 一、该计划五十多年来为美军提供了极具效费比的空间试验机遇 “空间试验计划”的宗旨是为空间新概念、新技术和新系统提供低成本的进入空间机遇，从根本上来说是提供一种集约型、共享式的发射服务。 美国防部在1965年设立“空间试验计划”，目的是为国防部资助的航天项目提供经济、高效的进入空间机遇以开展飞行试验，以促进军事航天技术的进步和发展。“空间试验计划”在开展空间试验任务、加速空间技术转化和降低研制风险方面发挥了巨大的作用，为美军新型空间系统技术、方案和设计的飞行试验提供了极具效费比的机遇平台，是美军用空间技术发展始终处于世界领先地位的一个重要原因。据不完全统计，从1967年至2011年4月，“空间试验计划”支撑了212次任务，进行了507次空间试验活动。在这种技术孕育机制支撑下，一大批先进的军事空间应用技术和应用系统得以孵化，例如GPS系统和“轨道快车”计划等。  （一）“空间试验计划”的产生有其特殊的历史背景 20世纪60年代，鉴于空间的战略意义及其重要性，美军做出了必须加快空间系统技术发展的决策。美国防部认识到，在研制、部署空间系统服务于作战应用之前，需要在空间对这些系统进行试验。一些科研机构对于进入空间实施试验的需求也极为迫切，例如当时的空军航空航天研究办公室（OAR）在从事一些基础性的科学研究，但是缺乏对研制中和应用前有效载荷进行空间测试的手段。为此，美国防部长办公厅在1965年授权启动“空间试验计划”，空军被指定为计划的管理方，负责对核准的试验进行优先级排序，进而与可用预算进行匹配，从中筛选出最具效费比的运行方案，将试验送入空间。除了需求的集中涌现外，还有一个原因是美军的航天力量分散在陆、海、空三军和部分机构中，需要有一种机制来解决进入空间资源分配的矛盾。  1967年6月，“空间试验计划”首次执行发射任务，将陆军和海军的卫星送入空间：陆军“距离采集系列卫星”-9用于提高在全世界范围内的大地测量精度，为军事目标定位和测绘提供数据；海军“曙光”-1用于获取紫外波长的背景辐射数据，为监视卫星的背景数据库做出了贡献。 （二）“空间试验计划”的秉承原则是“花小钱、办大事” 五十多年来，“空间试验计划”利用专用火箭、航天飞机和各种卫星平台，支持实施了500多项试验。整体来看，“空间试验计划”具有极高的效费比，表现在：一是资金投入规模不大；二是支持的试验任务成功率很高；三是支持的试验意义影响深远。 据有关方面不完全统计，从1989年至1999年，计划的年平均预算经费为4880万美元（按照1999年美元汇率计算），这期间平均每年发射23个载荷，如图1所示为1989~1999年间每年发射载荷的数量及对应的资助水平。结合其他时期的预算，“空间试验计划”每年的投入约为5000万美元左右，规模并不算大。  ▲图1 1989年~1999年间“空间试验计划”经费统计 另一方面，“空间试验计划”的任务成功率比较高。如图2所示，据不完全统计，从1967年到2009年之间，共实施了近190次任务，在这些任务中有17次失败任务，成功率为91%。其中9%的失败任务中，4%是运载工具失效，3%是研制方航天器的失效，只有0.5%是“空间试验计划”设计和研制的航天器失效而导致任务失败。  ▲图2 1967年~2009年间的任务状态统计 “空间试验计划”通过优化精选受资助的试验，在权衡优先级、机遇、成本的前提下，为国防部空间研究机构提供了独一无二的空间飞行试验机遇，推进其在基础研究和先进概念方面进行大胆尝试，在加速国防部空间技术的转移，降低研制风险方面发挥了巨大的作用，其支撑的试验价值在于： ● （1）演示新型空间系统和技术的可行性； ● （2）通过探索和识别空间环境特性和传感器特征，改进运行设计； ● （3）为参试系统提供早期运行能力验证； ● （4）通过空间系统样机的直接飞行测试，降低运行风险； ● （5）建立相关知识库，从中可以规划新型空间系统和改进现有系统； ● （6）探索未预料的发现和机遇。 “空间试验计划”作为先进技术和未来应用系统的验证平台，在试验向作战系统快速转化的过程中发挥了重要作用，催熟和孕育了当前的多种作战卫星系统和新型空间能力，“空间试验计划”支持的空间试验任务与美军空间应用系统的映射关系如图3所示。美军大量的军用通信、导航、气象、预警、侦察等系统的早期孵化都曾得益于“空间试验计划”的支持。  ▲图3 “空间试验计划”与现有系统的映射关系 （三）“空间试验计划”的发展日渐式微 近年来，“空间试验计划”的经费不断缩减，其受关注度也不断下降，尤其是在2013财年甚至面临计划取消的境地，剖析其原因有三：一是美军在空间试验基础数据的积累方面已经达到一定程度，对此需求有所减弱；二是航天飞机的退役极大地减少了低成本进入空间的飞行机遇；三是美国大幅度削减国防预算，这也是最大的影响因素。 为防止历史上首次债务违约以及由此引发的经济风暴，2013年美自动减赤机制启动。按照要求，美国政府应在2013财年削减开支850亿美元，其中国防开支460亿美元。受此影响，2013财年军事航天领域非保密预算比2012年削减了22%。因此，美空军在2013财年预算申请中，要求取消“空间试验计划”。但是，该提议遭到国会拒绝，仍拨给4505.1万美元经费要求继续开展。针对2013财年预算申请，有议员表示取消计划极其愚蠢，考虑到其极其微小的投入，取消不是省钱之道。美国政府问责局也在2012年3月的《国防部在卫星采办改进活动中完全实现效益面临挑战》评估报告中指出，如果取消计划，研制新型空间技术的单位例如学术机构、政府实验室将承受发射的负担，估计每年需5千万美元。时至今日，“空间试验计划”仍然得以保留，但年经费量维持在不足3000万美元。 二、美军为“空间试验计划”建立了比较完备的运行管理机制 （一）定义了多元的进入空间方式 针对于不同的空间试验任务，美军在“空间试验计划”下设立了灵活多样的进入空间方式，以适应不同试验载荷的个性化需要：一是通过专有发射进入空间，例如一次性运载火箭、亚轨道探空火箭、高空气球等；二是通过航天飞机/国际空间站/NASA其他的飞行器，在空间部署或作为有效载荷仓部署在空间站内外；三是作为搭载物进入空间，包括固定在卫星平台上的附属载荷，或是搭乘在运载火箭上的次级载荷。管理部门曾经对其中的410次载荷飞行进行统计，结果显示53%的载荷通过航天飞机进入空间，32%载荷通过专有发射进入空间，15%是附加在宿主航天器上，如图4所示。此外，为了更加突出重点、兼顾全面，“空间试验计划”制定了两种资助方式：一是由空间试验评审委员会（SERB）遴选的空间试验项目，符合计划的资助范围，为其提供进入空间的资助；二是有偿性服务，由客户自身解决资金来源，通过“空间试验计划”进入空间。  ▲图4 “空间试验计划”载荷进入空间的模式 （二）出台了配套的政策法规保障 美军“空间试验计划”的政策法规文件经过几十年的发展，已经形成了比较完善的体系，为计划的实施提供了健全的管理保障。目前，相关政策文件包括：（1）1996年2月发布的《空间政策指令AFPD10-12空间部分》；（2）2002年7月国防部副部长备忘录《空间试验计划管理与资助政策》；（3）2004年空军航天司令部备忘录《搭载载荷审批政策》；（4）2004年空军与导弹系统中心备忘录《国防部渐进一次性火箭搭载任务执行计划》；（5）2010年11月联合指令《空军指令10-1202；陆军条例70-43；海军作战指令3913.1A》；（6）2012年《对空军指令10-1202空间试验计划的管理修订》。 这些文件涵盖了“空间试验计划”的管理和实施，包括资助政策、审批政策和具体的执行计划，作为法律遵循有力的规范了相关计划的开展，确保了计划健康、有序的执行。在这些文件中，最为重要的是2010年11月联合指令《空军指令10-1202；陆军条例70-43；海军作战指令3913.1A》，该指令是“空间试验计划”管理和资助的政策文件，是对1996年2月发布的《空间政策指令AFPD10-12空间部分》的细化和落实，并吸收了《空间试验计划管理与资助政策》、《搭载载荷审批政策》、《国防部渐进一次性火箭搭载任务执行计划》中的相关内容。作为一个联合指令，《空军指令10-1202；陆军条例70-43；海军作战指令3913.1A》也在不断进行版本的更新和调整，2010年11月的版本是对1998年版本的更新，更早还可追溯至1984年，可见其发展规范很早就已经建立。2012年出台的《对空军指令10-1202空间试验计划的管理修订》是对该联合指令的微调，以便更加适应管理的需要。 （三）设定了清晰的角色管理职能 从整体上看，国防部长办公厅统揽“空间试验计划”的政策制定，并在国防部内部分派“空间试验计划”的规划、统筹和采办责任和职能；国防部长办公厅指派空军作为空间事务的执行代理，空军指派负责采办的助理部长办公室/空间采办主任作为“空间试验计划”的执行代理，指派空军航天司令部负责航天发射事务。 此外，美军成立了专门的“空间试验计划”管理办公室负责具体工作。该办公室的人员构成情况未见披露，但是从相关文献分析，其应该是一个项目管理办公室，人员主要来自空军航天司令部空间与导弹系统中心下属的空间研发与试验部的空间研发分部，相关机构如图5所示。空间研发与试验部负责研制、试验和鉴定国家安全空间系统，开展先进空间能力的研究和演示计划，发展和发射小型运载工具和导弹防御目标，为战场人员快速提供空间能力。该部由3个下属单位构成，分别是运载系统分部、空间研发分部和空间试验与操作分部。空间研发分部的核心任务是“空间试验计划”，其下属的航天器研发中队、载人航天飞行载荷中队、任务设计中队是相关业务的主体。鉴于空间研发分部指挥官兼任管理办公室主任，因此该管理办公室的人员应该主要来自于航天器研发中队、载人航天飞行载荷中队、任务设计中队。  ▲图5 “空间试验计划”管理办公室的相关机构 （四）规范了严谨的审批运行流程 典型的“空间试验计划”运行流程由先至后依次是飞行需求评审，任务设计和装载，航天器研制、测试和集成，发射，在轨支持，以及发射后和飞行后等环节。其中，飞行需求评审主要用于确定空间试验评审委员会的飞行项目优先序列，任务设计和装载用于开展任务规划并确定最终的载客清单，航天器研制、测试和集成着重考虑接口问题，在发射环节根据运载工具的所有权采取不同的管理方式，在轨支持一般最长1年，发射后和飞行后主要完成信息、数据归档和经验总结等。 其中最核心环节是通过空间试验评审委员会进行飞行需求评审。任何机构包括各军兵种、国防部业务局或者国防部其他机构都可以请求获得“空间试验计划”服务支持。但是，这些机构必须事前通过内部程序评审和批准各自的空间试验评审委员会计划，然后才能提交至国防部空间试验评审委员会进行评审讨论。在由多军种人员组成的国防部空间试验评审委员会上，将全盘评估需要资助的载荷和试验，制定出进入空间的排序清单，以实现“空间试验计划”资金使用效益的最大化。具体的流程见图6。  ▲图6 国防部空间试验评审委员会的基本流程 三、“空间试验计划”五十年的运营和管理经验值得重视 （一）以军事需求为导向，重点支持未来作战 “空间试验计划”作为美军先进空间应用技术和应用系统的孕育保障机制，为美军新型空间系统技术、方案和设计的飞行试验提供了极具效费比的进入机遇，直接推动了美军侦察监视、气象、通信、导航等技术的成熟和系统实际运用，极大的促进了美军空间能力的建设和发展。究其根源，很重要的一个原因就是计划始终以军事需求为导向，大力资助能够支持未来作战的空间技术试验。在国防部空间试验评审委员会评审过程中，军事相关性是确定试验优先排序的决定性因素，其权重能够达到50%~60%。“空间试验集合”将军事相关性定义为直接测试新型军事系统或组件，研究增强现有军事系统的潜力，或者是研究可能会影响军事活动的空间环境。正是在军事相关性和军事需求的直接牵引下，资助的重点放在能够解决未来作战需求的空间技术和空间能力上，这为美国的军事空间能力始终与其他国家保持“代差”做出巨大贡献。  （二）规范试验评估流程，严格控制准入清单 “空间试验计划”实现了美军空间技术和空间系统开展试验的集约化和系统化，实现了试验进入空间的归口统一。为了使得这种集约化发挥最大效益，美军出台了体系化、配套的法规政策作为保障，制定了规范化的评估流程作为手段，严格、合理、有所侧重地确定飞行清单。在飞行需求评审过程中，各个单位首先要通过各自的空间试验评审委员会以评选出飞行需求，进而由多军种人员组成的国防部空间试验评审委员会进行评审，通过规范化的途径，秉承一视同仁的态度，通盘考虑需要资助的航天飞行，以军事相关性、减少试验重复、推动项目负责单位之间的合作为原则，遴选空间试验，把好进入空间飞行的关口。 （三）支撑方式灵活多样，实现最大共性包络 “空间试验计划”的一个主要特点是针对用户需求，可以提供灵活多样的支撑方式，表现在：一是客户对象广泛，国防部内的团体和机构都可以申请资助进入空间，包括陆海空三军、各军种的实验室、国防部各业务局、试验靶场、研究中心和产品部门等，只要是在空间研究和研制活动期间存在进入空间的需求，都可以获得经济、高效的飞行机遇；二是支持模式多元，可以完全通过该计划资助进入空间，但需要经过本级单位和国防部的评审，也可以采取有偿服务的方式，支付一定费用后进入空间；三是运载工具多样，可以通过一次性运载火箭、亚轨道探空火箭、高空气球等进行专有发射，或者是通过航天飞机/国际空间站/NASA其他的飞行器开展有人试验；四是试验的形态各异，可以是一个设备集成到航天器上，也可以是完整的一个航天器，还可以是发射、飞行业务、数据获取、与地面或天基资产进行交互等。通过这些灵活多样的支撑方式，该计划可以惠及各个机构、各种平台和各种试验，实现最大的共性包络，满足国家军事航天能力的试验需求。  （四）借助标准化适配器，降低风险增加运力 为了最大化每次发射机遇送入空间的试验数量，更加经济可承受地支撑科学和技术试验任务，“空间试验计划”重视针对现有运载工具设计和实现多载荷发射能力。因为存在接口设计、进度调整和协同运行等问题，多载荷发射存在固有的复杂性、技术挑战以及风险。为此，该计划采取了几项标准化举措以增加发射数量并降低集成风险：渐进一次性运载火箭次级载荷适配器（ESPA）、多载荷适配器（MPA）、肼搭载推进系统（HAPS）和标准接口飞行器（SIV），如图7所示。 ▲图7 渐进一次性运载火箭次级载荷适配器（ESPA）和多载荷适配器（MPA） ESPA能够最多携带6颗次级卫星（每颗重达180千克），与大型主卫星一道乘坐“德尔塔”-IV或“宇宙神”-5进入空间；MPA为“米诺陶”-IV火箭提供标准的接口能力，可将4颗ESPA量级的卫星实现集成；HAPS能够改进轨道插入精度或帮助多载荷实现轨道插入，轨道插入精度可以提高±18.5千米，在600千米以上的轨道能够增加携带22.7~113千克的载荷质量；SIV是一个具有标准接口的航天器平台，能够接入不同的载荷，数量可达4个，质量在60千克以内，功率100瓦以内。2007年的STP-1任务中采用了ESPA，将包含10项独立试验的6颗完全不同的卫星送入了2个迥异轨道。通过这些标准化措施，最大化了发射的飞行机遇，节约成本的同时降低了集成风险。 （五）发挥小卫星的优势，支持多个领域试验 小卫星具有规模小、成本低、研制周期短的特点，十分利于开展技术演示和探索。因此，该计划一直将进入空间的重点放在小卫星上，支持其开展军事新概念、新技术和新系统的在轨演示验证。近年来，随着立方体卫星的成熟和推广，试验中立方体卫星的数量呈现较快增长趋势，2007年的国防部空间试验评审委员会清单中有4颗立方体卫星、2个兼容载荷，2008年清单中有7颗立方体卫星、6个兼容载荷、2009年有8颗立方体卫星、5个兼容载荷，2010年有10个立方体卫星、7个兼容载荷，统计情况见图8所示。 ▲图8 “空间试验计划”中立方体卫星呈现增长趋势 在之前的“空间试验计划”中，已经成功实施了“基于微机电系统的皮卫星检测仪”、“皮卫星太阳能电池试验台”、“下一代小卫星”、“生物研究卫星”，以及在STS-S26任务中的“射频极光检测器”、“暴露在轨道应力下的生物体/有机体”和“纳米帆-D”等立方体卫星任务。这些小卫星和立方体卫星试验任务为美军在空间态势感知、空间环境监测、情报监视侦察和通信等领域开展了大量的演示验证，为其军事作战潜力的尽早物化奠定了基础。 （六）借力载人运行平台，实现进入成本节约 “空间试验计划”将航天飞机视为开展有效载荷飞行最具效费比的方式。1978年即航天飞机首飞前3年，负责研究与工程的助理国防部长就已经发布指令要求针对“空间试验计划”，调研将在轨航天飞机作为实验室进行国防部有效载荷试验的可行性。由此，NASA和国防部“空间试验计划”管理办公室间达成协议，推动了国防部有效载荷在航天飞机上研制、试验、集成和运行，使“空间试验计划”可以以更低的成本进行飞行。统计表明，“空间试验计划”中50%以上的试验载荷由航天飞机送入空间。由于航天飞机的退役，极大地减少了低成本进入空间的飞行机遇。为此，美国一方面借助于国际合作伙伴的飞行器将试验送入空间，如“日本的H-IIB转移飞行器”、“欧洲的自主转移飞行器”、俄罗斯“进步”号和“联盟”号等；另一方面，拓展国际空间站上本国实验室以及其他国家的试验舱段的能力，以支持国防部的试验需求。 ▲日本的“H-IIB转移飞行器” 四、结语 按照当前的视角来看，美军的“空间试验计划”带有朴素的共享经济色彩，通过对空间试验发射的集约式管理，实现稀缺进入空间资源的使用效益最大化。“空间试验计划”能够在美军的发展史上持续五十年之久，足以说明其意义价值的重大。因此，如何从美军“空间试验计划”中获得启示，将受众对象从单一部门内部拓展至多部门、跨领域、全社会，是值得思考的问题。 来源：美国防部网站等/图片来自互联网 |
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