第 1.9 節 - 現有專案
太空系統設計師應該瞭解現有專案和方案，以避免重複工作，瞭解當前技術水平，作為提高的技術基線，並作為比較點來證明新專案的必要性。專案和方案可以按以下類別進行分類：資金型別 - 政府、商業或非營利部門；時間 - 過去、當前和擬議的未來；以及按專案型別 - 科學和探索、通訊、旅遊、採礦等。不同部門和專案之間存在重疊和相互作用。例如，政府專案從商業實體採購裝置和服務，併為非營利專案提供資金。另一個重疊是運載火箭專案為不同的有效載荷專案提供運輸。
維基百科有關於航天的廣泛文章列表（另見該頁面上的類別、門戶和維基專案連結），更具體的列表和時間線，以及分類的航天導航框（用於文章中連結到相關文章）。這些資訊可以用來了解各種專案和方案的背景資訊。根據UCS 衛星資料庫，截至 2015 年 8 月，估計有 1305 顆執行中的航天器在地球軌道上。此外，大約有 20 個活躍的太陽系探測器超出了地球軌道，以及 6 艘位於太陽-地球拉格朗日點的航天器。後者不包括位於各種拉格朗日點的許多自然天體。除了現役的航天器，還有大量的由人類製造的太空垃圾，幾乎都在地球軌道上。它們可以被視為危險或資源。最後，還有太陽系的所有自然天體，它們可以被視為探索目的地、可利用的資源或需要處理的危險，例如輻射帶和源頭。
截至 2015 年，有七十個民用政府航天機構，它們進行自己的太空專案和方案，或以某種方式參與其中。還有一些軍事專案和方案，但由於保密性，它們的數量和活動尚不確定。以下各節涵蓋了一些更重要的專案，但並非詳盡無遺。它主要列出了與太空直接相關的專案。其他領域，例如材料科學，可以開發新的結構合金，這些合金可以用於太空，但這不是該領域的主要目標。對於許多與太空關係不太密切的領域，我們不會在這裡列出它們。如果您需要有關這些主題的資訊，有許多線上、圖書館和學術資料可以作為研究的起點。然而，其他領域很重要，因為科學和技術的總體進步會影響您在太空專案中可以做的事情。
我們將從美國以外的主要國家和國際機構開始，按照年度預算的順序排列，大約是按照年度預算的順序排列。這是近似的，因為匯率會波動，機構的預算以其本國貨幣計算也會波動。
歐洲航天局（ESA）是一個由 22 個成員國組成的政府間組織。它在 2015 年的預算為 44.3 億歐元，或 51.5 億美元。它成立於 1975 年，並在法屬蓋亞那經營著一個航天發射場，設計運載火箭和一些獨立的航天器，並參與國際專案和方案。該航天發射場位於歐洲以外，出於安全和發射效能方面的考慮。成員國通常將太空專案的資金分配到 ESA 和國內專案之間。
俄羅斯聯邦航天局是俄羅斯目前的太空科學和航空航天機構。它在 2015 年的預算為 1865 億盧布，或以美元計算為 24 億至 37 億美元。由於匯率大幅波動，美元金額會變化。在蘇聯解體之前，蘇聯太空計劃有著悠久的歷史，始於 1930 年代，在此之前還有一些著名的理論工作。該計劃有很多顯著的第一次，並在今天仍在一些領域繼續進行，例如參與國際空間站（ISS）。在蘇聯時期，軍事和民用太空活動沒有分開，並且非常保密。
日本宇宙航空研究開發機構是日本的國家航天機構。它在 2013 年的預算為 2110 億日元，或 20 億美元。它已經建造了許多太空科學任務，並參與了像 ISS 這樣的國際專案。
美國政府是太空專案的主要資金來源和運營者。資金最終來自全國透過稅收。資金每年透過美國國會撥給幾個行政部門。美國政府的活動一般透過每年釋出的總統航空航天報告進行報道。該檔案中的預算數字可能不包括機密的軍事專案，因此我們可以說政府的總額為 300 億美元或更多。
美國國家航空航天局，或NASA，是美國政府的主要民用航天機構。它最初成立於 1958 年，目前根據第 51 章——國家和商業太空專案（2010 年 12 月 18 日第 111-314 號公共法）授權。資金由美國國會每年撥款用於運營 NASA。對於 2016 年，它包含在H.R. 2029的第 74-77 頁。NASA 總部設在華盛頓特區，目前擁有 17,345 名員工和一些中心和設施。它約 193 億美元的年度預算很大一部分用於合同工作。維基百科有一個關於NASA 專案文章列表，以及NASA 任務頁面列出了過去、當前和未來的任務。
1958年，當美國決定成立 NASA 作為民用機構時，它從國防部和之前存在的 **國家航空諮詢委員會**（成立於 1915 年）繼承了設施和人員。該機構的 **歷史辦公室** 出版了一部涵蓋 1915 年至 1990 年的自傳。它最初以紙質形式出版，名為 NASA 特別出版物 SP-4406，然後以線上形式出版，名為 **Orders of Magnitude**，還可以作為 **PDF 檔案** 獲取。該辦公室還出版了許多其他歷史出版物。在識別任何內部編寫的歷史中的偏見時應謹慎，但事實資料很可能是正確的。
**當前和最近的預算** 頁面從財務角度提供了有關最近和當前活動的資料。該頁面上的 **2017 年完整預算估計** 以及“往年預算”部分中過去幾年的類似預算，也提供了正在進行專案的詳細說明。
NASA 在三個主要任務部門下運作。**航空研究部門** 運營著多個測試設施和研究專案。其中一些專案適用於太空發射。**科學任務理事會** 管理著許多與地球科學、太陽物理學（太陽和太空環境）、行星科學和天體物理學相關的專案和任務。最後，**人類探索與運營理事會** 開發和運營著眾所周知的載人航天專案，以及與人類探索相關的鮮為人知的科學和技術專案。2016 年的資金分配（以美元/年計）和主要專案包括：
- 科學研究（55.9 億美元）
**NASA 科學** 專案包括地球科學、行星科學、天體物理學和太陽物理學專案部門，還包括 NASA 為其他政府機構（NOAA 和 USGS）執行的衛星工作。由 NASA 資助的天文和行星科學專案的科學和技術引數在下面列出，屬於非營利專案，原因如下：作為資料終端使用者的科學家通常來自大學和其他非營利機構，地球專案通常有多個資金來源，而科學專案作為整體更容易理解，而不是根據資助機構進行劃分。預算和組織細節在本節中註明。
**地球科學** - 該部門的目標是研究地球，但航天器硬體和儀器通常與其他地點所需類似。除了下面提到的具體專案外，該部門還資助資料存檔、組織和交付、先進技術開發以及將資料應用於人類需求。
- **地球科學研究** - 旨在瞭解地球及其組成部分、相互作用、變化以及這些變化如何影響生命的科學研究。它包括大量用於對衛星和其他儀器生成的龐大資料進行建模和分析的高效能計算工作。
- **地球系統任務** - 這是一個地球觀測研究衛星任務的集合，這些任務收集有關整個地球的不同型別的資料。一些專案是 NASA 與其他美國機構或其他國家機構的聯合專案。新的衛星包括 **水面和海洋地形** 和 **NASA-ISRO 合成孔徑雷達**。它還包括運營眾多現有的衛星和儀器，以及對收集資料的科學分析。
- **地球系統科學先驅者** - 這些是旨在收集地球資料、利用新的和新興的優先事項和技術的小型到中等規模的專案和衛星。
- **風險等級任務** - 這包括亞軌道、小型任務以及用於地球科學研究的儀器。
**行星科學** - 該部門的目標是研究太陽系的組成、起源、演化以及生命存在的可能性，以及我們太陽系以外的行星系統。為了獲得比從遠處觀察（即天文學）更好的資料，它對每個天體都採用了一種漸進的策略，包括飛掠、軌道執行、著陸、漫遊和樣本返回。通常情況下，天文學是最初發現新天體的方式，儘管該部門內的 **近地天體計劃** 的目標是找到大小在 140 米以下的距離地球較近且可能具有危險的天體。它資助一般科學研究和技術開發專案，以及下面提到的具體航天器和任務組。
- **發現計劃** - 這包括開發時間較短的相對較小的任務。它包括研究穀神星的 **黎明** 宇宙飛船、**洞察號** 火星著陸器以及 **月球勘測軌道飛行器** 任務。
- **新前沿** - 這包括中等規模、高優先順序科學任務，包括 **新視野** 冥王星飛掠任務、**朱諾** 木星軌道飛行器以及 **歐西里斯-REx** 近地天體樣本返回任務。
- **火星探索** - 該專案旨在透過一系列增量任務來了解火星過去、現在和未來的宜居性。它包括對 **火星奧德賽** 和 **火星偵察** 軌道飛行器、**MAVEN** 大氣取樣器以及 **機遇號** 和 **好奇號** 表面漫遊車的持續運營。正在開發的是 **火星 2020 漫遊車**。
- **外行星和海洋世界** - 該專案旨在瞭解外太陽系的起源和演化。它包括對土星的 **卡西尼** 任務、對木星衛星木衛二進行研究的 **木衛二任務** 的開發、科學研究以及對未來任務的規劃。
- **技術** - 該專案開發了用於未來行星任務的改進技術。它目前包括電力推進、放射性同位素發生器和任務管理軟體方面的專案。
**天體物理學** - 該部門的研究領域包括整個宇宙、星系、恆星和行星的演化，以及系外行星的特徵、宜居性和生命存在情況。它資助 NASA 任務的一般研究和資料分析，以及以下具體專案：
- **宇宙起源** - 該專案調查宇宙及其組成部分的演化。主要專案包括 **哈勃太空望遠鏡**、**SOFIA** 機載望遠鏡以及 **斯皮策** 紅外望遠鏡。
- **宇宙物理學** - 研究宇宙在極端條件下的行為。它支援兩個正在執行的任務：**費米** 伽馬射線望遠鏡和 **錢德拉** X 射線天文臺，以及支援的科學和技術工作。
- **系外行星探索** - 搜尋並試圖描述我們太陽系以外的行星。大部分此類研究是在凱克和 LBT 等地面望遠鏡上進行的，但該專案包括 **開普勒** 太空望遠鏡，這是一項專門的行星發現任務。**WFIRST** 大型太空望遠鏡的開發工作處於早期階段。該專案包括用於未來儀器和任務的科學和技術開發。
- **天體物理學探索者** - 該專案為小型、專門的科學任務提供資金。當前專案包括 **TESS** 系外行星巡天望遠鏡、參與國際專案以及對一些先前任務的持續運營。
**詹姆斯·韋伯太空望遠鏡** - 這是一臺口徑為 6.5 米的紅外太空望遠鏡，是迄今為止最大的紅外望遠鏡。目前計劃於 2021 年 10 月發射。該專案極高的成本（總計 100 億美元）引起了國會的密切關注，並與天體物理學科學預算的其他部分分開跟蹤。
**太陽物理學** - 該部門研究太陽、天體之間的太空環境以及圍繞行星的太空環境。與其他科學部門一樣，它資助主題科學研究、資料分析和存檔以及下面提到的更具體的專案。該部門還資助亞軌道發射以及對先前發射的衛星的持續運營。這包括兩艘 **旅行者** 宇宙飛船，它們已經完成了行星科學工作，現在主要收集有關太空環境的資料。
- 航空研究（6.4 億美元）
NASA **航空** 研究部門致力於改進航空和高速飛行。從太空進入、下降和著陸透過大氣層的研究在其他地方，在太空技術領域進行。除了一般管理、創新和教育活動外，具體專案還包括：
- **空域運營與安全** - 進行研究和開發，以提高國家空域系統的吞吐量、效率和安全性。
- **先進航空器** - 進行新一代民用飛機的研究，包括超音速和高超音速技術。請注意，美國國防部也為軍事目的開展了類似工作。
- **整合航空系統** - 專注於使用整合系統、飛行測試範圍和飛機進行的實驗飛行研究。這補充了用於分析和模擬的高效能計算以及風洞和推進測試設施中的物理測試。測試與國防部協調，國防部擁有類似的設施和測試需求。
- 轉型航空概念 - 從最初的概念到小型地面和飛行測試，徵集和研究多學科和革命性的想法。它還推動計算和實驗工具和技術的發展。
- 空間技術（6.86 億美元）
此類別資助從非常早期的概念到飛行演示的空間技術開發，之後將將其納入運營計劃。它由首席技術官辦公室（OCT）管理。實際工作是在美國宇航局中心以及商業和非營利部門進行的。OCT 制定路線圖來規劃他們的工作，這些路線圖在2012 年報告中由獨立的國家科學院進行了審查，並指導了資金計劃。除了促進技術在 NASA 專案之間以及在其他機構和整個社會中的外部轉移之外，具體專案還包括
- 小型企業和技術轉讓計劃 - 這些是競爭性地授予的合同，用於對小型（少於 500 名員工）企業進行創新技術。它們從最初的優點和可行性到商業化。
- 早期階段投資組合 - 投資約 400 項基礎和應用研究以及早期技術開發活動。這包括外部研究撥款和創新概念、NASA 中心內部創新以及百年挑戰獎競賽。
- 改變遊戲規則的開發 - 將技術從早期階段發展到飛行演示。它包括機器人、製造和材料等硬體主題。它還包括進入、下降和著陸等任務主題；未來推進和動力，以及目的地系統和儀器。
- 技術演示任務 - 使用原型和演示單元在相關空間環境中演示操作就緒狀態。目前的示例包括衛星維修、深空光學通訊和原子鐘、小型推進器的無毒推進劑、太陽能電力推進、超音速減速器、複合材料、長期低溫學、太空機器人制造和組裝以及小型航天器技術。
- 載人航天探索（40.3 億美元）
該預算賬戶的重點是人類探索低地球軌道以外的空間以及前往現有國際空間站 (ISS) 的運輸。該計劃基於2010 年 NASA 授權法案中的目標。
探索系統開發 - 大約四分之三的探索資金用於該標題下的三個主要專案
- 獵戶座多用途載人飛船 - 這是一種模組化的發射中止系統、乘員艙和服務艙，專為長時間深空任務而設計。它目前正在由洛克希德·馬丁公司為 NASA 開發，並在 2014 年進行了早期飛行測試。並在 2018 年 11 月在 SLS 上進行無人發射。
- 太空發射系統 (SLS) - 這是一種重型運載火箭，用於發射超出低地球軌道的有效載荷。初始設計使用已使用的太空梭計劃SSME (RS-25) 發動機和改進的太空梭固體火箭助推器 用於下級，以及RL10 第二級發動機。承包商包括波音、Aerojet Rocketdyne 和軌道 ATK。第一次發射計劃在 2018 年 11 月進行。
- 探索地面系統 - 為肯尼迪航天中心的 SLS 特定發射場部分提供資金。這項工作與 SLS 開發同步進行。
載人航天研究計劃 - 進行研究並開發技術，使人類能夠安全高效地在太空環境中旅行。2015 年的撥款為 1.42 億美元。
先進探索系統 - 為未來人類任務的優先順序專案提供資金。工作領域包括生命支援、深空棲息地、先進推進、著陸系統以及資源勘探和處理。2015 年的撥款為 1.89 億美元，但預計未來幾年將大幅增加。
- 空間執行（50.3 億美元）
預算的這一部分包括運營國際空間站、空間通訊網路以及地球上的發射和測試操作。
國際空間站 (ISS) - 正如名稱所示，這是一個國際計劃。該計劃涵蓋 NASA 資助的部分，2015 年為 15.2 億美元。該計劃預計將持續到 2022 財年。ISS 的一個國內目的是促進地球軌道上的商業研究和運輸。該計劃內的任務包括
- ISS 系統執行和維護 - 負責與 6 名機組人員一起組裝、運營和維護 ISS。這包括任務規劃、地面監控和通訊、備件和物流、機組人員培訓、任務整合（分配所有軌道資源）、處理系統故障以及安全和任務保證。
- ISS 研究 - 資助從軌道環境中受益的生物和物理研究。主要研究領域包括人類微重力影響、植物和微生物學、流體、熱學和粒子物理、燃燒和材料加工。它也是地球和空間觀測的平臺，儘管在這方面並不獨特。ISS 也被用作機器人、生命支援和防火安全技術的演示平臺。美國部分空間站被指定為ISS 國家實驗室。
太空運輸 - 該計劃為宇航員、科學實驗、物資、維修硬體、推進劑當前和未來前往地球軌道的運輸以及廢物返回提供服務。目前的目的地是 ISS。2015 年的撥款為 22.5 億美元。
- ISS 機組人員和貨物運輸 - 從軌道 ATK、SpaceX、Sierra Nevada、波音和俄羅斯聯邦航天局採購前往 ISS 的商業運輸。請注意，其他 ISS 合作伙伴提供自己的運輸和有效載荷。
- 商業載人航天計劃 - 支援波音和 SpaceX 開發美國商業載人航天運輸。航班預計將在 2017 年開始。
空間和飛行支援 - 這包括其他運營活動，包括通訊網路、發射服務、推進測試和載人航天。
- 空間通訊和導航 - 為所有 NASA 航天器運營通訊網路和導航服務。它包括用於遠端通訊的深空網路、NASA 擁有的同步軌道跟蹤和資料中繼衛星，以及開發用於更高資料速率的未來雷射通訊。
- 載人航天飛行操作 - 提供宇航員機組人員培訓以及健康和安全監控。
- 發射服務 - 管理消耗性運載火箭計劃。單個火箭的實際成本包含在需要它們的專案或任務中，而合同和發射場運營則在此處獲得資金。
- 火箭推進測試 - 運營四個火箭發動機測試設施。
- 支援活動（28.7 億美元）
NASA 預算的這部分涵蓋了與特定專案或計劃無關的一般人員和支援。它包括公共教育活動、機構人員、設施建設和維護以及監察長。
教育 - 與各級教育機構、博物館和科學中心互動，以促進對科學、技術、工程和數學的興趣和計劃。
安全、安保和任務服務 - 運營 NASA 中心和總部，包括 17,300 名機構人員和 IT。
建築 - 包括新建、拆除、環境合規以及現有建築物和其他設施的維修。
未來專案
[edit | edit source]2014 年 NASA 戰略計劃 提供了他們計劃的未來目標的總體描述。這些包括
擴充套件太空中的知識、能力和機遇的前沿
- 將人類的存在擴充套件到太陽系，併到達火星表面。
- 在國際空間站進行研究。
- 利用美國商業能力將貨物和人員送入太空。
- 瞭解太陽及其與地球和太陽系的相互作用。
- 確定太陽系的組成、起源和演化，以及其他地方存在生命的可能性。
- 發現宇宙是如何運作的，探索宇宙是如何起源和演化的，並尋找其他恆星周圍行星上的生命。
- 完善跨領域和創新的空間技術。
瞭解地球，並開發技術來改善我們家園星球上的生活
- 推進航空研究，以實現安全和可持續的航空。
- 推進對地球作為一個系統的瞭解。
- 最佳化技術投資，開放創新，並將技術注入到國家利益中。
- 推進 STEM 教育和人才隊伍建設。
管理機構的人員、技術能力和基礎設施。
這包括吸引熟練的勞動力、創新的工作環境以及必要的設施、工具、IT、服務和能力。它還包括維護安全
一般目標與實際或可能獲得資金並建成的專案並不相同。關於未來五年的更詳細內容，可以在年度預算請求中找到，例如 **2017財年預算**。當前和即將進行的專案持續時間通常超過5年的預算期限。因此，各個機構辦公室和專案通常擁有更長一些的計劃和時間表。美國宇航局的資金以年度為基礎，因此在一定程度上不可預測。研究和技術開發的本質，即發現新事物，也是不可預測的。因此，詳細的長期規劃沒有意義。相反，設定了長期目標和方向，並在大約5年前制定了詳細計劃。此外，對未來專案的具體計劃會立即引發美國國會的資金問題，國會必須批准這些專案的資金。