文/錢衛(wèi)

美國(guó)宇航局類似SLS火箭這種“燒錢工程”絕非個(gè)案，審計(jì)機(jī)關(guān)也已經(jīng)習(xí)以為常。航天飛機(jī)、詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡等都是如此。在航天飛機(jī)計(jì)劃發(fā)起之前，美國(guó)宇航局曾經(jīng)表示，這種重復(fù)使用的天地往返飛行器可以使用100次，能有效降低衛(wèi)星發(fā)射的成本。然而實(shí)際情況遠(yuǎn)非如此。詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡就更加經(jīng)典，因?yàn)槎啻瓮七t、超支，被人們戲稱為“鴿王”，意思是放鴿子的次數(shù)太多了。與SLS火箭搭檔的獵戶座飛船本身，也有著顯著的超支。

“鴿王”韋布

當(dāng)攜帶詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的火箭最終升空時(shí)，很多參與項(xiàng)目的科學(xué)家和工程師激動(dòng)萬(wàn)分。在數(shù)十年的工作中，他們經(jīng)常會(huì)擔(dān)心，這臺(tái)有史以來(lái)最強(qiáng)大的空間望遠(yuǎn)鏡可能永遠(yuǎn)不會(huì)離開(kāi)地面。

韋布望遠(yuǎn)鏡的計(jì)劃始于30多年前，在1990年哈勃空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射之前，就有人在動(dòng)腦筋了。當(dāng)時(shí)擔(dān)任巴爾的摩空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所副所長(zhǎng)的加思·伊林沃思回憶說(shuō)，所長(zhǎng)里卡多·賈科尼過(guò)來(lái)告訴他，應(yīng)該考慮“哈勃”的繼任者了。伊林沃思大吃一驚，當(dāng)時(shí)整個(gè)研究所的主要精力都放在“哈勃”身上還不夠用，哪有心思考慮下一代望遠(yuǎn)鏡？不過(guò)賈科尼的想法是對(duì)的，研究所立刻組織了一個(gè)小組來(lái)討論后續(xù)型號(hào)。

▲ 2021年10月18日，詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡運(yùn)抵圭亞那發(fā)射場(chǎng)

概念研究工作從1989年一直延續(xù)到21世紀(jì)。到2002年，人們決定把這臺(tái)新望遠(yuǎn)鏡稱作“韋布”。2004年，部分關(guān)鍵部件的制造啟動(dòng)。它的主承包商正是SLS火箭助推器的制造商，深空運(yùn)輸責(zé)任有限公司兩大股東之一的諾斯羅普·格魯曼。

當(dāng)時(shí)，美國(guó)宇航局估計(jì)韋布望遠(yuǎn)鏡的成本是10億至35億美元，預(yù)計(jì)發(fā)射日期為2007年至2011年。伊林沃思說(shuō)，因?yàn)椴淮_定因素太多、技術(shù)難度大，他們當(dāng)時(shí)就認(rèn)識(shí)到，這個(gè)預(yù)算和進(jìn)度表并不現(xiàn)實(shí)。但是，如果一開(kāi)始就申請(qǐng)?zhí)嘟?jīng)費(fèi)，可能無(wú)法得到批準(zhǔn)。

到2011年，也就是韋布望遠(yuǎn)鏡原定發(fā)射日期，美國(guó)眾議院投票決定，是不是還要繼續(xù)向這個(gè)無(wú)底洞里投錢。美國(guó)國(guó)會(huì)下馬大科學(xué)裝置的歷史，讓科學(xué)家們膽戰(zhàn)心驚。1993年，耗資10億美元的超導(dǎo)超級(jí)對(duì)撞機(jī)項(xiàng)目都能被取消，那么國(guó)會(huì)干掉“韋布”也不是不可能的。為了挽救“韋布”，科學(xué)家們組織起來(lái)給國(guó)會(huì)寫信，解釋哈勃空間望遠(yuǎn)鏡所帶來(lái)的巨大科學(xué)收獲，以及研制后續(xù)型號(hào)的必要性。在航天擁躉者、前參議員芭芭拉·米庫(kù)爾斯基的幫助下，國(guó)會(huì)開(kāi)恩，允許“韋布”發(fā)射推遲到2018年，成本不得超過(guò)80億美元。

不過(guò)到了2018 年，推遲和超支的一幕再次上演。諾斯羅普·格魯曼公司老板在國(guó)會(huì)面前承認(rèn)，自己不可能保證2018年的發(fā)射進(jìn)度了。但是他拒絕了國(guó)會(huì)的要求，那就是讓諾斯羅普·格魯曼公司承擔(dān)推遲發(fā)射的成本超支。

當(dāng)時(shí)擔(dān)任美國(guó)宇航局局長(zhǎng)的是吉姆·布里登斯廷。他公開(kāi)指責(zé)了這個(gè)項(xiàng)目的管理水平。獨(dú)立審查委員會(huì)還發(fā)現(xiàn)，諾斯羅普·格魯曼公司的說(shuō)法不完全對(duì)。在組裝過(guò)程中，出現(xiàn)了不少可以避免的人為錯(cuò)誤，還有些問(wèn)題是零件制造和安裝后才發(fā)現(xiàn)的，比如工人使用錯(cuò)誤的溶劑來(lái)清潔望遠(yuǎn)鏡推進(jìn)系統(tǒng)的閥門，導(dǎo)致望遠(yuǎn)鏡遮陽(yáng)罩固定部分的硬件和緊固件損壞，在測(cè)試過(guò)程中發(fā)生了松動(dòng)。

▲ 韋布望遠(yuǎn)鏡的第一片主鏡片

▲ 2013年，韋布望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)與韋布望遠(yuǎn)鏡全尺寸模型合影

▲ 韋布望遠(yuǎn)鏡研制中，類似的實(shí)驗(yàn)做了無(wú)數(shù)次

當(dāng)時(shí)，有個(gè)叫拉馬爾·史密斯的議員表示，超支的錢應(yīng)該由諾斯羅普·格魯曼公司自己承擔(dān)。他說(shuō)：“我認(rèn)為，鑒于糟糕的記錄和管理不善，讓諾斯羅普·格魯曼出錢是有道理的。我只希望諾斯羅普·格魯曼公司愿意承擔(dān)責(zé)任，并表現(xiàn)出更多的誠(chéng)意，無(wú)論是對(duì)納稅人還是對(duì)成本超支。”

韋斯利·布什大為不滿，他說(shuō)：“這將嚴(yán)重阻礙和損害美國(guó)宇航局和諾斯羅普·格魯曼公司之間的關(guān)系，這是錯(cuò)誤的方法?！?/p>

但無(wú)論是美國(guó)宇航局還是國(guó)會(huì)都很清楚，自己已經(jīng)騎虎難下，只能繼續(xù)投入資金，讓諾斯羅普·格魯曼公司把型號(hào)造完。于是，美國(guó)宇航局請(qǐng)求把發(fā)射再次推遲到 2021年，總預(yù)算上漲到97億美元。國(guó)會(huì)只能同意了。

到2021年發(fā)射時(shí)，韋布空間望遠(yuǎn)鏡總共花掉了88億美元，發(fā)射后，每年還需要運(yùn)營(yíng)地面系統(tǒng)來(lái)支持“韋布”的工作。目前的運(yùn)營(yíng)費(fèi)預(yù)算編列到2026年，共計(jì)8.61億美元。也就是說(shuō)，“韋布”在整個(gè)生命周期內(nèi)將花掉美國(guó)人108億美元。這只是美國(guó)投入的部分。歐洲為它提供了火箭發(fā)射服務(wù)和4臺(tái)儀器，價(jià)值7億歐元。加拿大航天局也提供了部分儀器，價(jià)值2億加元。

▲ 折疊狀態(tài)的韋布望遠(yuǎn)鏡

正因?yàn)槿绱?，雖然“韋布”是個(gè)天文學(xué)儀器，但天文學(xué)界并不是都支持它。美國(guó)能拿出來(lái)用在天文上的預(yù)算是有限的，“韋布”用掉了太多，其他項(xiàng)目就申請(qǐng)不到經(jīng)費(fèi)了。這讓很多人感到惱火?！蹲匀弧冯s志將“韋布”稱為“吃掉天文學(xué)的望遠(yuǎn)鏡”。2010年，《科學(xué)》雜志指出，“一個(gè)旨在徹底改變天文學(xué)的項(xiàng)目，現(xiàn)在有可能破壞美國(guó)宇航局的整個(gè)空間科學(xué)計(jì)劃?！?/p>

▲ 韋布望遠(yuǎn)鏡主鏡安裝過(guò)程極其緩慢

▲ 獵戶座飛船

但大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，這項(xiàng)投資是值得的。相比之下，哈勃空間望遠(yuǎn)鏡也經(jīng)歷了多年的延誤和成本超支，但它可以說(shuō)是有史以來(lái)最成功的太空科學(xué)項(xiàng)目。截至2021年，該計(jì)劃已發(fā)表了18000多篇同行評(píng)審出版物，在科學(xué)文獻(xiàn)中被引用超過(guò)百萬(wàn)次。它揭示了關(guān)于宇宙的新觀點(diǎn)，并且是為數(shù)不多的家喻戶曉的科學(xué)項(xiàng)目之一。如果當(dāng)時(shí)“哈勃”被取消，人們現(xiàn)在肯定要后悔。這也是美國(guó)輿論愿意支持“韋布”的主要原因?！绊f布”的成功和科學(xué)成就，讓美國(guó)宇航局有了足夠的底氣去考慮下一個(gè)望遠(yuǎn)鏡。2022年底，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院召集的一個(gè)專家委員會(huì)建議，建造一個(gè)新的超級(jí)望遠(yuǎn)鏡，可以研究遙遠(yuǎn)恒星周圍的行星、尋找生命跡象，發(fā)射年代暫定在2040年之后。

（2）本工程須在波浪破碎區(qū)范圍內(nèi)航道兩側(cè)建立攔沙堤，避免被泥沙在航道內(nèi)落淤。攔沙堤口門位置要在破碎區(qū)外一定距離。

▲ 工作人員監(jiān)控“獵戶座”飛行

“經(jīng)典”的超期：獵戶座飛船

獵戶座飛船的成本超支問(wèn)題也在人們意料之中。這個(gè)型號(hào)是在美國(guó)宇航局總監(jiān)察長(zhǎng)和總審計(jì)署的一路批評(píng)聲中推進(jìn)的。

和SLS火箭不同的是，獵戶座飛船從星座計(jì)劃到現(xiàn)在，歷經(jīng)幾屆政府，沒(méi)有發(fā)生下馬又上馬的波折，所以它的超支與拖期顯得更典型一些。

早在2020年6月，美國(guó)宇航局總監(jiān)察長(zhǎng)就提出報(bào)告，批評(píng)美國(guó)宇航局在獵戶座飛船上的成本不透明。到當(dāng)時(shí)為止，美國(guó)宇航局已經(jīng)在獵戶座飛船上花了167億美元。然而在星座計(jì)劃啟動(dòng)的時(shí)候，美國(guó)宇航局的費(fèi)用評(píng)估是128億美元，而且這筆錢要用到2030年。到2020年，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)上漲到了296億美元。其中113億美元是獵戶座飛船計(jì)劃的全生命周期成本，另外有63億美元是星座計(jì)劃執(zhí)行期間已經(jīng)花掉的。還有阿爾忒彌斯-2之后的任務(wù)費(fèi)用，大約100億美元。

那么，這113億美元是不是夠用了呢？美國(guó)宇航局為此提交了一份報(bào)告，說(shuō)很難估計(jì)“可能持續(xù)幾十年的長(zhǎng)期載人探索項(xiàng)目”總體成本。也就是說(shuō)，不知道后續(xù)還要花多少錢。為此，總監(jiān)察長(zhǎng)很不滿意，認(rèn)為美國(guó)宇航局缺乏透明度，希望能重新規(guī)劃或調(diào)整項(xiàng)目資金和進(jìn)度預(yù)期的基線。總監(jiān)察長(zhǎng)還表示，“如果沒(méi)有對(duì)獵戶座飛船生命周期成本完整和全面的了解，國(guó)會(huì)和其他利益相關(guān)者很難獲得必要的信息，為未來(lái)人類探索優(yōu)先事項(xiàng)的戰(zhàn)略決策提供信息?！?/p>

就算是新估計(jì)的113億美元，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。總監(jiān)察長(zhǎng)估計(jì)，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)上漲到了122億美元，其中77億美元是研發(fā)費(fèi)用，比初期增長(zhǎng)了14%。而國(guó)會(huì)給美國(guó)宇航局劃定的費(fèi)用增長(zhǎng)上限是15%?？偙O(jiān)察長(zhǎng)的報(bào)告說(shuō)，主承包商洛克希德·馬丁公司的“性能缺陷”導(dǎo)致了這些成本超支和時(shí)間延誤，可是洛克希德·馬丁公司自2006年以來(lái)仍獲得了7.409億美元的獎(jiǎng)勵(lì)費(fèi)，所以總監(jiān)察長(zhǎng)抱怨說(shuō)，美國(guó)宇航局對(duì)洛克希德·馬丁公司“似乎過(guò)于慷慨”。

▲ 獵戶座飛船的降落傘測(cè)試

▲ 第二艘獵戶座飛船正在建造

2022年11月，獵戶座飛船首次發(fā)射成功，這是阿爾忒彌斯計(jì)劃的第一次任務(wù)，驗(yàn)證了SLS火箭和飛船的飛行和返回技術(shù)。但這次飛行并沒(méi)有載人，按照原計(jì)劃，本次發(fā)射應(yīng)該是在2022年4月進(jìn)行的。之前，美國(guó)宇航局實(shí)施了成本和周期的新一輪基線測(cè)算，但是飛行推遲導(dǎo)致這一輪測(cè)算失去了精確度。于是美國(guó)宇航局在2023年夏天實(shí)施了又一次測(cè)算。測(cè)算的前提是阿爾忒彌斯-2任務(wù)從原計(jì)劃的2024年5月推遲到11月，所以經(jīng)費(fèi)再一次上漲。

阿爾忒彌斯-2任務(wù)內(nèi)容相當(dāng)多。因?yàn)橐d人飛行，所以必須測(cè)試服務(wù)艙的環(huán)境控制生命保障系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)。另外，還要測(cè)試一些在軌交會(huì)對(duì)接所需要的技術(shù)，如對(duì)接相機(jī)、測(cè)距系統(tǒng)，并且要為阿爾忒彌斯-3任務(wù)做一些準(zhǔn)備，例如和載人著陸系統(tǒng)對(duì)接。

根據(jù)總審計(jì)署的測(cè)算，到阿爾忒彌斯-2任務(wù)為止，美國(guó)宇航局在獵戶座飛船上投入的經(jīng)費(fèi)將從112.835億美元上漲到138.10億，上漲了22.4%。其中研發(fā)費(fèi)用從67.584億上漲到93.102億，上漲37.4%。不過(guò)美國(guó)宇航局還給出了一個(gè)所謂的“好消息”，周期成本從45.151億減少到了45.096億，這主要是因?yàn)楂C戶座飛船上的9個(gè)非關(guān)鍵電子分系統(tǒng)可以沿用到第二次任務(wù)上。雖然5500萬(wàn)美元聽(tīng)起來(lái)是一大筆錢，但是和獵戶座飛船的“總盤子”相比，真是微不足道。

航天飛機(jī)計(jì)劃的坑有多大？

航天飛機(jī)是美國(guó)宇航局另一個(gè)經(jīng)費(fèi)黑洞。航天飛機(jī)計(jì)劃遭到的批評(píng)集中在兩個(gè)重要方面：首先是人員安全，它先后損失了14名航天員，是迄今為止最不安全的航天器；第二個(gè)就是費(fèi)用，航天飛機(jī)的超支不僅僅是研制，更是沒(méi)有達(dá)到美國(guó)宇航局自稱的“成本效益”。到2011年美國(guó)宇航局決定放棄航天飛機(jī)為止，它每次飛往近地軌道的運(yùn)行成本估計(jì)為4.5億美元，每千克要花18000美元。相比之下，盡管質(zhì)子號(hào)運(yùn)載火箭不可重復(fù)使用，但成本僅為1.1億美元，即每千克約5000美元。

如果攤?cè)胨械脑O(shè)計(jì)和維護(hù)成本，航天飛機(jī)項(xiàng)目的最終成本按照2008年幣值計(jì)算，估計(jì)每次飛行耗資15億美元，折合每千克6萬(wàn)美元。這與1972年設(shè)想的每千克260美元形成了巨大反差。

▲ 獵戶座飛船進(jìn)行出艙演練

▲ 美國(guó)第一架航天飛機(jī)哥倫比亞號(hào)

▲ 2011年阿特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)的謝幕飛行

航天飛機(jī)運(yùn)營(yíng)成本高于預(yù)期的原因之一是，美國(guó)宇航局為了得到更大范圍的支持，特別是從美國(guó)空軍拿到一些錢，接受了美國(guó)空軍的軌道要求。空軍為了發(fā)射偵察衛(wèi)星，要求航天飛機(jī)能前往極軌道。這一要求在航天飛機(jī)返回時(shí)帶來(lái)了很大的變軌需求，必須為航天飛機(jī)設(shè)計(jì)巨大的三角翼，比最初設(shè)計(jì)的短翼大得多。除了增加阻力和重量（近20%）外，保護(hù)三角翼所需的大量隔熱瓦大大增加了維護(hù)成本，此外還增加了運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

為了能在范登堡空軍基地發(fā)射航天飛機(jī)，美國(guó)空軍復(fù)刻了卡納維拉爾角基地的整套航天飛機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施，耗資超過(guò)40億美元。到挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)爆炸時(shí)，這套設(shè)施一次都沒(méi)用過(guò)，直接拆掉了。

航天飛機(jī)巨大的黃色外儲(chǔ)燃料箱是不回收的，但它在分離的時(shí)候，其實(shí)速度不快、高度不高，是可以回收的，至少比軌道器本身的回收難度小很多。

軌道器上有35000塊隔熱瓦，幾乎每塊都不一樣，損壞之后必須定制，極大地推高了成本。由于RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜性，每次飛行后都需要拆卸發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行徹底檢查和細(xì)致維護(hù)。在第二批次發(fā)動(dòng)機(jī)之前，渦輪泵必須在每次使用后進(jìn)行拆卸、拆解和大修。

雖然RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)的液氧液氫燃料是無(wú)毒的，但在軌機(jī)動(dòng)和姿態(tài)控制用的肼燃料有毒，地面維護(hù)期間，處在同一個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)下的整個(gè)區(qū)域都不能進(jìn)行其他活動(dòng)，延長(zhǎng)了維護(hù)周期。

上述問(wèn)題共同導(dǎo)致了飛行頻率不足。航天飛機(jī)最初打算每年發(fā)射55次，后來(lái)降低到24次，進(jìn)入工程研發(fā)后，又降低到12次。實(shí)際上在發(fā)射最高峰的1985年也只有9次，年平均發(fā)射率為4.5次。這樣一來(lái)，研發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施的龐大成本就無(wú)法分?jǐn)偟矫看伟l(fā)射當(dāng)中。美國(guó)宇航局每年要為航天飛機(jī)維持大約25000人的工作隊(duì)伍，包括美國(guó)宇航局本身和承包商。這些人的年度勞動(dòng)成本高達(dá)10億美元，即使這一年不發(fā)射，也要花這么多錢。有些年份甚至花得更多，比如在挑戰(zhàn)者號(hào)失事后的那段時(shí)間里，為了歸零，實(shí)施了大量未曾計(jì)劃過(guò)的測(cè)試和修改。

上述因素作用在一起，導(dǎo)致入軌成本高昂且無(wú)法避免。

雖然超支如此嚴(yán)重，但是美國(guó)政府和國(guó)會(huì)對(duì)美國(guó)宇航局的容忍度還是比較高的。這其中的因素有好幾個(gè)。首先，美國(guó)宇航局雖然是全球經(jīng)費(fèi)最多的航天機(jī)構(gòu)，但是和美國(guó)的其他政府部門相比，還不是最大的“吞金獸”。美國(guó)國(guó)防部一年要消耗將近9000億美元的經(jīng)費(fèi)，而美國(guó)宇航局只有270多億美元。但是，美國(guó)宇航局用這些錢確實(shí)干出了不少事情。我們上面說(shuō)的幾個(gè)型號(hào)，包括還沒(méi)有登上月球的阿爾忒彌斯計(jì)劃，都是人類工程史上的奇跡。它們不但為美國(guó)帶來(lái)了巨大的聲望，也對(duì)全球科學(xué)與技術(shù)發(fā)展起到了強(qiáng)勁的推動(dòng)作用，為和平利用太空樹立了典范。阿波羅計(jì)劃的技術(shù)成果轉(zhuǎn)移到民用產(chǎn)業(yè)后，創(chuàng)造了數(shù)十倍于投資的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡給天文學(xué)家們帶來(lái)的圖像顛覆了許多傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。“鴿王”韋布空間望遠(yuǎn)鏡入軌只有一年多，不但正常穩(wěn)定運(yùn)行，而且拍攝到了更多、更震撼的星空?qǐng)D像。所以，即使在項(xiàng)目運(yùn)行期間不斷超支，但美國(guó)宇航局最后還是能給人一種“物有所值”的體驗(yàn)。另外，美國(guó)宇航局多年來(lái)幾乎沒(méi)有爆出嚴(yán)重腐敗、瀆職的丑聞，這在美國(guó)政府體系里是相當(dāng)罕見(jiàn)的。正因?yàn)槿绱?，?duì)美國(guó)宇航局的項(xiàng)目超支，美國(guó)各級(jí)決策和審查部門一般采取放過(guò)的方式。

▲ 航天飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火