讓SLS降價(jià)50%，能做到嗎？

文/遲惑

眾所周知，美國(guó)宇航局的阿爾忒彌斯計(jì)劃打算在2025年運(yùn)送美國(guó)航天員登上月球，在本世紀(jì)30年代執(zhí)行載人火星任務(wù)。這項(xiàng)工作的關(guān)鍵之一就是SLS火箭的開發(fā)。種種原因造成SLS火箭的研制進(jìn)度一拖再拖，成本不斷攀升，成為美國(guó)宇航局最“燒錢”的項(xiàng)目之一。

降價(jià)目標(biāo)過(guò)于樂(lè)觀

SLS這種兩級(jí)重型火箭是從星座計(jì)劃的戰(zhàn)神火箭繼承而來(lái)。在奧巴馬政府時(shí)期，美國(guó)宇航局一度打算放棄這個(gè)型號(hào)，通過(guò)采購(gòu)商業(yè)火箭來(lái)發(fā)射獵戶座載人飛船，實(shí)現(xiàn)載人登月。但國(guó)會(huì)強(qiáng)行要求美國(guó)宇航局必須搞一種自己的火箭來(lái)運(yùn)載獵戶座飛船，也就是SLS。這番折騰導(dǎo)致獵戶座飛船的發(fā)射延遲了4年，到2022 年12月才完成首飛。根據(jù)測(cè)算，從2012年到2025年，阿爾忒彌斯計(jì)劃耗資將達(dá)到930億美元，其中SLS火箭占總成本的26%，也就是238億美元。美國(guó)宇航局還打算為之開發(fā)運(yùn)力更強(qiáng)的型號(hào)SLS Block 1B火箭。

在簽訂EPOC合同之前，美國(guó)宇航局打算簽署一份為期3年的預(yù)先合同，評(píng)估深空運(yùn)輸公司是否準(zhǔn)備好承擔(dān)新合同任務(wù)。根據(jù)美國(guó)宇航局總監(jiān)察長(zhǎng)的審計(jì)預(yù)測(cè)估計(jì)，在EPOC合同下生產(chǎn)的單枚SLS火箭價(jià)值25億美元。美國(guó)宇航局希望通過(guò)減少勞動(dòng)力投入、提高制造和承包效率以及擴(kuò)大SLS火箭的用戶群，把這個(gè)數(shù)字減少50%。鑒于阿爾忒彌斯計(jì)劃的巨大成本，如果美國(guó)宇航局的降價(jià)目標(biāo)不能實(shí)現(xiàn)，將嚴(yán)重阻礙美國(guó)宇航局載人深空探索工作的可持續(xù)性。

為了實(shí)施評(píng)估，美國(guó)宇航局總監(jiān)察長(zhǎng)實(shí)施了一次調(diào)研活動(dòng)，訪問(wèn)了美國(guó)宇航局自身、波音公司和國(guó)防合同管理局 （DCMA） 的官員，并調(diào)查了SLS 火箭計(jì)劃和采購(gòu)官員；參觀了火箭裝配廠，并審查了與 SLS 火箭計(jì)劃采購(gòu)、招標(biāo)、成本、合同修改、承包商和生產(chǎn)質(zhì)量控制相關(guān)的合同文件和其他文件。

▲ 現(xiàn)有RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)用完后，需要重啟生產(chǎn)線

▲ 推力試驗(yàn)中的RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)

監(jiān)察長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)，美國(guó)宇航局設(shè)立一個(gè)3年期預(yù)生產(chǎn)合同是合理的，可以把有關(guān)生產(chǎn)管理從美國(guó)宇航局有效轉(zhuǎn)移給波音。這樣，波音公司有時(shí)間來(lái)改善芯級(jí)和上面級(jí)的質(zhì)量控制工作。但即使采用這種方式，一枚SLS Block 1B火箭的單發(fā)生產(chǎn)成本也至少是25億美元，這還不包括系統(tǒng)工程和集成成本。即使波音公司削減了人力投入，阿羅杰特-洛克達(dá)因公司重新啟動(dòng)RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線，在EPOC合同下生產(chǎn)前，10枚火箭的單價(jià)也不會(huì)少于20億美元。有一位研究者在推特上嘲笑說(shuō)，洛克達(dá)因公司利用紙質(zhì)圖紙、卡尺和手動(dòng)機(jī)床制造RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)，單價(jià)高達(dá)4000萬(wàn)美元；采用現(xiàn)代化CAD、3D打印和其他先進(jìn)技術(shù)后，成功地把單價(jià)提高到了1.5億美元。雖然這兩套技術(shù)體系相隔多年，需要考慮通脹因素，但1枚SLS火箭就要使用4臺(tái)RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)。想要降價(jià)，實(shí)在是太難了。

為了趕進(jìn)度，阿羅杰特-洛克達(dá)因公司在現(xiàn)階段是用航天飛機(jī)時(shí)代剩下的RS-25主發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行翻新，提供給波音公司生產(chǎn)SLS的芯級(jí)。阿爾忒彌斯任務(wù)的第一次到第四次都使用了翻新發(fā)動(dòng)機(jī)。但是從阿爾忒彌斯-5任務(wù)開始，就要生產(chǎn)新的RS-25發(fā)動(dòng)機(jī)了。理論上說(shuō)，翻新肯定比全新制造要省錢。在這樣的安排下，美國(guó)宇航局還指望把費(fèi)用降低50%，似乎有點(diǎn)太樂(lè)觀了。

▲ SLS火箭和重型獵鷹火箭的對(duì)比，重型獵鷹火箭顯然要小得多

至于美國(guó)宇航局打算把SLS火箭推銷給其他用戶的努力，也沒有成功。美國(guó)國(guó)防部，特別是空軍和太空部隊(duì)，拒絕使用SLS火箭。因?yàn)楝F(xiàn)有的較低成本火箭就可以滿足他們的需求，例如重型獵鷹火箭和宇宙神5火箭，以及聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司正在研制的火神-半人馬座火箭。甚至連美國(guó)宇航局自己的項(xiàng)目都不肯用SLS火箭。國(guó)會(huì)最初指示美國(guó)宇航局用SLS火箭發(fā)射前往木星軌道探測(cè)的歐羅巴快船任務(wù)，但美國(guó)宇航局最后選了獵鷹重型火箭。

▲ 在短期內(nèi)，SLS火箭仍然是唯一能夠?qū)C戶座飛船發(fā)射到月球軌道的運(yùn)載火箭

所以，美國(guó)宇航局總監(jiān)察長(zhǎng)提出了另外一種思路。雖然在短期內(nèi)，SLS火箭仍然是唯一能夠?qū)C戶座飛船發(fā)射到月球軌道的運(yùn)載火箭，然而在未來(lái) 3 ～5 年內(nèi)，可能會(huì)出現(xiàn)其他同類型號(hào)。這些火箭會(huì)引入多種新技術(shù)，更輕、更便宜、可重復(fù)使用。太空探索技術(shù)公司、聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司和藍(lán)色起源公司的競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步降低了成本。尤其是太空探索技術(shù)公司和藍(lán)色起源公司正在開發(fā)可重復(fù)使用的重型運(yùn)載火箭，可以取代SLS火箭。美國(guó)宇航局目前還沒有接受這種建議，恐怕國(guó)會(huì)也不肯接受。

總審計(jì)署的意見

美國(guó)最重要的審計(jì)和評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)，也就是著名的總審計(jì)署GAO，也對(duì)SLS火箭外包問(wèn)題給出了一份簡(jiǎn)短的報(bào)告。其中明確批評(píng)說(shuō)，美國(guó)宇航局沒有制定計(jì)劃來(lái)測(cè)算SLS火箭的真正生產(chǎn)成本。報(bào)告說(shuō)，美國(guó)宇航局確實(shí)為SLS火箭實(shí)施了年度生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)成本估算，但沒有跟蹤阿爾忒彌斯任務(wù)或經(jīng)常性生產(chǎn)項(xiàng)目的成本。

2014年8月，當(dāng)SLS火箭計(jì)劃原始基線設(shè)定的時(shí)候，美國(guó)宇航局調(diào)整了政策要求，并且僅要求計(jì)劃符合成本和進(jìn)度要求，實(shí)現(xiàn)SLS火箭的初始能力。但是這個(gè)基線不包括支持阿爾忒彌斯-2任務(wù)及以后所需的未來(lái)硬件生產(chǎn)成本，其中包括多個(gè)芯級(jí)、助推器和發(fā)動(dòng)機(jī)。2021年8月，美國(guó)宇航局進(jìn)一步修訂了政策，不再實(shí)施任何長(zhǎng)期、持續(xù)生產(chǎn)計(jì)劃的制定，以及包括生產(chǎn)成本在內(nèi)的生命周期成本估算。美國(guó)宇航局現(xiàn)在實(shí)施的是一份5年計(jì)劃，但是這份計(jì)劃是從2022年4月開始實(shí)施的，所采用的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)依然是2021年的。

▲ 準(zhǔn)備用于阿爾忒彌斯-2任務(wù)的SLS火箭液氧罐

但是，這樣的數(shù)據(jù)和測(cè)算無(wú)法體現(xiàn)長(zhǎng)期成本。截至2023年5月，美國(guó)宇航局也沒有提出新的2024年生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)成本估算。GAO認(rèn)為，如果不能定期更新，這樣的成本估算就沒有意義。同樣，這份成本預(yù)算也沒有把成熟型號(hào)的生產(chǎn)成本與新型號(hào)的開發(fā)費(fèi)用區(qū)分開來(lái)。

▲ 準(zhǔn)備用于執(zhí)行阿爾忒彌斯-3任務(wù)的探索上面級(jí)

GAO還分析了美國(guó)宇航局的合同，認(rèn)為按照現(xiàn)在的合同，波音公司持續(xù)生產(chǎn)SLS火箭芯級(jí)的成本不是越來(lái)越低，而是會(huì)越來(lái)越高。如果阿爾忒彌斯任務(wù)因?yàn)槟承┚壒视兴七t，會(huì)導(dǎo)致火箭成本進(jìn)一步增加。如果美國(guó)宇航局沒有辦法根據(jù)基線“捕獲”和監(jiān)控這些生產(chǎn)成本，就很難衡量成本增長(zhǎng)。所以，GAO建議美國(guó)宇航局建立一個(gè)成本和進(jìn)度基線，動(dòng)態(tài)更新。

至于美國(guó)宇航局提出的幾種成本降低方案，GAO還是給予肯定的。比如穩(wěn)定的發(fā)射計(jì)劃、逐步提高生產(chǎn)效率、鼓勵(lì)企業(yè)創(chuàng)新、采取批量化采購(gòu)來(lái)降低成本等等。不過(guò)GAO也表示，這些措施有所進(jìn)展，但是要說(shuō)它們可以發(fā)揮作用，暫時(shí)還不能下結(jié)論。

總體來(lái)說(shuō)，無(wú)論是美國(guó)宇航局的總監(jiān)察長(zhǎng)，還是GAO，都認(rèn)為美國(guó)宇航局想用外包的方式來(lái)降低SLS火箭成本并不靠譜，但是這兩個(gè)機(jī)構(gòu)也不打算顛覆美國(guó)宇航局的計(jì)劃。原因也很簡(jiǎn)單，其他生產(chǎn)和發(fā)射管理模式同樣不省錢。如果另尋承包商，美國(guó)宇航局就得重新花錢把他們的科研生產(chǎn)能力培養(yǎng)起來(lái)。哪怕是太空探索技術(shù)公司的星艦超級(jí)火箭，目前也沒有成功飛行的案例，而且它前期并沒有考慮用來(lái)發(fā)射獵戶座飛船，要想轉(zhuǎn)換用途，恐怕還要花一大筆錢。所以，還不如讓波音和諾斯羅普·格魯曼繼續(xù)承擔(dān)。