文/錢衛(wèi)

美國宇航局類似SLS火箭這種“燒錢工程”絕非個案，審計機(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)計劃發(fā)起之前，美國宇航局曾經(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，很多參與項目的科學(xué)家和工程師激動萬分。在數(shù)十年的工作中，他們經(jīng)常會擔(dān)心，這臺有史以來最強(qiáng)大的空間望遠(yuǎn)鏡可能永遠(yuǎn)不會離開地面。

韋布望遠(yuǎn)鏡的計劃始于30多年前，在1990年哈勃空間望遠(yuǎn)鏡發(fā)射之前，就有人在動腦筋了。當(dāng)時擔(dān)任巴爾的摩空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所副所長的加思·伊林沃思回憶說，所長里卡多·賈科尼過來告訴他，應(yīng)該考慮“哈勃”的繼任者了。伊林沃思大吃一驚，當(dāng)時整個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？不過賈科尼的想法是對的，研究所立刻組織了一個小組來討論后續(xù)型號。

▲ 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

概念研究工作從1989年一直延續(xù)到21世紀(jì)。到2002年，人們決定把這臺新望遠(yuǎn)鏡稱作“韋布”。2004年，部分關(guān)鍵部件的制造啟動。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，美國宇航局估計韋布望遠(yuǎn)鏡的成本是10億至35億美元，預(yù)計發(fā)射日期為2007年至2011年。伊林沃思說，因?yàn)椴淮_定因素太多、技術(shù)難度大，他們當(dāng)時就認(rèn)識到，這個預(yù)算和進(jìn)度表并不現(xiàn)實(shí)。但是，如果一開始就申請?zhí)嘟?jīng)費(fèi)，可能無法得到批準(zhǔn)。

到2011年，也就是韋布望遠(yuǎn)鏡原定發(fā)射日期，美國眾議院投票決定，是不是還要繼續(xù)向這個無底洞里投錢。美國國會下馬大科學(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)超級對撞機(jī)項目都能被取消，那么國會干掉“韋布”也不是不可能的。為了挽救“韋布”，科學(xué)家們組織起來給國會寫信，解釋哈勃空間望遠(yuǎn)鏡所帶來的巨大科學(xué)收獲，以及研制后續(xù)型號的必要性。在航天擁躉者、前參議員芭芭拉·米庫爾斯基的幫助下，國會開恩，允許“韋布”發(fā)射推遲到2018年，成本不得超過80億美元。

不過到了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會面前承認(rèn)，自己不可能保證2018年的發(fā)射進(jìn)度了。但是他拒絕了國會的要求，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)時擔(dān)任美國宇航局局長的是吉姆·布里登斯廷。他公開指責(zé)了這個項目的管理水平。獨(dú)立審查委員會還發(fā)現(xiàn)，諾斯羅普·格魯曼公司的說法不完全對。在組裝過程中，出現(xiàn)了不少可以避免的人為錯誤，還有些問題是零件制造和安裝后才發(fā)現(xiàn)的，比如工人使用錯誤的溶劑來清潔望遠(yuǎn)鏡推進(jìn)系統(tǒng)的閥門，導(dǎo)致望遠(yuǎn)鏡遮陽罩固定部分的硬件和緊固件損壞，在測試過程中發(fā)生了松動。

▲ 韋布望遠(yuǎn)鏡的第一片主鏡片

▲ 2013年，韋布望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊與韋布望遠(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)做了無數(shù)次

當(dāng)時，有個叫拉馬爾·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：“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)出更多的誠意，無論是對納稅人還是對成本超支。”

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

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

到2021年發(fā)射時，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)營地面系統(tǒng)來支持“韋布”的工作。目前的運(yùn)營費(fèi)預(yù)算編列到2026年，共計8.61億美元。也就是說，“韋布”在整個生命周期內(nèi)將花掉美國人108億美元。這只是美國投入的部分。歐洲為它提供了火箭發(fā)射服務(wù)和4臺儀器，價值7億歐元。加拿大航天局也提供了部分儀器，價值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”是個天文學(xué)儀器，但天文學(xué)界并不是都支持它。美國能拿出來用在天文上的預(yù)算是有限的，“韋布”用掉了太多，其他項目就申請不到經(jīng)費(fèi)了。這讓很多人感到惱火。《自然》雜志將“韋布”稱為“吃掉天文學(xué)的望遠(yuǎn)鏡”。2010年，《科學(xué)》雜志指出，“一個旨在徹底改變天文學(xué)的項目，現(xiàn)在有可能破壞美國宇航局的整個空間科學(xué)計劃。”

▲ 韋布望遠(yuǎn)鏡主鏡安裝過程極其緩慢

▲ 獵戶座飛船

但大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為，這項投資是值得的。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，但它可以說是有史以來最成功的太空科學(xué)項目。截至2021年，該計劃已發(fā)表了18000多篇同行評審出版物，在科學(xué)文獻(xiàn)中被引用超過百萬次。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)項目之一。如果當(dāng)時“哈勃”被取消，人們現(xiàn)在肯定要后悔。這也是美國輿論愿意支持“韋布”的主要原因?！绊f布”的成功和科學(xué)成就，讓美國宇航局有了足夠的底氣去考慮下一個望遠(yuǎn)鏡。2022年底，美國國家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院召集的一個專家委員會建議，建造一個新的超級望遠(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題也在人們意料之中。這個型號是在美國宇航局總監(jiān)察長和總審計署的一路批評聲中推進(jìn)的。

和SLS火箭不同的是，獵戶座飛船從星座計劃到現(xiàn)在，歷經(jīng)幾屆政府，沒有發(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，美國宇航局總監(jiān)察長就提出報告，批評美國宇航局在獵戶座飛船上的成本不透明。到當(dāng)時為止，美國宇航局已經(jīng)在獵戶座飛船上花了167億美元。然而在星座計劃啟動的時候，美國宇航局的費(fèi)用評估是128億美元，而且這筆錢要用到2030年。到2020年，這個數(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劃的全生命周期成本，另外有63億美元是星座計劃執(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？美國宇航局為此提交了一份報告，說很難估計“可能持續(xù)幾十年的長期載人探索項目”總體成本。也就是說，不知道后續(xù)還要花多少錢。為此，總監(jiān)察長很不滿意，認(rèn)為美國宇航局缺乏透明度，希望能重新規(guī)劃或調(diào)整項目資金和進(jìn)度預(yù)期的基線?？偙O(jiān)察長還表示，“如果沒有對獵戶座飛船生命周期成本完整和全面的了解，國會和其他利益相關(guān)者很難獲得必要的信息，為未來人類探索優(yōu)先事項的戰(zhàn)略決策提供信息?！?/p>

就算是新估計的113億美元，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠?？偙O(jiān)察長估計，這個數(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，比初期增長了14%。而國會給美國宇航局劃定的費(fèi)用增長上限是15%?？偙O(jiān)察長的報告說，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間延誤，可是洛克希德·馬丁公司自2006年以來仍獲得了7.409億美元的獎勵費(fèi)，所以總監(jiān)察長抱怨說，美國宇航局對洛克希德·馬丁公司“似乎過于慷慨”。

▲ 獵戶座飛船的降落傘測試

▲ 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)。但這次飛行并沒有載人，按照原計劃，本次發(fā)射應(yīng)該是在2022年4月進(jìn)行的。之前，美國宇航局實(shí)施了成本和周期的新一輪基線測算，但是飛行推遲導(dǎo)致這一輪測算失去了精確度。于是美國宇航局在2023年夏天實(shí)施了又一次測算。測算的前提是阿爾忒彌斯-2任務(wù)從原計劃的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，還要測試一些在軌交會對接所需要的技術(shù)，如對接相機(jī)、測距系統(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)對接。

根據(jù)總審計署的測算，到阿爾忒彌斯-2任務(wù)為止，美國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%。不過美國宇航局還給出了一個所謂的“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5500萬美元聽起來是一大筆錢，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)計劃的坑有多大？

航天飛機(jī)是美國宇航局另一個經(jīng)費(fèi)黑洞。航天飛機(jī)計劃遭到的批評集中在兩個重要方面：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；第二個就是費(fèi)用，航天飛機(jī)的超支不僅僅是研制，更是沒有達(dá)到美國宇航局自稱的“成本效益”。到2011年美國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)行成本估計為4.5億美元，每千克要花18000美元。相比之下，盡管質(zhì)子號運(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)計和維護(hù)成本，航天飛機(jī)項目的最終成本按照2008年幣值計算，估計每次飛行耗資15億美元，折合每千克6萬美元。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

▲ 美國第一架航天飛機(jī)哥倫比亞號

▲ 2011年阿特蘭蒂斯號航天飛機(jī)的謝幕飛行

航天飛機(jī)運(yùn)營成本高于預(yù)期的原因之一是，美國宇航局為了得到更大范圍的支持，特別是從美國空軍拿到一些錢，接受了美國空軍的軌道要求?？哲姙榱税l(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)返回時帶來了很大的變軌需求，必須為航天飛機(jī)設(shè)計巨大的三角翼，比最初設(shè)計的短翼大得多。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)營風(fēng)險。

為了能在范登堡空軍基地發(fā)射航天飛機(jī)，美國空軍復(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40億美元。到挑戰(zhàn)者號航天飛機(jī)爆炸時，這套設(shè)施一次都沒用過，直接拆掉了。

航天飛機(jī)巨大的黃色外儲燃料箱是不回收的，但它在分離的時候，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)動機(jī)的復(fù)雜性，每次飛行后都需要拆卸發(fā)動機(jī)進(jìn)行徹底檢查和細(xì)致維護(hù)。在第二批次發(fā)動機(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)動機(jī)的液氧液氫燃料是無毒的，但在軌機(jī)動和姿態(tài)控制用的肼燃料有毒，地面維護(hù)期間，處在同一個通風(fēng)系統(tǒng)下的整個區(qū)域都不能進(jìn)行其他活動，延長了維護(hù)周期。

上述問題共同導(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，研發(fā)和基礎(chǔ)設(shè)施的龐大成本就無法分?jǐn)偟矫看伟l(fā)射當(dāng)中。美國宇航局每年要為航天飛機(jī)維持大約25000人的工作隊伍，包括美國宇航局本身和承包商。這些人的年度勞動成本高達(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)者號失事后的那段時間里，為了歸零，實(shí)施了大量未曾計劃過的測試和修改。

上述因素作用在一起，導(dǎo)致入軌成本高昂且無法避免。

雖然超支如此嚴(yán)重，但是美國政府和國會對美國宇航局的容忍度還是比較高的。這其中的因素有好幾個。首先，美國宇航局雖然是全球經(jīng)費(fèi)最多的航天機(jī)構(gòu)，但是和美國的其他政府部門相比，還不是最大的“吞金獸”。美國國防部一年要消耗將近9000億美元的經(jīng)費(fèi)，而美國宇航局只有270多億美元。但是，美國宇航局用這些錢確實(shí)干出了不少事情。我們上面說的幾個型號，包括還沒有登上月球的阿爾忒彌斯計劃，都是人類工程史上的奇跡。它們不但為美國帶來了巨大的聲望，也對全球科學(xué)與技術(shù)發(fā)展起到了強(qiáng)勁的推動作用，為和平利用太空樹立了典范。阿波羅計劃的技術(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)與社會效益。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡給天文學(xué)家們帶來的圖像顛覆了許多傳統(tǒng)認(rèn)識?！傍澩酢表f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、更震撼的星空圖像。所以，即使在項目運(yùn)行期間不斷超支，但美國宇航局最后還是能給人一種“物有所值”的體驗(yàn)。另外，美國宇航局多年來幾乎沒有爆出嚴(yán)重腐敗、瀆職的丑聞，這在美國政府體系里是相當(dāng)罕見的。正因?yàn)槿绱耍瑢γ绹詈骄值捻椖砍?，美國各級決策和審查部門一般采取放過的方式。

▲ 航天飛機(jī)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火