航天项目,当时技术存在巨大不确定性,企业需要缓冲机制以防工程需求超出财力。半个多世纪过去后,这种缓冲机制不再必要。即使对于最大胆和最激进的设计,如SpaceX公司可重复使用第一级,政府考虑雇佣的任何美国公司也具有充分资源满足工程需求。

即使使用固定价格合同,政府也不应完全负担新设计的研发,而应使公司投入一部分自身资金。如果私营公司获得产品所有权,将产品出售给政府外部客户来盈利,那么这些公司还应资助产品的研发。此外,更多投资不一定能转化为更大成功。国会、NASA和美空军应严格控制财政权,有效促进私营部门降低成本和提高工作效率。

国会应允许NASA和美空军简化合同规制。“空间法协议”(SAA)可在更短时间内以更低成本创建太空舱和火箭。其成功应用显示,“联邦采购条例”(FAR)合同的复杂监管和额外规制大部分是不必要的,实际上干扰了政府实现其需求的能力。

维持低成本

现状:“商业货运/乘员”项目与“SLS/猎户座”项目之间的成本差异主要取决于NASA对每个项目管理、开支和人工成本的不同预算资金量。在“商业货运/乘员”项目中,NASA将所有权、设计和建造完全交给私营公司,几乎没有为项目投入资源。太空舱和火箭的建造由私营公司完成,使政府成本大幅削减。

然而,对于“SLS/猎户座”项目,NASA为设计和建造投入了大量资源,包括人员和设施。但为了成功建造火箭和太空舱,NASA仍需向私营公司授出大量合同。这导致NASA的管理和运营预算十分庞大,使项目总成本增加了一倍以上。从某种意义上,政府分两次给“猎户座/SLS”项目投资,一次是在NASA员工设计和监管项目的建造时,另一次是在NASA雇佣私营公司完成工作时。

“龙/猎鹰-9”和“天鹅座/安塔瑞斯”项目显示,无需额外的NASA设计、监管和人工成本。私营部门已证明,将以合理价格快速应对公共和私营部门需求。

建议:国会需利用监管权力,来指导NASA和美空军消除或大幅削减开支和人工成本,尤其是在载人航天领域。如果大部分工作由私营公司完成,就无需将税收用于仅执行管理工作的庞大政府工作人员队伍。在许多情况下,这种建议会导致大量NASA中心和设施的裁撤。

尽管许多NASA项目(如行星和天文项目)非常必要并取得了出色成就,但该报告概述的历史评审显示,大部分载人航天项目和发射工业如果完全由竞争性的私营部门处理,将得到更好的服务。国会应考虑大力削减NASA在这些领域的参与,即使NASA可为新的载人和科学探索项目提供充足资金。这种政策变化不仅能使政府在载人探索项目中以更低成本执行更多任务,节省的大部分开支随后可有效用于NASA行星、天文和地球资源项目,使这些项目执行更多任务。

加强竞争

现状:SpaceX公司的创新和降低成本工作激发了私营发射市场的激烈竞争,为私营部门和政府提供了振兴航天工业的途径。SpaceX公司在航天市场上的首要目标是降低成本以占领更多市场份额。在其影响下,既有的传统公司也将更具竞争力,最终振兴航天发射工业。其第三个效应是创建更多新型发射公司,获得投资并进入市场,完成经济周期、增强竞争并进一步降低成本。

NASA第二轮商业货运合同促进该过程,该合同已被授予SpaceX、轨道ATK和内华达山脉三家公司,并由NASA自由决定从每家公司购买多少次货运发射服务。如果某家公司出现问题或延期,NASA仅需将其业务交给另外两家公司,最终提高竞争意识、加快进度并降低成本。

建议:加强竞争。政府如果接受以上建议,就应把合同授予多家公司,以加强竞争并为政府提供冗余度。货运合同的历史评审显示,只要采用简化的固定价格合同,并把设计交给私营公司,那么向多家公司授出服务合同就可减少政府开支。