吳勤 張夢湉 （北京航天情報與信息研究所）

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美國商業(yè)航天發(fā)展分析

吳勤 張夢湉 （北京航天情報與信息研究所）

當前，美國商業(yè)航天正處于快速發(fā)展的新階段，其業(yè)務范圍正從傳統(tǒng)的商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射、商業(yè)衛(wèi)星應用，擴展到政府從私營企業(yè)購買商業(yè)發(fā)射服務和發(fā)展商業(yè)載人航天飛行等領域，以美國太空探索技術公司（SpaceX）、軌道科學公司（OSC，現(xiàn)更名為軌道-阿連特技術系統(tǒng)公司，簡稱軌道-ATK公司）、天空盒子成像公司（Skybox lmaging）等為代表的新興航天企業(yè)快速崛起，以谷歌公司（Google）為代表的互聯(lián)網(wǎng)巨頭也開始進軍航天。商業(yè)航天發(fā)展的新思維、新理念與新模式對傳統(tǒng)航天產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了巨大沖擊和影響。

1　美國商業(yè)航天發(fā)展總體態(tài)勢

商業(yè)航天持續(xù)增長

美國航天基金會2015年6月發(fā)布的《航天報告》顯示，2008-2014年全球航天經(jīng)濟總量增長了33%，達到3300億美元，增長的大部分因素源自商業(yè)航天。2014年，航天領域商業(yè)產(chǎn)品、服務、基礎設施和保障行業(yè)占全球航天經(jīng)濟總量的76%，其余為政府開支。

美國衛(wèi)星工業(yè)協(xié)會2015年5月發(fā)布的《衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)狀況》報告顯示，2014年全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)總收入達到2030億美元，2009-2014年，全球衛(wèi)星服務收入由928億美元增長至1229億美元，增幅為32.4%。其中，大眾消費通信服務收入由753億美元增長至1009億美元，增幅為34%；固定通信服務收入由144億美元增長至171億美元，增幅為19.1%；移動通信服務收入由22億美元增長至33億美元，增幅為50%；對地觀測服務收入由10億美元增長至16億美元，增幅為60%。

2014年全球航天經(jīng)濟狀況及占比

政府主導大力扶持

近年來，美國政府大力支持商業(yè)航天的發(fā)展，要求國家安全和民用部門最大限度地采用美國商業(yè)航天能力，從政策、資金、技術等多方面給予全方位扶持。在政府的支持下，美國太空探索技術公司、軌道科學公司等一批新興航天企業(yè)快速崛起，迅速填補了美國空間能力的缺口，成為空間領域令人矚目的新明星。

1）各類政策大力倡導發(fā)展商業(yè)航天。進入21世紀以來，美國先后三屆總統(tǒng)專門委員會都對政府的航天計劃進行了考察，得出的共同結(jié)論是發(fā)展商業(yè)載人航天非常迫切。美國2010年的新版《國家空間政策》中提出要利用商業(yè)航天產(chǎn)品和服務滿足政府需求，推廣對美國商業(yè)航天產(chǎn)品與服務的購買和使用。2013 年11月，美國發(fā)布了新版《國家航天運輸政策》，該政策中“商業(yè)”一詞出現(xiàn)了27次、“私營”一詞出現(xiàn)了11次，并專門提出要鼓勵并采取切實可行的措施推動商業(yè)航天運輸業(yè)的發(fā)展，充分體現(xiàn)了美國政府對商業(yè)航天的重視，以及對私營公司參與發(fā)射任務的鼓勵和支持。2015年5月20-21日，美國參、眾兩院分別通過與商業(yè)航天發(fā)展相關的《商業(yè)航天發(fā)射競爭力法》、《鼓勵私營航空航天競爭力與創(chuàng)業(yè)法》等議案，旨在為商業(yè)航天發(fā)展營造好的政策環(huán)境。此外，美國還制定了《航天現(xiàn)代投資法》、《商業(yè)航天法》、《商業(yè)航天發(fā)射法》等一系列相應的配套政策，有力推動了美國商業(yè)航天的發(fā)展。

2014年全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)收入情況

2）推出多項商業(yè)航天支持資助計劃。美國政府出臺了一系列支持商業(yè)航天發(fā)展的具體規(guī)則和一攬子資助計劃，主要包括空間行動協(xié)議、商業(yè)載人航天與貨物運輸計劃、商業(yè)軌道運輸服務、商業(yè)補給服務、商業(yè)載人航天方案和商業(yè)載人一體化能力計劃等。美國太空探索技術公司僅從美國航空航天局（NASA）的“商業(yè)補給服務”（CRS）項目就獲得了16億美元的經(jīng)費。2014年12月，NASA還向美國太空探索技術公司、阿連特技術系統(tǒng)公司（ATK）、終極前沿設計公司（FFD）、聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司（ULA）4家美國公司授予了《商業(yè)太空能力合作協(xié)議》。正是在這些資助計劃下，美國太空探索技術公司、軌道科學公司等新興航天企業(yè)得以不斷發(fā)展。

3）給予新興航天企業(yè)多項技術扶持。除了政策、資金的支持，美國NASA、空軍對新興商業(yè)航天企業(yè)進行了大量技術扶持與轉(zhuǎn)移。NASA利用自身技術優(yōu)勢加強對太空探索技術公司的技術指導，通過直接派駐技術人員和專利轉(zhuǎn)讓等方式幫助其發(fā)展和驗證關鍵技術；NASA開放了“阿波羅”（Apollo）計劃的部分技術，以支持新興商業(yè)企業(yè)參與空間活動，比如，“獵鷹”（Falcon）系列火箭的“灰背隼”（Merlin）發(fā)動機采用了“阿波羅”計劃登月艙下降級發(fā)動機的噴管；美國空軍將夸賈林群島的里根試驗中心發(fā)射場、范登堡空軍基地的SLC-40發(fā)射場提供給美國太空探索技術公司用于發(fā)射“獵鷹”火箭。

“獵鷹”火箭進行整流罩分離測試

發(fā)展模式日趨靈活

商業(yè)航天的發(fā)展在產(chǎn)品、投資、服務和生產(chǎn)制造等方面與傳統(tǒng)航天發(fā)展思路不同，快速響應用戶需求和以低廉價格贏得市場是商業(yè)航天快速崛起的根本。

利用現(xiàn)有的成熟技術和貨架式產(chǎn)品，在高效的組織管理模式下打造市場上價格低廉的商業(yè)航天運輸系統(tǒng)，是美國太空探索技術公司商業(yè)模式的核心。獵鷹-9火箭的標準發(fā)射費用為0.56億美元，是美國同類運載火箭發(fā)射費用的1/3；獵鷹重型-9（Falcon Heavy-9）火箭發(fā)射報價約為1億美元，同級別的重型德爾他-4（Delta-4）火箭則高達3.5億美元；在研發(fā)費用上，NASA發(fā)布的報告稱，如果同樣一枚獵鷹-9火箭由NASA研發(fā)至少要13億美元，而美國太空探索技術公司僅花費不到4億美元。該公司憑借低廉的產(chǎn)品費用贏得了航天市場的青睞，其獵鷹-9火箭已獲得了未來5年全球38個發(fā)射合同，其中除政府的14個外，24個來自國際商業(yè)發(fā)射市場。2015年5月，美國太空探索技術公司經(jīng)過積極爭取，還獲得了執(zhí)行美國軍用航天發(fā)射任務的資格。

在商業(yè)衛(wèi)星應用方面，涌現(xiàn)出天空盒子成像公司、行星實驗室公司（Planet Labs）等一批提供衛(wèi)星遙感服務的新興企業(yè)，在產(chǎn)品、投資、服務和生產(chǎn)等方面采用與傳統(tǒng)企業(yè)迥然不同的經(jīng)營模式，從按需訂購、等待交付向?qū)崿F(xiàn)快速訪問轉(zhuǎn)變，從出售數(shù)據(jù)向出售信息以及提供云服務轉(zhuǎn)變，以移動終端為平臺構建全球數(shù)據(jù)接收分發(fā)網(wǎng)。2014年8月，美國數(shù)字地球公司（DigitalGlobe）發(fā)射了全球分辨率最高的商業(yè)成像衛(wèi)星—世界觀測-3（WorldView-3）。美國將商業(yè)對地觀測衛(wèi)星圖像分辨率限制降為0.25m，進一步促進了美國商業(yè)成像衛(wèi)星業(yè)務的發(fā)展。

美國軍方也充分認識到商業(yè)航天的巨大應用價值，積極推動利用商業(yè)衛(wèi)星搭載軍用載荷。2014年7月，美國空軍授予14家公司“寄宿有效載荷解決方案”（HoPS）合同，研究在商業(yè)衛(wèi)星上搭載軍用有效載荷的標準化程序與接口，以實現(xiàn)利用商業(yè)衛(wèi)星快速、靈活地搭載軍用有效載荷的目標。此項舉措的推行將引入大量商業(yè)公司參與競爭，成為美國商業(yè)航天新的發(fā)展方向。

測試中的12顆O3b衛(wèi)星

與互聯(lián)網(wǎng)跨界融合

在全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革形勢下，互聯(lián)網(wǎng)正在深刻影響世界航天，特別是商業(yè)航天的發(fā)展。近年來，“航天+互聯(lián)網(wǎng)”的跨界融合已成為商業(yè)航天新的發(fā)展趨勢，互聯(lián)網(wǎng)正在對航天發(fā)展產(chǎn)生顛覆性的創(chuàng)新。其主要體現(xiàn)在：運用互聯(lián)網(wǎng)思維發(fā)展商業(yè)航天，運用互聯(lián)網(wǎng)平臺提供應用服務，探索建立太空互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)進軍航天市場等。

（1）運用互聯(lián)網(wǎng)思維發(fā)展商業(yè)航天

新興航天企業(yè)運用互聯(lián)網(wǎng)思維顛覆了傳統(tǒng)航天發(fā)展思路，“敏捷快速、低價可靠、平臺共享、專注極致”等均在商業(yè)航天發(fā)展上有所體現(xiàn)。

例如，美國太空探索技術公司敏銳地預測到開展低成本航天活動的發(fā)展趨勢，用互聯(lián)網(wǎng)思維把用戶的需求轉(zhuǎn)化為發(fā)展方向。通過優(yōu)化設計與測試流程，應用“灰背隼”發(fā)動機、液氧/煤油推進劑等簡單實用的成熟技術和產(chǎn)品，采用動力冗余技術，執(zhí)行嚴格的質(zhì)量監(jiān)管程序和試驗計劃等方式，實現(xiàn)了航天產(chǎn)品低成本和高可靠性的完美結(jié)合。美國太空探索技術公司通過平臺共享的思維，充分利用了NASA這個優(yōu)勢平臺，彌補了自身薄弱環(huán)節(jié)，做到不求所有、但求所用。其發(fā)展中大量采用了NASA的成熟可靠性技術、專利以及測試臺。

（2）運用互聯(lián)網(wǎng)平臺提供應用服務

隨著互聯(lián)網(wǎng)與移動互聯(lián)技術的發(fā)展，一批新興商業(yè)航天企業(yè)紛紛借助互聯(lián)網(wǎng)平臺提供相關衛(wèi)星應用服務。例如，天空盒子成像公司利用衛(wèi)星圖像或視頻數(shù)據(jù)，建立一種全新的關于地球的大數(shù)據(jù)庫，匯集所有相關衛(wèi)星數(shù)據(jù)，包括公司自身的衛(wèi)星圖像和公共衛(wèi)星圖像等；基于互聯(lián)網(wǎng)平臺向客戶提供類似亞馬遜公司（Amazon）云服務的地球數(shù)據(jù)云服務，用戶通過付費便可利用這些資源來建立自己的算法，開發(fā)適于自己的應用。該公司還設計了SkyNode軟件套件，能使用戶在一個用戶友好的網(wǎng)頁平臺上高效地按日程收集圖像、向衛(wèi)星指派任務、下載圖像和處理圖像產(chǎn)品。

（3）積極探索建立太空互聯(lián)網(wǎng)

太空互聯(lián)網(wǎng)成為商業(yè)航天的一個熱點領域，多家公司開展了相關項目與計劃，衛(wèi)星系統(tǒng)也將逐步進入互聯(lián)網(wǎng)應用時代。寬帶衛(wèi)星通信在實現(xiàn)國際/區(qū)域/國內(nèi)靈活的大區(qū)域三維互聯(lián)網(wǎng)覆蓋接入方面的突出作用，使其成為未來發(fā)展的必然趨勢。

2007年成立的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)公司—另外三十億人公司（O3b）現(xiàn)已擁有12顆在軌運行衛(wèi)星，其服務已覆蓋包括熱點地區(qū)、太平洋島嶼、海上鉆井平臺等大片區(qū)域，成為太平洋地區(qū)最大的互聯(lián)網(wǎng)服務供應商。一網(wǎng)公司（OneWeb）2015年1月表示，準備發(fā)射648顆小衛(wèi)星在距地球約1200km的軌道形成一個衛(wèi)星網(wǎng)絡，向地球發(fā)射互聯(lián)網(wǎng)信號，預計2018年運行。該網(wǎng)絡建成后，一網(wǎng)公司將提供更快速、范圍更廣的互聯(lián)網(wǎng)接入服務，這將使該公司成為世界上最先進的互聯(lián)網(wǎng)服務供應商。隨后，美國太空探索技術公司也宣布將投資至少100億美元，用5年左右的時間建立一個約4000顆小型衛(wèi)星組成的全球通信衛(wèi)星系統(tǒng)，提供互聯(lián)網(wǎng)服務。

一網(wǎng)公司準備發(fā)射由648顆小衛(wèi)星組成的星座

（4）互聯(lián)網(wǎng)巨頭進軍航天市場

一方面，航天技術與應用能提供的地球信息、全球互聯(lián)網(wǎng)接入、數(shù)字地球、導航和定位信息等方面應用潛力巨大，其發(fā)展引起了互聯(lián)網(wǎng)巨頭的青睞，谷歌、亞馬遜等互聯(lián)網(wǎng)巨頭開始進軍航天市場；另一方面，許多互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的成功者均將航天作為未來發(fā)展重點，創(chuàng)辦了一批新興航天企業(yè)。

例如，世界上最大的網(wǎng)絡銷售商亞馬遜公司于2000年建立了藍色起源公司（Blue Origin），其主要產(chǎn)品包括發(fā)動機和亞軌道火箭，目前正在與美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司合作，為宇宙神-5（Atlas-5）火箭研制新型發(fā)動機。2014年5月，谷歌公司收購了天空盒子成像公司，這是互聯(lián)網(wǎng)公司首次涉足衛(wèi)星商業(yè)遙感領域。在此次收購前，除谷歌公司外，臉譜公司（Facebook）、亞馬遜公司、蘋果公司（Apple Inc.）等也紛紛表達了收購天空盒子成像公司的意向。思科公司（Cisco）近期與國際通信衛(wèi)星公司（INTELSAT）合作負責“太空路由器”（IRIS）計劃的實施，首臺“太空路由器”已隨國際通信衛(wèi)星-14（Intelsat-14）一起發(fā)射升空。

發(fā)展風險逐漸顯現(xiàn)

航天一直都是高技術、高投入、高風險的事業(yè)，伴隨著商業(yè)航天取得的巨大成就，其風險問題也日益凸顯。近年來發(fā)生的3起事故，給快速發(fā)展的商業(yè)航天蒙上了陰影。以追求利潤為目標的商業(yè)本質(zhì)與傳統(tǒng)航天高質(zhì)量、高可靠性之間的平衡問題已顯得越發(fā)重要。但無論如何，商業(yè)航天已成為不可逆轉(zhuǎn)的長期趨勢。

2014年10月29日，美國軌道科學公司的“安塔瑞斯”（Antares）火箭搭載“天鵝座”（Cygnus）飛船發(fā)射升空后約6s發(fā)生爆炸，船箭盡毀并嚴重破壞了地面發(fā)射設施。2014年11月1日，英國維珍銀河公司（Virgin Galactic）的白騎士-2/太空船-2 （WhiteKnightTwo/SpaceShipTwo）商業(yè)載人亞軌道飛船在美國試飛時出現(xiàn)異常，導致2名飛行員一死一傷。2015年6月28日，美國太空探索技術公司的獵鷹-9火箭在執(zhí)行“國際空間站”貨運補給任務時發(fā)射失敗。此前，獵鷹-9火箭已成功執(zhí)行了18次發(fā)射任務，是高可靠商業(yè)航天的典范，本次發(fā)射失敗使得商業(yè)航天的發(fā)展進一步受到外界質(zhì)疑。如何把握商業(yè)航天低成本、快速響應與傳統(tǒng)航天高質(zhì)量、高可靠性之間的平衡點，成為了當前航天事業(yè)發(fā)展面臨的重要問題。

2　發(fā)展啟示

商業(yè)航天成為新的發(fā)展趨勢

僅僅靠國家、政府投入的傳統(tǒng)航天發(fā)展模式難以為繼，商業(yè)航天作為未來航天發(fā)展的重要組成已漸成發(fā)展大趨勢。商業(yè)航天與傳統(tǒng)航天在發(fā)展理念和發(fā)展模式上截然不同，呈現(xiàn)出快速響應用戶需求、低成本和靈活的批量制造、研發(fā)/生產(chǎn)制造/運營管理各環(huán)節(jié)全面簡化等特點，實現(xiàn)了低成本與高可靠的有機統(tǒng)一。順應商業(yè)航天發(fā)展規(guī)律的新興航天企業(yè)快速崛起，為商業(yè)航天的持續(xù)發(fā)展注入了新的活力。

白騎士-2/太空船-2商業(yè)載人飛船將用于亞軌道太空旅游

政府支持是商業(yè)航天發(fā)展的重要基礎

美國政府從政策、資金、技術等多方面給予了商業(yè)航天全方位的扶持，是其商業(yè)航天快速崛起的重要基礎。近期，美國參、眾兩院還通過了與商業(yè)航天發(fā)展相關的兩項議案，再次表明美國政府積極為商業(yè)航天發(fā)展營造好的政策環(huán)境。

技術持續(xù)創(chuàng)新驅(qū)動商業(yè)航天發(fā)展

技術的持續(xù)創(chuàng)新、融合與應用已成為商業(yè)航天發(fā)展的動力之一。例如，CMOS面陣、綜合信息處理組件等商業(yè)技術，低成本發(fā)射、智能終端，大數(shù)據(jù)技術、微系統(tǒng)技術、先進推進技術、衍射成像技術、3D打印技術的逐步應用，以及手機衛(wèi)星、芯片衛(wèi)星、立方體衛(wèi)星等新概念、新應用的不斷涌現(xiàn)，帶動了商業(yè)航天制造、發(fā)射及運營服務產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和變革。

以“航天+互聯(lián)網(wǎng)”為代表的新型商業(yè)模式不斷涌現(xiàn)

當前，商業(yè)航天發(fā)展模式不斷創(chuàng)新，其總體趨勢是在掌握價值鏈關鍵環(huán)節(jié)的基礎上，注重航天與互聯(lián)網(wǎng)跨界融合形成新業(yè)態(tài)。它主要包括：掌控衛(wèi)星設計制造、相關數(shù)據(jù)的應用服務等價值鏈關鍵環(huán)節(jié)，兼具設計制造商、運營商和服務供應商多種角色于一體；將微小衛(wèi)星技術與云服務結(jié)合，提供互聯(lián)網(wǎng)在線服務；創(chuàng)新衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應用服務領域；便捷、廉價地為用戶提供定制化、多樣化應用服務；吸引互聯(lián)網(wǎng)巨頭、風險投資公司等社會資源多渠道獲得資金支持等。

多途徑實現(xiàn)低成本與快速研制

商業(yè)航天領域的設計制造改變了傳統(tǒng)航天的研制思想，更注重創(chuàng)新、低成本與靈活性，更符合產(chǎn)業(yè)化的要求。它主要體現(xiàn)在：采用成熟的技術和通用化、標準化、模塊化的設計，采購商業(yè)現(xiàn)貨，大幅降低研制成本，縮短研制周期，立方體衛(wèi)星、手機衛(wèi)星是其典型代表。

Analysis of the Development of U.S. Commercial Space Industry