美國載人航天商業化研究（下）

張蕊 （北京空間科技信息研究所）

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美國載人航天商業化研究（下）

張蕊 （北京空間科技信息研究所）

3 成功商業公司案例

過去，由于資金匱乏和技術落后，私營企業的航天夢破滅了。今天的航天企業今非昔比，具有較強的創新意識和冒險精神，在資金上能夠負擔得起，許多企業還涉足其他領域。私營企業正在成長；大量資金轉入航天器甚至有效載荷發射服務的市場競爭中。私營公司已經開發出了新技術和更廉價的運營管理流程造福空間探索事業。新的商業實體注入了私人資本并在開放的市場試驗他們的技術，實現太空飛行的低成本、高可靠。

太空探索技術公司（SpaceX）成為私營航天公司的典范。該公司創建于2002年，公司創始人、現任CEO為伊隆·馬斯克。公司將目標鎖定為降低進入空間的成本，提高進入空間的可靠性。公司員工超過1800人，價值約為13億美元。除了與美國航空航天局（NASA）簽訂合同執行“國際空間站”商業軌道運輸服務外，SpaceX公司還與私營公司、非美國政府機構和美國軍方簽訂發射服務合同。

公司成功的外部因素

（1）美國雄厚的航天工業基礎

SpaceX公司雖然不是傳統的航天企業大鱷，也沒有得到NASA或其他航天企業的直接技術轉讓，但也并不是完全白手起家。公司的誕生也得益于NASA和美國空軍過去數十年時間里對航天工業的巨額投資。美國航天工業具有世界上最高的技術水平和最完善的產業鏈，還有數量眾多經驗豐富的工程人員。在SpaceX公司管理層中，眾多高管曾在大型航天企業或政府機構任職，具有豐富的管理經驗和專業的技術水平。在SpaceX公司的產品中，大量使用成熟技術和設備。

（2）美國政府對商業航天公司的大力扶持

SpaceX公司的發展與美國政府機構的支持息息相關。初期的SpaceX公司缺乏收入，如果外部環境一直如此，可能會像早期那些商業航天公司一樣垮掉，對SpaceX公司幫助最大的是NASA的轉變。2004年美國總統小布什連任后推出“星座”計劃，提出重返月球和載人火星的發展目標，這為地球軌道商業運輸發展提供機遇，“商業軌道運輸服務”（COTS）計劃應運而生。此后，由于缺少資金，美國取消了“星座”計劃，提出美國未來發展的重點是近地軌道以遠的月球、小行星、火星探測，明確支持商業公司開展近地軌道運輸服務，商業運輸正式登上載人航天舞臺。

雖然SpaceX公司獲得了大量商業合同，但SpaceX公司使用“獵鷹”火箭進行商業發射次數很有限，NASA商業軌道運輸服務等項目的支持對于SpaceX公司的發展是至關重要的。這種來自政府的大力支持，使美國航空航天工業具有更強的競爭力，SpaceX公司獲得的政府合同不過是這一幕的重演，這也使得SpaceX公司相對其他國家的航天服務商具備更大的成本優勢。

(2)通入Cl2是為了將Fe2+(或FeCl2)氧化為Fe3+(或FeCl3),工業上不用HNO3是因為會產生污染性氣體NOx,也會引入雜質離子。

（3）自由競爭市場促使成本進一步下降

對SpaceX公司來說，競爭壓力也是成本控制成功的重要因素。不同于壟斷市場的聯合發射聯盟，SpaceX公司作為新興的小公司，發展之初既缺乏人脈關系也沒有充足的歷史發射業績，在“商業軌道運輸服務”項目的競爭中更有歷史悠久的軌道科學公司（OSC）這種對手。SpaceX公司在兩輪競爭中不得不降低成本來盡力加分。SpaceX公司開發了原始設計就具備載人能力的“龍”飛船，在商業載人運輸服務的競爭中已經占盡先機，為后期載人運輸服務競標成功奠定基礎。NASA專門推進了“商業乘員開發”（CCDev）計劃，數年后多種載人飛船將應運而生，在眾多競爭對手的壓力下，SpaceX公司也沒有提高成本。

“龍”飛船與空間站對接

公司成功的內部因素

（1）公司創始人的豐富經歷及遠大目標

伊隆·馬斯克是SpaceX公司首席執行官和首席專家，并且作為總設計師監管火箭和飛船的研制工作，同時也是特斯拉（Tesla）電動汽車公司的首席執行官，此外，伊隆·馬斯克還是太陽能城市公司的非執行主席和主要股東。馬斯克認為在天災和自我毀滅（如核戰）的威脅下，移民其他星球是人類文明得以延續的唯一方法。他還認為，有三個領域最有可能影響人類的未來，其中就包括空間探索以及開拓地球軌道以遠的疆域，到達多個星體。而實現該目標最好的方法是普及太空旅游，使其成本可承受。馬斯克還認為現有各國航天機構深受官僚主義的束縛，造成航天發射費用居高不下。他認為更靈活的商業公司開展航天活動，可以大幅度降低航天發射費用。

（2）創新、自由、進取的企業文化下造就的歸屬感和凝聚力

不同于波音（Boeing）這種大型公司的運作方式，SpaceX公司的工作方式更像是一個網絡公司，它遵循硅谷式的文化。公司所有的辦公室空間都是開放式布局，馬斯克也有一個開放式的小隔間。員工都很有歸屬感，自稱為SpaceX人。他相信創業初期“所有人參與”的企業文化對公司實現雄偉的計劃至關重要。此外，他還認為，當員工知道目標是什么和為什么時，他們會做得更好。

（3）集約化管理理念（扁平化層級管理）

SpaceX公司強調簡單化、低成本和高可靠的管理理念。通過對內改變傳統的管理體制、對外摒棄分包商，公司降低了成本并提高了工作效率。公司獨立承擔項目的整套系統，包括設計、研制、測試和制造主要部件，NASA僅負責進度、安全監管和提供技術支持，這樣降低了成本，保證更高效的質量控制，并在設計團隊和制造團隊之間確保高效的溝通反饋。SpaceX公司將管理目標集中在簡單、經過可靠性驗證的設計上，從而降低復雜系統的成本。

（4）自主研發系統與設備

此前，NASA與承包商，如波音、洛馬（LM）公司簽訂合同建造設備時，NASA擁有所有權并負責運營，而在商業運輸計劃中，NASA購買SpaceX公司的服務，而不是設備，這樣為政府節省了資金，降低了成本。但是，NASA必須預先提供一定的資金，SpaceX公司利用這些資金進行航天器的建造。通過與NASA合作而非競爭，SpaceX不僅要打造一個商業航天企業，更要贏得利潤。在“商業軌道運輸服務”計劃中，SpaceX公司自始至終獨立開發“龍”飛船、“獵鷹”火箭，包括主發動機和上面級發動機、低溫貯箱結構、電子設備、制導和控制軟件以及地面支持設備，同時公司還擁有自己的任務控制中心。

馬斯克認為官僚主義是發射費用虛高的最關鍵因素。SpaceX公司為了控制成本別出心裁，很大程度上仿效了早期的福特公司。通過縮短供應鏈，盡力做到在火箭飛船的子系統由自己公司設計生產，以高度的縱向整合降低了成本。在工程設計上，SpaceX公司的獵鷹-9和“獵鷹重型”火箭都將使用灰背隼-1發動機，在箭體設計和導航控制等方面都將盡力通用，通過火箭部件的標準化和通用化，以批量生產降低分攤的設計費用和生產成本，這也是他們降低成本的一個重要因素。

（5）技術創新與可重復使用技術

除了沿用成熟技術，SpaceX公司采用了許多創新技術。獵鷹-9火箭的“灰背隼”液氧/煤油發動機的推力雖然不高，但在開式循環液氧/煤油發動機中是比沖最高的，尤其是上面級的改進型“灰背隼”的比沖達到了345s。在箭體結構和材料上，獵鷹-9是世界上第一種全面應用高強度的2195鋁鋰合金的火箭，結構質量很低，第二級箭體都僅有3t。在剩余燃料管理上獵鷹-9火箭同樣出色。

為了實現發射費用降低到當時商業航天發射市場的1/10，獵鷹-1和9火箭在初始設計中都考慮了可重復使用問題，以達成發射費用降低一個數量級的目標。“龍”飛船最大特點也是可重復使用，其所有結構和機構均設計為能夠支持乘員運輸，任務持續時間為1周～2年，滿足NASA所有相關標準。為實現可重復使用，飛船的主熱防護系統采用酚醛浸漬碳纖維燒蝕體（PICA-X）材料，該材料除可完成地球大氣再入外，還可用于月球、火星任務的再入。

機庫中等待執行“商業補給服務”（CRS）任務的獵鷹-9火箭

4 結論

背靠美國政府，載人航天商業化成為必然發展方向

美國十分重視航天的市場化和商業化，在商業運營上有著很好的基礎和豐富的經驗。美國載人航天新型商業化發展模式的產生也是得益于美國對航天商業化高度重視和大力支持，以及美國強大的航天工業基礎。政府主導、商業化運作，也是美國載人航天發展的一個重要途徑。美國在出臺的相關政策中，均將商業航天列為重點發展方向。2010年，新版《美國國家航天政策》出臺，通過采購政策、體制創新推動商業航天發展。政策中強調最大限度采購商業航天產品和服務；如果不能滿足技術要求，提供支持措施和改造。2013年11月21日，在新版《國家空間運輸政策》中，也著重提到了利用商業空間運輸產品和服務滿足政府需求，投資新的先進技術和方案，并利用與工業界的廣泛合作關系推動創新；鼓勵與商業公司合作，呼吁財政機構繼續支持美國商業飛船的研制，以實現近地軌道航天員運輸，提高當前和未來美國空間運輸系統的可靠性、響應能力、性能和成本效益。截至目前，美國是唯一建立商業航天運行許可的國家，2004年美國商業發射修訂案獲得通過，明確了允許乘客通過付費進行商業太空飛行、亞軌道飛行器定義、向聯邦航空管理局（FAA）申請許可程序等。

推動美國載人航天持續發展，提升空間能力

把航天員運送服務轉移到商業服務部門，是美國太空探索戰略最為重大的一次變化。私營公司將成為研發制造航天器的主力，NASA則負責監管。這種轉變也代表了NASA發展道路的根本轉變，從直接負責設計、商業公司為其研制，轉變為商業公司的用戶。這種做法雖然也有技術和項目的風險，但它創造了降低運營成本的可能性。美國對商業乘員運輸服務的培育，將推動發射服務業和航天器制造業的進一步發展，形成載人航天服務市場，有助于航天產業化和國家經濟發展，增強美國在全球經濟的競爭優勢。

培育新型航天工業基礎，引領世界載人航天發展新方向

載人航天工程建設一直是作為政府行為體現著國家的整體實力，但美國在此次載人航天政策調整中，將商業化運作納入近地軌道貨物與人員運輸。這一舉措除了緩解金融危機壓力與彌補政府載人運輸能力缺乏外，還有一個目的就是在確保安全前提下引入競爭機制，既可降低運輸費用，又可建立具有較強競爭力的新型航天工業基礎。美國這一舉措一方面是將NASA在載人航天領域的成熟技術與經驗向私營航天企業轉移，另一方面是在培育新型航天工業基礎，繼而保持未來低地球軌道載人航天活動能力，并為未來載人深空探索提供基礎。

商業航天尚待成熟，發展前景依然明朗

盡管過去幾年商業載人航天成績顯著，但2014 年10月至2015年6月，短短8個月出現的三次重大事故還是給人們敲響了警鐘，在一定程度上引發了人們對商業航天的懷疑。曾經歷過和平號空間站失火事故的美國退役航天員杰里·利寧格說：“更好、更快、更便宜，這種看法很天真。”他認為，與NASA在最初進入太空時對安全的重視程度相比，商業公司仍然存在差距，而且也缺乏經驗。人類進入太空從來都不是一件易事，安全永遠是第一要務，商業公司若想躋身航天，仍需在經驗、技術、管理、等方面進一步加強。盡管商業公司在進軍航天的路上還存在一些問題，但美國推進商業航天的意志不會動搖。航天從來都是一項高風險的活動，即使是在政府主導的載人航天活動的發展初期，也發生過一些重大人員事故，不能因為此次發生的三次事故而全盤否定商業公司。NASA也表示商業航天發射失利不會影響其后續商業貨運任務推進。政府在實施有力監管的前提下，加速技術與經驗向私營航天企業轉移，激發商業航天工業發展，令航天惠及大眾。

5 啟示

結合自身國情，探索適合我國的載人航天商業化發展途徑

相比于美國，我國航天起步較晚，航天工業產業鏈不夠完善，仍有較大差距，應結合自身特點，改進和完善適合我國國情的載人航天體制機制。另外，我國體制與美國有本質不同，現階段不可能走與美國完全相同的載人航天商業化運營道路，但是可以借鑒美國的商業化發展經驗。現階段可以通過公私合營、融資等基礎性的商業模式，吸引民營資本加入，加快創新和成果轉化，使載人航天真正進入尋常百姓家。黨的十八界三中全會以來，將全面深化改革作為發展目標。全會指出，使市場在資源配置中起決定性作用。載人航天工程作為國家科技發展重大專項，更應緊密圍繞三中全會全面深化改革的發展目標，探索商業發展途徑，提高效益。我國載人航天項目由裝備發展部統一領導和管理，航天科技集團公司和航天科工集團公司為兩大主承包商，管理機構可從以下三方面采取措施，提高競爭力、降低成本：①給予兩大主承包商更大的自主性，鼓勵其在研發、制造、管理等方面采取新的模式和方法。②納入公眾參與，吸收公眾的創意和私有資金。③引入國際資本。通過與國外的政府機構、企業合作，不但可以分擔成本，鼓勵創新，而且可以培育新型、有利的國際關系，獲取政治利益。

確保國家秘密的前提下，逐步放開私營資本的介入

我國載人航天工程由總裝備部統一管理，因此在吸引私營資本介入時涉及到保密問題。為此，我國應該在做好保密工作的前提下，采取措施引入私人資本，提高載人航天水平和競爭力，擴大宣傳和影響力。目前，由于民營企業有天然的成本和管理優勢，所以民營資本已經較多地介入一些服務、后勤、保障、基礎性的單機零部件、外圍產品，但在航天總體系統和核心元器件部分，私營產業的介入還是空白。未來，應制定相應體質機制，給與私營企業進軍航天更多的政策支持。

給予企業自主創新以必要的支持，建立靈活、多樣的組織模式

中國、美國在航天產業上的條件差異中也存在著相似。相同點是航天產業均是兩國的戰略性產業，舉國體制是兩國開展航天產業的基礎。不同點在于美國商業體制的一大特征是極少有國有企業；政府投資項目基本上會外包給私營企業，運轉效率高，節約成本，通過競標實現最佳選擇；美國有發達的工業基礎，社會化、商品化的人才群體。在這種情況下，我國應支持企業的自主創新。企業在選定自身發展目標時，需要擁有較多的自主權，目標更為實際、可實現、可操作。在現有國家運行模式下，通過市場（特別是國際市場）利潤回饋的方式，刺激市場的再次取得。建立制造、研制、開發、研創的市場化產品科研生產組織模式。

嘗試在太空旅游等相關領域發展商業載人航天

目前，太空旅游已成為國際上炙手可熱的載人航天項目，我國載人航天具備這樣的能力發展太空旅游項目。原國家航天局局長孫來燕說過，隨著技術更成熟可靠，中國的航天發展將會遵循世界規律，衍生新的經濟增長點，包括開展太空旅游。以太空旅游的開展，達到普及太空科學知識，激發公眾對航空航天事業的興趣，尊重與理解航空航天事業，激發民族自豪感與自信心等。另一方面，開展太空旅游也是獲取經濟效益一種很好的手段。但是，我們必須看到，太空旅游畢竟是新生的旅游形態，它涉及技術、保險等各方面問題，國家必須認真研究，謹慎制定太空旅游的監管部門、經營資格審批、游客審批、太空旅游定價、游客安全保障及相關賠償等相關規范措施。

（全文完）

Study on the Commercialization of U.S. Human Spaceflight （Ⅲ）