● 文 | .中國空間技術(shù)研究院 .北京空間科技信息研究所 劉群 王霄 張蕊

2018年3月，NASA按照《2017年NASA過渡授權(quán)法案》的要求，向國會(huì)提交了《國際空間站過渡報(bào)告》，報(bào)告討論了近地軌道商業(yè)市場(chǎng)發(fā)展以及今后NASA將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榻剀壍垒d人航天私營企業(yè)的用戶等問題。近幾年，國際空間站成為商業(yè)航天發(fā)展的新領(lǐng)地。隨著全球科技的發(fā)展與創(chuàng)新，進(jìn)入空間以及開展空間活動(dòng)的能力在不斷增強(qiáng)，方式方法也變得多元化。以美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）、軌道-ATK公司為代表的商業(yè)公司已經(jīng)成為為國際空間站提供貨物運(yùn)輸?shù)某Ｒ?guī)軍，近地軌道商業(yè)乘員運(yùn)輸也即將拉開序幕。此外，作為重要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和商業(yè)航天的“試驗(yàn)田”，國際空間站上開展了多項(xiàng)商業(yè)空間應(yīng)用，并取得豐碩成果。

一、若干重要進(jìn)展

商業(yè)航天是由企業(yè)投資并承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)、通過市場(chǎng)為政府及商業(yè)用戶提供航天資產(chǎn)、產(chǎn)品和服務(wù)。航天商業(yè)化是指原本只為政府、軍隊(duì)、國家安全需求服務(wù)的航天基礎(chǔ)設(shè)施向商業(yè)市場(chǎng)開放，原本只為政府服務(wù)的航天制造企業(yè)、航天系統(tǒng)運(yùn)營企業(yè)也向商業(yè)市場(chǎng)尋求合同，而政府和軍隊(duì)作為大客戶進(jìn)入市場(chǎng)，按商業(yè)規(guī)律進(jìn)行招標(biāo)和采購。商業(yè)航天則更多的是指按照市場(chǎng)化模式來組建新的航天企業(yè)，按照市場(chǎng)化規(guī)律來從事投融資、收購、合并、分立、招投標(biāo)、議價(jià)、賠償、研發(fā)、協(xié)作、制造、運(yùn)營等活動(dòng)，投資者和企業(yè)可以自由進(jìn)入和退出。表1列出了國外載人航天領(lǐng)域典型的新興商業(yè)航天公司及其主要業(yè)務(wù)。

表1 國外載人航天領(lǐng)域典型的新興商業(yè)航天公司及其主要業(yè)務(wù)

二、發(fā)展背景

NASA急于擺脫航天飛機(jī)退役后對(duì)俄羅斯的依賴，因此大力發(fā)展以SpaceX、波音、軌道-ATK公司等為代表的商業(yè)航天活動(dòng)，不斷尋求與私營公司進(jìn)行商業(yè)航天合作的可能性。

美國總統(tǒng)特朗普上臺(tái)后多次強(qiáng)調(diào)要大力發(fā)展公私合作關(guān)系，并提到將把公私合作關(guān)系作為今后美國民用航天活動(dòng)的基礎(chǔ)，尤其是深空居住和探索系統(tǒng)以及新技術(shù)研發(fā)等方面。此外，在國際空間站運(yùn)行和資助方面納入更多“私人和公共合作伙伴”，美國政府正在逐步退出近地軌道的航天器的運(yùn)作，一是為了將更多的國家層面的資源與精力，用于探索和利用更遠(yuǎn)的外層空間；二是為了充分引入新型商業(yè)公司的先進(jìn)技術(shù)以及靈活的運(yùn)營模式，實(shí)現(xiàn)航天科技創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)科技帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

美國在近地軌道商業(yè)航天領(lǐng)域取得的成功，可以擴(kuò)展到更遠(yuǎn)的深空，NASA目前就希望通過在月球項(xiàng)目上“復(fù)制”這一模式，將商業(yè)航天發(fā)展推得更遠(yuǎn)。NASA公布了商業(yè)月球載荷服務(wù)（CLPS/Lunar COTS），該計(jì)劃可視作“商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)”（COTS）的月球版本。根據(jù)NASA文件的要求，CLPS計(jì)劃分三階段進(jìn)行：第一階段下投票的商業(yè)機(jī)構(gòu)需要發(fā)展可將指定載荷運(yùn)送至月面/月軌道的著陸器，載荷包括通信站、發(fā)電廠及各類科研衛(wèi)星/月球車等；第二階段瞄準(zhǔn)月面工業(yè)化，包括原位資源利用等；第三階段則是研究長期月面基地的可能性，包括大規(guī)模的月間資源運(yùn)送，以及月面建立有人基地的研究。NASA希望通過引入商業(yè)伙伴，大幅度降低地月間的運(yùn)輸成本，使將來的月球任務(wù)更具可行性。

隨著載人探索進(jìn)入深空，美國將從歷史上最大的軌道實(shí)驗(yàn)室——國際空間站開始，釋放近地軌道開拓性商業(yè)太空企業(yè)的無限潛能。隨著低成本進(jìn)入太空需求的飆升，近地軌道的前景已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了最初的預(yù)期。美國政府意識(shí)到國際空間站以前的運(yùn)營模式注定不會(huì)長久，而且也無需長久。正因如此，美國政府對(duì)國際空間站的直接資助僅以七年為限。目前，政府正在投資開發(fā)新的科技能力，供商業(yè)航天企業(yè)建造未來軌道平臺(tái)之用。美國政府將是該平臺(tái)的“租戶”和“客戶”，而不是“房東”。

三、國家政策

自20世紀(jì)80年代開始，美國法律和政策已開始引導(dǎo)NASA拓展商業(yè)航天市場(chǎng)。技術(shù)的成熟催生航天市場(chǎng)化，這也是美國航天發(fā)展的重要策略。這一策略可以降低成本、加快技術(shù)創(chuàng)新、提高任務(wù)效率。

1988年，時(shí)任美國總統(tǒng)里根在《關(guān)于國家航天政策的總統(tǒng)指令》中提出，美國政府應(yīng)借助由市場(chǎng)推動(dòng)的商業(yè)航天領(lǐng)域，擴(kuò)大私營企業(yè)對(duì)航天領(lǐng)域的投資。隨后的布什和克林頓政府也分別發(fā)布了《美國商業(yè)航天政策方針》和新版《關(guān)于國家航天政策的總統(tǒng)指令》，進(jìn)一步明確和擴(kuò)展了美國政府對(duì)商業(yè)航天領(lǐng)域的支持范圍與力度。

1998年，美國通過了《商業(yè)航天法案》，以法律的形式再次強(qiáng)調(diào)了美國政府對(duì)商業(yè)航天領(lǐng)域發(fā)展的重視。該法案提出，在國際空間站方面，將地球軌道航天活動(dòng)的經(jīng)濟(jì)效益作為建設(shè)國際空間站的重點(diǎn)目標(biāo)之一。在2010年公布的最新版《美國國家航天政策》中，美國大力支持商業(yè)航天部門的發(fā)展，強(qiáng)調(diào)：“穩(wěn)健、具有競(jìng)爭力的商業(yè)航天部門對(duì)空間的持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。美國承諾鼓勵(lì)并推動(dòng)美國商業(yè)空間部門的發(fā)展，這些商業(yè)部門要能夠支持美國需求，具有全球競(jìng)爭力，能夠提升美國在新一代市場(chǎng)中的領(lǐng)導(dǎo)地位且引領(lǐng)具有創(chuàng)新性的企業(yè)精神?！贝税婧教煺邚?qiáng)調(diào)了商業(yè)航天的重要性并提出了新的要求：積極探索采用創(chuàng)造性、非傳統(tǒng)的方式獲得商業(yè)航天產(chǎn)品和服務(wù)，即政府出資支持，指出私營企業(yè)應(yīng)承受一定比例的投資風(fēng)險(xiǎn)和責(zé)任。新政策還指出要將日常運(yùn)營職能轉(zhuǎn)移到商業(yè)航天部門，培育商業(yè)航天部門的技術(shù)創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)冒險(xiǎn)精神，積極促進(jìn)美國商業(yè)航天產(chǎn)品和服務(wù)的出口。新政策指出，要與私有部門加強(qiáng)合作實(shí)現(xiàn)往返于國際空間站的乘員及貨物商業(yè)航天運(yùn)輸能力，對(duì)NASA的近地軌道商業(yè)運(yùn)輸計(jì)劃予以支持。

四、商業(yè)航天發(fā)展模式

1.近地軌道商業(yè)運(yùn)輸項(xiàng)目

商業(yè)乘員和貨物運(yùn)輸項(xiàng)目包括COTS計(jì)劃、“商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)”（CRS）和“商業(yè)乘員開發(fā)”計(jì)劃，均由NASA的商業(yè)乘員和貨物項(xiàng)目辦公室負(fù)責(zé)管理。COTS計(jì)劃為貨物運(yùn)輸計(jì)劃，向空間站提供貨物補(bǔ)給；“商業(yè)乘員開發(fā)”計(jì)劃于2009年啟動(dòng)，是乘員運(yùn)輸計(jì)劃。

（1）商業(yè)軌道貨物運(yùn)輸計(jì)劃

商業(yè)軌道貨物運(yùn)輸計(jì)劃包括兩個(gè)階段：

第一階段為“商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)”（COTS）（2006—2013年），推動(dòng)私營公司開發(fā)和驗(yàn)證往返近地軌道的各種航天運(yùn)輸能力，目前該計(jì)劃已經(jīng)結(jié)束。在該階段，NASA提供8.89億美元的資金和技術(shù)支持，通過“空間行動(dòng)協(xié)議”（SAA）與航天公司定下承諾，以資金資助和非資金資助形式推動(dòng)商業(yè)航天運(yùn)輸市場(chǎng)的發(fā)展。NASA允許有資金資助的商業(yè)合作伙伴后續(xù)可以執(zhí)行國際空間站驗(yàn)證飛行，這些商業(yè)公司只有完成了開發(fā)中的一系列重大事件，并獲得NASA授權(quán)后，才能繼續(xù)開展商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)。而非資金資助的商業(yè)合作伙伴不能開展國際空間站驗(yàn)證飛行，但可以利用軌道試驗(yàn)平臺(tái)模擬國際空間站及其接口。在COTS計(jì)劃下，SpaceX公司開發(fā)了“龍”飛船與獵鷹-9火箭，軌道-ATK公司開發(fā)了“天鵝座”飛船與中型“安塔瑞斯”火箭。2013年，隨著“天鵝座”飛船成功完成國際空間站驗(yàn)證任務(wù)，COTS計(jì)劃圓滿結(jié)束。

▲ SpaceX公司“龍”飛船

▲ 軌道-ATK公司“天鵝座”飛船

第二階段是向商業(yè)公司競(jìng)爭采購用于國際空間站后勤支持的軌道運(yùn)輸服務(wù)，開展空間站“商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)”（CRS），向空間站運(yùn)輸貨物。2008年12月，NASA最終把合同授予SpaceX公司和軌道-ATK公司。合同規(guī)定，SpaceX公司和軌道-ATK公司在2015年前分別完成12次和8次飛行任務(wù)。2016年1月，NASA宣布第二輪商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)競(jìng)爭的獲勝者，SpaceX公司、軌道-ATK公司和內(nèi)華達(dá)山脈公司均獲合同，將從2019年起分別用“龍”飛船、“天鵝座”飛船和追夢(mèng)者號(hào)太空飛機(jī)為國際空間站提供貨物補(bǔ)給，其中追夢(mèng)者號(hào)太空飛機(jī)首次飛行計(jì)劃于2019年進(jìn)行，將由宇宙神-5運(yùn)載火箭發(fā)射。

（2）“商業(yè)乘員開發(fā)”計(jì)劃

2009年，NASA啟動(dòng)“商業(yè)乘員開發(fā)”計(jì)劃，目的是支持未來國際空間站的乘員運(yùn)輸。分別于2010年2月、10月和2012年2月完成三輪計(jì)劃。2014年9月，“商業(yè)乘員運(yùn)輸能力”（CCtCap）合同售出。NASA最終售出價(jià)值68億美元的“商業(yè)乘員運(yùn)輸能力”合同，由SpaceX公司（獲得26億美元）和波音公司（獲得42億美元）共同為其執(zhí)行國際空間站載人運(yùn)輸任務(wù)。2015年5月和11月，波音公司和SpaceX公司分獲NASA“商業(yè)乘員運(yùn)輸能力”合同第一份訂單，2015年12月波音公司獲第二份訂單。波音公司“星際客船”（CST-100）的首次載人飛行任務(wù)將推遲到2019年。2017年11月11日，追夢(mèng)者號(hào)太空飛機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)

▲ 追夢(mèng)者號(hào)太空飛機(jī)

2.空間應(yīng)用

（1）商業(yè)搭載

目前，國際空間站應(yīng)用集中在技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證、空間科學(xué)研究與應(yīng)用、教育活動(dòng)與推廣等領(lǐng)域，其中空間應(yīng)用中的商業(yè)搭載也是探索商業(yè)模式的一個(gè)重要領(lǐng)域。商業(yè)搭載主要是利用貨運(yùn)飛船向國際空間站運(yùn)送貨物和實(shí)驗(yàn)設(shè)備。用戶和貨運(yùn)飛船所在公司簽署合同，支付運(yùn)費(fèi)，貨運(yùn)飛船將貨物搭載至空間站，再將在國際空間站上獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)資料帶回（特指返回式飛船“龍”飛船）。根據(jù)NASA總檢察長辦公室2018年4月發(fā)布的一份報(bào)告稱，根據(jù)2016年NASA授出的第二輪“商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)”合同，NASA將為運(yùn)送到國際空間站的單位質(zhì)量貨物支付更多。在2008年授出的現(xiàn)行“商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)”合同中，軌道-ATK公司和SpaceX公司應(yīng)在31次任務(wù)中向國際空間在美國加利福尼亞州愛德華空軍基地成功完成滑翔試驗(yàn)。此次滑翔試驗(yàn)是該公司商業(yè)乘員協(xié)議中的重要里程碑，將支撐該公司按照2016年獲得的NASA第二輪“商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)”合同研制貨運(yùn)型號(hào)太空飛機(jī)的工作。追夢(mèng)者號(hào)貨運(yùn)系統(tǒng)的首飛預(yù)定于2020年進(jìn)行，在2024年前最少進(jìn)行6次飛行任務(wù)。站運(yùn)送93.8t貨物，合同總價(jià)值59.3億美元。而在第二輪“商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)”合同中，這兩家公司和內(nèi)華達(dá)山脈公司將在21次任務(wù)中運(yùn)送87.9t貨物，總價(jià)值63.1億美元。

▲ “星際客船”

其他商業(yè)公司也可以利用SpaceX公司為NASA提供商業(yè)運(yùn)輸服務(wù)時(shí)，支付低廉運(yùn)輸成本，“搭順風(fēng)車”，將實(shí)驗(yàn)設(shè)備和相關(guān)物品送至空間站。

（2）實(shí)驗(yàn)機(jī)柜租賃

NanoRacks公司是一家提供航天商業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)的私營企業(yè)，是國際空間站商業(yè)應(yīng)用的唯一代理商，位于NASA約翰遜航天中心附近。自2009年以來，NanoRacks向全球三十多個(gè)國家的客戶提供服務(wù)，客戶包括歐洲航天局（ESA）、德國航空航天中心（DLR）、美國國家航空航天局等。NanoRacks已經(jīng)向國際空間站運(yùn)送了600余個(gè)有效載荷，其中包括200余顆小衛(wèi)星。NanoRacks公司業(yè)務(wù)主要覆蓋實(shí)驗(yàn)機(jī)柜租賃、微納衛(wèi)星釋放等，近期，NanoRacks公司還與波音公司達(dá)成合作協(xié)議，將共同建造空間站上首個(gè)商業(yè)氣閘艙。

NanoRacks為用戶在國際空間站上提供“空間站內(nèi)（外）部試驗(yàn)平臺(tái)”（NREP），NASA以及其他企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、高校都可以是它的用戶方。通過與NASA簽署協(xié)議，NanoRacks租賃NASA在空間站的空間，向NASA交付租金。而NASA需要使用NanoRacks的試驗(yàn)平臺(tái)，則屬于商業(yè)行為，需向NanoRacks交付使用試驗(yàn)平臺(tái)的資金。用NanoRacks公司負(fù)責(zé)人的話說，“NASA是我們的房東，是我們的監(jiān)管人，有時(shí)也是我們的客戶，但我們從來不是競(jìng)爭對(duì)手，我們是合作伙伴”。

以前，商業(yè)公司想要進(jìn)行太空試驗(yàn)或者衛(wèi)星原型測(cè)試必須同NASA進(jìn)行合作，還需要指定返航計(jì)劃。但是NanoRacks出現(xiàn)后，這一過程被大大簡化，NREP放置在國際空間站的Kibo艙，運(yùn)載試驗(yàn)品的裝置可以自由移動(dòng)，不需要航天員在艙外操作，而且價(jià)格低廉，目前只要支付十萬美元就可以完成試驗(yàn)了。NREP只有兩個(gè)架子，每個(gè)架子上有16個(gè)試驗(yàn)品裝載裝置，可以同時(shí)預(yù)定多個(gè)位置。

▲ 空間站內(nèi)（外）部試驗(yàn)平臺(tái)

（3）微納衛(wèi)星釋放

已經(jīng)有13家公司通過簽署“空間行動(dòng)協(xié)議”為空間站提供商業(yè)服務(wù)，NanoRacks是首個(gè)提供空間站商業(yè)釋放微納衛(wèi)星服務(wù)的公司，成立于2009年。公司剛成立時(shí)，主要進(jìn)行納型支架（Nanorack）模塊設(shè)計(jì)，這些模塊可與國際空間站的研究支架相匹配，用戶通過NanoRacks公司的模塊進(jìn)入空間，完成微重力研究實(shí)驗(yàn)。后來推出進(jìn)行生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新儀器（MixStix），與2臺(tái)顯微鏡、1臺(tái)酶標(biāo)儀和離心分離機(jī)一起供研究使用。

“NanoRacks立方體衛(wèi)星釋放系統(tǒng)”（NRCSD）由NanoRacks公司研制和運(yùn)營。NanoRacks公司于2013年利用J-SSOD裝置釋放小衛(wèi)星后，意識(shí)到從國際空間站釋放小衛(wèi)星的商業(yè)潛力，利用不到10個(gè)月的時(shí)間研發(fā)了NRCSD系統(tǒng)。NRCSD系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合NASA國際空間站安全性要求，于2014年搭載發(fā)射至國際空間站。

（4）商業(yè)氣閘艙

2017年2月6日，波音公司發(fā)布消息，將與美國NanoRacks公司合作研制首個(gè)自主投資研發(fā)的商業(yè)氣閘裝置，計(jì)劃在2019年發(fā)射并安裝在國際空間站美國艙段上。新型的氣閘艙由NanoRacks公司研制，波音公司研制并安裝氣閘艙的被動(dòng)式通用對(duì)接機(jī)構(gòu)（PCBM），將氣閘艙與國際空間站上美國的加壓艙連接。波音公司一直以來都是國際空間站主承包商。在這之前，NanoRacks公司已在2016年5月與NASA簽署協(xié)議，計(jì)劃在國際空間站上安裝商業(yè)氣閘艙產(chǎn)品，在歷史上尚屬首次。NanoRacks公司將自主投資1200萬～1500萬美元，開發(fā)的氣閘艙被稱為“doorway to space”。當(dāng)前，國際空間站主要利用日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）的Kibo氣閘艙（美國也在使用）在軌部署立方星與小衛(wèi)星，但內(nèi)部空間有限，每年部署次數(shù)有限。波音公司與NanoRacks聯(lián)合開發(fā)首個(gè)商業(yè)氣閘艙，對(duì)于國際空間站的商業(yè)開發(fā)具有顯著而重要的意義。NanoRacks公司CEO Jeffrey Manber表示，國際空間站正迎來一個(gè)新的時(shí)代，私營機(jī)構(gòu)正在越來越多地加入，氣閘艙項(xiàng)目僅僅是與波音公司合作的開始，未來將打開近地軌道上國際空間站的商業(yè)市場(chǎng)。

▲ NanoRacks研制的商業(yè)氣閘艙

五、結(jié)語

商業(yè)航天是航天技術(shù)應(yīng)用水平發(fā)展到一定階段和產(chǎn)業(yè)發(fā)展到一定規(guī)模的必然產(chǎn)物，國際空間站上商業(yè)航天的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)表明，政府政策推動(dòng)與市場(chǎng)需求牽引在商業(yè)航天發(fā)展過程中起到了至關(guān)重要的作用。政府的扶持逐步釋放了商業(yè)航天的發(fā)展空間，鼓勵(lì)和促進(jìn)了商業(yè)航天的快速發(fā)展。而最終支持商業(yè)航天可持續(xù)良性發(fā)展的是持續(xù)穩(wěn)定的市場(chǎng)需求，是與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民大眾需求的緊密結(jié)合，保證企業(yè)可以按照市場(chǎng)規(guī)律發(fā)展商業(yè)航天產(chǎn)品和提供服務(wù)。

無論從傳統(tǒng)航天企業(yè)，還是新興航天公司的發(fā)展模式創(chuàng)新都可以看出，建立適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律的內(nèi)部機(jī)制和運(yùn)作模式是商業(yè)航天企業(yè)發(fā)展的根本。以市場(chǎng)需求、用戶需求為導(dǎo)向，以提升盈利能力為目標(biāo)，不斷關(guān)注市場(chǎng)對(duì)航天產(chǎn)品和技術(shù)需求的趨勢(shì)變化，根據(jù)不同用戶需求提供有針對(duì)性的產(chǎn)品和服務(wù)，注重創(chuàng)新發(fā)展理念和商業(yè)模式、開發(fā)和運(yùn)用新技術(shù)來降低成本和拓展市場(chǎng)。