[论文解读] A Vigorous Explorer Program

Martin Elvis, Matthew Beasley+48 more|ArXiv.org|Nov 17, 2009

Spacecraft Design and Technology被引用 5

一句话总结

本白皮书提议通过解决成本、风险和管理低效问题，振兴美国国家航空航天局（NASA）的天体物理学探索者计划，以实现年度发射。该计划倡导加强技术研发、优化项目管理，并合理设定成本上限，以最大化每美元投入的科学回报，基于该计划在诺贝尔奖级发现方面的卓越历史记录。

ABSTRACT

Explorers have made breakthroughs in many fields of astrophysics. The science from both these missions contributed to three Nobel Prizes - Giacconi (2002), Mather, and Smoot (2006). Explorers have: marked the definitive beginning of precision cosmology, discovered that short gamma-ray bursts are caused by compact star mergers and have measured metalicity to redshifts z>6. NASA Explorers do cutting-edge science that cannot be done by facility-class instruments. The Explorer program provides a rapid response to changing science and technology, to enable cutting-edge science at moderate cost. Explorers also enable innovation, and engage & train scientists, managers and engineers, adding human capital to NASA and the nation. The astrophysics Explorer launch rate now being achieved is 1 per 3 years, and budget projections are in the $150M/year range for the next five years. A newly Vigorous Explorer Program should be created to: 1. Reach the long-stated goal of annual astrophysics launches; 2. Find additional launch options for Explorers and actively encourage cost savings in launchers and spacecraft, such as new commercial vehicles and innovative partnerships. 3. Mitigate risk via stronger technical development and sub-orbital programs, and through longer, more thorough, Phase A programs, potentially reducing the need for a 30% contingency; 4. Strive to protect the funding for missions that have reached Phase B, to prevent significant launch slips and cancellations, with a goal of 4 to 5 years from Phase B to launch; 5. Review the project management procedures and requirements to seek cost reductions, including the risk management strategy and the review and reporting process; 6. Review and possibly modify the cost caps for all Explorer classes to optimize scientific returns per dollar. [ABRIDGED]

研究动机与目标

• 在多年发射频率降低后，恢复天体物理学探索者计划的年度发射节奏。
• 通过改进技术研发、亚轨道飞行测试以及延长A阶段研究，降低任务成本和风险。
• 通过确保稳定资金和4至5年发射路径，保护处于B阶段的任务免遭取消或延迟。
• 审查并简化项目管理程序，包括风险评估与报告，以减少管理成本并提高效率。
• 重新评估不同探索者类别（如小型、中型、大型）的成本上限，以优化每美元投入的科学产出。

提出的方法

• 提出聚焦于利用现有及新兴商业运载火箭，实现快速、低成本的任务开发。
• 加强技术研发和亚轨道飞行测试，以在全规模开发前降低飞行任务的风险。
• 延长A阶段任务设计周期，以进行更全面的设计与风险分析，从而可能减少对30%应急储备金的需求。
• 实施项目管理要求的审查，以减少官僚成本并提升响应速度。
• 重新评估不同探索者类别（如小型、中型、大型）的成本上限，使其与科学潜力和成本效率相匹配。
• 鼓励创新合作与技术共享，以降低任务成本并加速开发周期。

实验结果

研究问题

• RQ1 天体物理学探索者计划如何在保持科学卓越性和成本控制的前提下实现年度发射？
• RQ2 哪些技术和管理改进措施可降低任务风险，并消除对大额应急储备金的需求？
• RQ3 如何确保B阶段任务的资金稳定性，以防止发射延迟或任务取消？
• RQ4 项目管理与报告程序的哪些调整可提高效率，同时不损害任务质量？
• RQ5 如何调整不同探索者类别之间的成本上限，以实现每美元投入的最大科学回报？

主要发现

• 当前每三年一次的探索者任务发射频率不足以实现该计划的科学潜力和长期目标。
• 该计划拥有经验证的高影响力科学成就，包括对三项天体物理学诺贝尔奖的贡献。
• 通过延长并加强A阶段研究以及提升技术研发，减少30%应急储备金是可行的。
• 通过稳定资金保护B阶段任务，可将发射周期缩短至4至5年，从而提高任务可预测性。
• 重新审视不同探索者类别之间的成本上限，可通过将资金与任务潜力相匹配，实现更高的每美元科学回报。
• 采用新型商业运载火箭和创新合作模式，可显著降低发射成本并提升任务灵活性。