第 1.9 节 - 现有项目
太空系统设计师应该了解现有项目和方案，以避免重复工作，了解当前技术水平，作为提高的技术基线，并作为比较点来证明新项目的必要性。项目和方案可以按以下类别进行分类：资金类型 - 政府、商业或非营利部门；时间 - 过去、当前和拟议的未来；以及按项目类型 - 科学和探索、通信、旅游、采矿等。不同部门和项目之间存在重叠和相互作用。例如，政府项目从商业实体采购设备和服务，并为非营利项目提供资金。另一个重叠是运载火箭项目为不同的有效载荷项目提供运输。
维基百科有关于航天的广泛文章列表（另见该页面上的类别、门户和维基项目链接），更具体的列表和时间线，以及分类的航天导航框（用于文章中链接到相关文章）。这些信息可以用来了解各种项目和方案的背景信息。根据UCS 卫星数据库，截至 2015 年 8 月，估计有 1305 颗运行中的航天器在地球轨道上。此外，大约有 20 个活跃的太阳系探测器超出了地球轨道，以及 6 艘位于太阳-地球拉格朗日点的航天器。后者不包括位于各种拉格朗日点的许多自然天体。除了现役的航天器，还有大量的由人类制造的太空垃圾，几乎都在地球轨道上。它们可以被视为危险或资源。最后，还有太阳系的所有自然天体，它们可以被视为探索目的地、可利用的资源或需要处理的危险，例如辐射带和源头。
截至 2015 年，有七十个民用政府航天机构，它们进行自己的太空项目和方案，或以某种方式参与其中。还有一些军事项目和方案，但由于保密性，它们的数量和活动尚不确定。以下各节涵盖了一些更重要的项目，但并非详尽无遗。它主要列出了与太空直接相关的项目。其他领域，例如材料科学，可以开发新的结构合金，这些合金可以用于太空，但这不是该领域的主要目标。对于许多与太空关系不太密切的领域，我们不会在这里列出它们。如果您需要有关这些主题的信息，有许多在线、图书馆和学术资料可以作为研究的起点。然而，其他领域很重要，因为科学和技术的总体进步会影响您在太空项目中可以做的事情。
我们将从美国以外的主要国家和国际机构开始，按照年度预算的顺序排列，大约是按照年度预算的顺序排列。这是近似的，因为汇率会波动，机构的预算以其本国货币计算也会波动。
欧洲航天局（ESA）是一个由 22 个成员国组成的政府间组织。它在 2015 年的预算为 44.3 亿欧元，或 51.5 亿美元。它成立于 1975 年，并在法属圭亚那经营着一个航天发射场，设计运载火箭和一些独立的航天器，并参与国际项目和方案。该航天发射场位于欧洲以外，出于安全和发射性能方面的考虑。成员国通常将太空项目的资金分配到 ESA 和国内项目之间。
俄罗斯联邦航天局是俄罗斯目前的太空科学和航空航天机构。它在 2015 年的预算为 1865 亿卢布，或以美元计算为 24 亿至 37 亿美元。由于汇率大幅波动，美元金额会变化。在苏联解体之前，苏联太空计划有着悠久的历史，始于 1930 年代，在此之前还有一些著名的理论工作。该计划有很多显著的第一次，并在今天仍在一些领域继续进行，例如参与国际空间站（ISS）。在苏联时期，军事和民用太空活动没有分开，并且非常保密。
日本宇宙航空研究开发机构是日本的国家航天机构。它在 2013 年的预算为 2110 亿日元，或 20 亿美元。它已经建造了许多太空科学任务，并参与了像 ISS 这样的国际项目。
美国政府是太空项目的主要资金来源和运营者。资金最终来自全国通过税收。资金每年通过美国国会拨给几个行政部门。美国政府的活动一般通过每年发布的总统航空航天报告进行报道。该文件中的预算数字可能不包括机密的军事项目，因此我们可以说政府的总额为 300 亿美元或更多。
美国国家航空航天局，或NASA，是美国政府的主要民用航天机构。它最初成立于 1958 年，目前根据第 51 章——国家和商业太空项目（2010 年 12 月 18 日第 111-314 号公共法）授权。资金由美国国会每年拨款用于运营 NASA。对于 2016 年，它包含在H.R. 2029的第 74-77 页。NASA 总部设在华盛顿特区，目前拥有 17,345 名员工和一些中心和设施。它约 193 亿美元的年度预算很大一部分用于合同工作。维基百科有一个关于NASA 项目文章列表，以及NASA 任务页面列出了过去、当前和未来的任务。
1958年，当美国决定成立 NASA 作为民用机构时，它从国防部和之前存在的 **国家航空咨询委员会**（成立于 1915 年）继承了设施和人员。该机构的 **历史办公室** 出版了一部涵盖 1915 年至 1990 年的自传。它最初以纸质形式出版，名为 NASA 特别出版物 SP-4406，然后以在线形式出版，名为 **Orders of Magnitude**，还可以作为 **PDF 文件** 获取。该办公室还出版了许多其他历史出版物。在识别任何内部编写的历史中的偏见时应谨慎，但事实数据很可能是正确的。
**当前和最近的预算** 页面从财务角度提供了有关最近和当前活动的数据。该页面上的 **2017 年完整预算估计** 以及“往年预算”部分中过去几年的类似预算，也提供了正在进行项目的详细说明。
NASA 在三个主要任务部门下运作。**航空研究部门** 运营着多个测试设施和研究项目。其中一些项目适用于太空发射。**科学任务理事会** 管理着许多与地球科学、太阳物理学（太阳和太空环境）、行星科学和天体物理学相关的项目和任务。最后，**人类探索与运营理事会** 开发和运营着众所周知的载人航天项目，以及与人类探索相关的鲜为人知的科学和技术项目。2016 年的资金分配（以美元/年计）和主要项目包括：
- 科学研究（55.9 亿美元）
**NASA 科学** 项目包括地球科学、行星科学、天体物理学和太阳物理学项目部门，还包括 NASA 为其他政府机构（NOAA 和 USGS）执行的卫星工作。由 NASA 资助的天文和行星科学项目的科学和技术参数在下面列出，属于非营利项目，原因如下：作为数据最终用户的科学家通常来自大学和其他非营利机构，地球项目通常有多个资金来源，而科学项目作为整体更容易理解，而不是根据资助机构进行划分。预算和组织细节在本节中注明。
**地球科学** - 该部门的目标是研究地球，但航天器硬件和仪器通常与其他地点所需类似。除了下面提到的具体项目外，该部门还资助数据存档、组织和交付、先进技术开发以及将数据应用于人类需求。
- **地球科学研究** - 旨在了解地球及其组成部分、相互作用、变化以及这些变化如何影响生命的科学研究。它包括大量用于对卫星和其他仪器生成的庞大数据进行建模和分析的高性能计算工作。
- **地球系统任务** - 这是一个地球观测研究卫星任务的集合，这些任务收集有关整个地球的不同类型的数据。一些项目是 NASA 与其他美国机构或其他国家机构的联合项目。新的卫星包括 **水面和海洋地形** 和 **NASA-ISRO 合成孔径雷达**。它还包括运营众多现有的卫星和仪器，以及对收集数据的科学分析。
- **地球系统科学先驱者** - 这些是旨在收集地球数据、利用新的和新兴的优先事项和技术的小型到中等规模的项目和卫星。
- **风险等级任务** - 这包括亚轨道、小型任务以及用于地球科学研究的仪器。
**行星科学** - 该部门的目标是研究太阳系的组成、起源、演化以及生命存在的可能性，以及我们太阳系以外的行星系统。为了获得比从远处观察（即天文学）更好的数据，它对每个天体都采用了一种渐进的策略，包括飞掠、轨道运行、着陆、漫游和样本返回。通常情况下，天文学是最初发现新天体的方式，尽管该部门内的 **近地天体计划** 的目标是找到大小在 140 米以下的距离地球较近且可能具有危险的天体。它资助一般科学研究和技术开发项目，以及下面提到的具体航天器和任务组。
- **发现计划** - 这包括开发时间较短的相对较小的任务。它包括研究谷神星的 **黎明** 宇宙飞船、**洞察号** 火星着陆器以及 **月球勘测轨道飞行器** 任务。
- **新前沿** - 这包括中等规模、高优先级科学任务，包括 **新视野** 冥王星飞掠任务、**朱诺** 木星轨道飞行器以及 **欧西里斯-REx** 近地天体样本返回任务。
- **火星探索** - 该项目旨在通过一系列增量任务来了解火星过去、现在和未来的宜居性。它包括对 **火星奥德赛** 和 **火星侦察** 轨道飞行器、**MAVEN** 大气采样器以及 **机遇号** 和 **好奇号** 表面漫游车的持续运营。正在开发的是 **火星 2020 漫游车**。
- **外行星和海洋世界** - 该项目旨在了解外太阳系的起源和演化。它包括对土星的 **卡西尼** 任务、对木星卫星木卫二进行研究的 **木卫二任务** 的开发、科学研究以及对未来任务的规划。
- **技术** - 该项目开发了用于未来行星任务的改进技术。它目前包括电力推进、放射性同位素发生器和任务管理软件方面的项目。
**天体物理学** - 该部门的研究领域包括整个宇宙、星系、恒星和行星的演化，以及系外行星的特征、宜居性和生命存在情况。它资助 NASA 任务的一般研究和数据分析，以及以下具体项目：
- **宇宙起源** - 该项目调查宇宙及其组成部分的演化。主要项目包括 **哈勃太空望远镜**、**SOFIA** 机载望远镜以及 **斯皮策** 红外望远镜。
- **宇宙物理学** - 研究宇宙在极端条件下的行为。它支持两个正在运行的任务：**费米** 伽马射线望远镜和 **钱德拉** X 射线天文台，以及支持的科学和技术工作。
- **系外行星探索** - 搜索并试图描述我们太阳系以外的行星。大部分此类研究是在凯克和 LBT 等地面望远镜上进行的，但该项目包括 **开普勒** 太空望远镜，这是一项专门的行星发现任务。**WFIRST** 大型太空望远镜的开发工作处于早期阶段。该项目包括用于未来仪器和任务的科学和技术开发。
- **天体物理学探索者** - 该项目为小型、专门的科学任务提供资金。当前项目包括 **TESS** 系外行星巡天望远镜、参与国际项目以及对一些先前任务的持续运营。
**詹姆斯·韦伯太空望远镜** - 这是一台口径为 6.5 米的红外太空望远镜，是迄今为止最大的红外望远镜。目前计划于 2021 年 10 月发射。该项目极高的成本（总计 100 亿美元）引起了国会的密切关注，并与天体物理学科学预算的其他部分分开跟踪。
**太阳物理学** - 该部门研究太阳、天体之间的太空环境以及围绕行星的太空环境。与其他科学部门一样，它资助主题科学研究、数据分析和存档以及下面提到的更具体的项目。该部门还资助亚轨道发射以及对先前发射的卫星的持续运营。这包括两艘 **旅行者** 宇宙飞船，它们已经完成了行星科学工作，现在主要收集有关太空环境的数据。
- 航空研究（6.4 亿美元）
NASA **航空** 研究部门致力于改进航空和高速飞行。从太空进入、下降和着陆通过大气层的研究在其他地方，在太空技术领域进行。除了一般管理、创新和教育活动外，具体项目还包括：
- **空域运营与安全** - 进行研究和开发，以提高国家空域系统的吞吐量、效率和安全性。
- **先进航空器** - 进行新一代民用飞机的研究，包括超音速和高超音速技术。请注意，美国国防部也为军事目的开展了类似工作。
- **集成航空系统** - 专注于使用集成系统、飞行测试范围和飞机进行的实验飞行研究。这补充了用于分析和模拟的高性能计算以及风洞和推进测试设施中的物理测试。测试与国防部协调，国防部拥有类似的设施和测试需求。
- 转型航空概念 - 从最初的概念到小型地面和飞行测试，征集和研究多学科和革命性的想法。它还推动计算和实验工具和技术的发展。
- 空间技术（6.86 亿美元）
此类别资助从非常早期的概念到飞行演示的空间技术开发，之后将将其纳入运营计划。它由首席技术官办公室（OCT）管理。实际工作是在美国宇航局中心以及商业和非营利部门进行的。OCT 制定路线图来规划他们的工作，这些路线图在2012 年报告中由独立的国家科学院进行了审查，并指导了资金计划。除了促进技术在 NASA 项目之间以及在其他机构和整个社会中的外部转移之外，具体项目还包括
- 小型企业和技术转让计划 - 这些是竞争性地授予的合同，用于对小型（少于 500 名员工）企业进行创新技术。它们从最初的优点和可行性到商业化。
- 早期阶段投资组合 - 投资约 400 项基础和应用研究以及早期技术开发活动。这包括外部研究拨款和创新概念、NASA 中心内部创新以及百年挑战奖竞赛。
- 改变游戏规则的开发 - 将技术从早期阶段发展到飞行演示。它包括机器人、制造和材料等硬件主题。它还包括进入、下降和着陆等任务主题；未来推进和动力，以及目的地系统和仪器。
- 技术演示任务 - 使用原型和演示单元在相关空间环境中演示操作就绪状态。目前的示例包括卫星维修、深空光学通信和原子钟、小型推进器的无毒推进剂、太阳能电力推进、超音速减速器、复合材料、长期低温学、太空机器人制造和组装以及小型航天器技术。
- 载人航天探索（40.3 亿美元）
该预算账户的重点是人类探索低地球轨道以外的空间以及前往现有国际空间站 (ISS) 的运输。该计划基于2010 年 NASA 授权法案中的目标。
探索系统开发 - 大约四分之三的探索资金用于该标题下的三个主要项目
- 猎户座多用途载人飞船 - 这是一种模块化的发射中止系统、乘员舱和服务舱，专为长时间深空任务而设计。它目前正在由洛克希德·马丁公司为 NASA 开发，并在 2014 年进行了早期飞行测试。并在 2018 年 11 月在 SLS 上进行无人发射。
- 太空发射系统 (SLS) - 这是一种重型运载火箭，用于发射超出低地球轨道的有效载荷。初始设计使用已使用的航天飞机计划SSME (RS-25) 发动机和改进的航天飞机固体火箭助推器 用于下级，以及RL10 第二级发动机。承包商包括波音、Aerojet Rocketdyne 和轨道 ATK。第一次发射计划在 2018 年 11 月进行。
- 探索地面系统 - 为肯尼迪航天中心的 SLS 特定发射场部分提供资金。这项工作与 SLS 开发同步进行。
载人航天研究计划 - 进行研究并开发技术，使人类能够安全高效地在太空环境中旅行。2015 年的拨款为 1.42 亿美元。
先进探索系统 - 为未来人类任务的优先级项目提供资金。工作领域包括生命支持、深空栖息地、先进推进、着陆系统以及资源勘探和处理。2015 年的拨款为 1.89 亿美元，但预计未来几年将大幅增加。
- 空间运行（50.3 亿美元）
预算的这一部分包括运营国际空间站、空间通信网络以及地球上的发射和测试操作。
国际空间站 (ISS) - 正如名称所示，这是一个国际计划。该计划涵盖 NASA 资助的部分，2015 年为 15.2 亿美元。该计划预计将持续到 2022 财年。ISS 的一个国内目的是促进地球轨道上的商业研究和运输。该计划内的任务包括
- ISS 系统运行和维护 - 负责与 6 名机组人员一起组装、运营和维护 ISS。这包括任务规划、地面监控和通信、备件和物流、机组人员培训、任务集成（分配所有轨道资源）、处理系统故障以及安全和任务保证。
- ISS 研究 - 资助从轨道环境中受益的生物和物理研究。主要研究领域包括人类微重力影响、植物和微生物学、流体、热学和粒子物理、燃烧和材料加工。它也是地球和空间观测的平台，尽管在这方面并不独特。ISS 也被用作机器人、生命支持和防火安全技术的演示平台。美国部分空间站被指定为ISS 国家实验室。
太空运输 - 该计划为宇航员、科学实验、物资、维修硬件、推进剂当前和未来前往地球轨道的运输以及废物返回提供服务。目前的目的地是 ISS。2015 年的拨款为 22.5 亿美元。
- ISS 机组人员和货物运输 - 从轨道 ATK、SpaceX、Sierra Nevada、波音和俄罗斯联邦航天局采购前往 ISS 的商业运输。请注意，其他 ISS 合作伙伴提供自己的运输和有效载荷。
- 商业载人航天计划 - 支持波音和 SpaceX 开发美国商业载人航天运输。航班预计将在 2017 年开始。
空间和飞行支持 - 这包括其他运营活动，包括通信网络、发射服务、推进测试和载人航天。
- 空间通信和导航 - 为所有 NASA 航天器运营通信网络和导航服务。它包括用于远程通信的深空网络、NASA 拥有的同步轨道跟踪和数据中继卫星，以及开发用于更高数据速率的未来激光通信。
- 载人航天飞行操作 - 提供宇航员机组人员培训以及健康和安全监控。
- 发射服务 - 管理消耗性运载火箭计划。单个火箭的实际成本包含在需要它们的项目或任务中，而合同和发射场运营则在此处获得资金。
- 火箭推进测试 - 运营四个火箭发动机测试设施。
- 支持活动（28.7 亿美元）
NASA 预算的这部分涵盖了与特定项目或计划无关的一般人员和支持。它包括公共教育活动、机构人员、设施建设和维护以及监察长。
教育 - 与各级教育机构、博物馆和科学中心互动，以促进对科学、技术、工程和数学的兴趣和计划。
安全、安保和任务服务 - 运营 NASA 中心和总部，包括 17,300 名机构人员和 IT。
建筑 - 包括新建、拆除、环境合规以及现有建筑物和其他设施的维修。
未来项目
[edit | edit source]2014 年 NASA 战略计划 提供了他们计划的未来目标的总体描述。这些包括
扩展太空中的知识、能力和机遇的前沿
- 将人类的存在扩展到太阳系，并到达火星表面。
- 在国际空间站进行研究。
- 利用美国商业能力将货物和人员送入太空。
- 了解太阳及其与地球和太阳系的相互作用。
- 确定太阳系的组成、起源和演化，以及其他地方存在生命的可能性。
- 发现宇宙是如何运作的，探索宇宙是如何起源和演化的，并寻找其他恒星周围行星上的生命。
- 完善跨领域和创新的空间技术。
了解地球，并开发技术来改善我们家园星球上的生活
- 推进航空研究，以实现安全和可持续的航空。
- 推进对地球作为一个系统的了解。
- 优化技术投资，开放创新，并将技术注入到国家利益中。
- 推进 STEM 教育和人才队伍建设。
管理机构的人员、技术能力和基础设施。
这包括吸引熟练的劳动力、创新的工作环境以及必要的设施、工具、IT、服务和能力。它还包括维护安全
一般目标与实际或可能获得资金并建成的项目并不相同。关于未来五年的更详细内容，可以在年度预算请求中找到，例如 **2017财年预算**。当前和即将进行的项目持续时间通常超过5年的预算期限。因此，各个机构办公室和项目通常拥有更长一些的计划和时间表。美国宇航局的资金以年度为基础，因此在一定程度上不可预测。研究和技术开发的本质，即发现新事物，也是不可预测的。因此，详细的长期规划没有意义。相反，设定了长期目标和方向，并在大约5年前制定了详细计划。此外，对未来项目的具体计划会立即引发美国国会的资金问题，国会必须批准这些项目的资金。