美國商業航天發展帶來的啟示

韓樾夏 張麗艷 陳狀 張偉

近年來，商業航天占航天經濟的比例呈穩定上升趨勢。據2021年《航天報告》，2020年全球太空經濟中商業航天總量達3570億美元，占比高達79.8%[1]。而早在2017年，美國商業航天占該國航天經濟的比例已達80%左右。以衛星為例，截至2021年底，美國擁有2944顆衛星，其中商業衛星2516顆[2]，占比超過85%。

隨著馬斯克（E. Musk）的太空探索技術公司（SpaceX）將“鼓舞四人組”（Inspiration4）送入近地軌道，貝索斯（J. Bezos）的藍色起源（Blue Origin）公司以及布蘭森（R. Branson）的維珍銀河（Virgin Galactic）公司分別把普通人送入亞軌道，要將2021年定為“太空旅游元年”的呼聲愈發強烈。2022年，太空探索技術公司將公理太空（Axiom Space）公司的四名航天員送入國際空間站（International Space Station， ISS）。

隨著航天飛機2011年退出歷史舞臺、國際空間站壽命周期延長以及美國航空航天局（National Aeronautics and Space Administration， NASA）預算調整，美國航空航天局將更多的火箭、飛船等研制任務交給了商業航天公司。以太空探索技術公司等為代表的商業航天公司獲得了發展良機，在大力倡導技術創新的前提下，結合美國航空航天局給予的資金與技術支持，獵鷹（Falcon）火箭、龍（Dragon）飛船、星鏈（Starlink）、星艦（Starship）等項目均獲得迅猛發展，全球對此矚目。

美國商業航天的發展歷程

2021年，美國航空航天局的年度預算為232億美元，僅占美國聯邦預算的約0.5%[3]，較阿波羅時代（1961—1972）的投入（國內生產總值的4%左右）有大幅下降。2011年國際空間站組裝完畢后，美國載人航天面臨如下境況，一是需要長期穩定運營國際空間站并充分發揮效益，而此時政府投入的經費大幅縮減，此外還需要研發航天飛機的“替代品”；二是美國航空航天局絲毫沒有放慢進一步探索太空的腳步，“阿爾忒彌斯”計劃（Artemis Program）、載人火星、探測小行星如貝努（Bennu）等任務接踵而至。

為了應對這一局面，在已突破天地往返、在軌交會對接、出艙活動等技術基礎上，美國航空航天局希望引入商業航天公司，它們可通過采用更具創新性的理念和大膽使用新技術，實現更快速、低成本、高質量的近地軌道載人及載物的天地往返運輸，而美國航空航天局可騰出更多人力、財力以及物力進行更具挑戰性的載人深空探測活動。這樣的決策催生了美國商業航天的蓬勃發展。

伴隨著國際空間站于1998年開始建造，未來運營至2030年的規劃，美國商業航天的發展可分為三個階段。

第一階段（1998—2010）：布局啟動商業航天發展計劃

1998年，美國航空航天局主導的國際空間站開始建造，直至2011年完成。在此期間，主要由航天飛機承擔國際空間站建造、哈勃望遠鏡維修的運輸任務。2004年，時任美國總統布什推出“太空探索愿景”（vision for space exploration），明確航天飛機在2010年左右退役[4]。2006年美國航空航天局啟動“商業軌道運輸服務”（commercial orbital transportation services， COTS）計劃，選定商業公司研制航天器和運載火箭；2008年啟動“商業補給服務”（commercial resupply service， CRS）計劃，開發貨運飛船；2010年啟動“商業乘員開發”（commercial crew development， CCDev）計劃，資助包括太空探索技術公司、波音公司等開發載人飛船。

值得一提的是，根據2010年出臺的美國航空航天局授權法案，國際空間站國家實驗室建成后允許美國商業公司也可使用國際空間站[5]。21世紀初期，美國已著手布局并采取了一系列舉措促進商業航天發展。在這一階段，由于火箭、飛船等研制任務尚未研發成功，近地軌道的主要上下行任務、科學研究任務等仍主要由美國航空航天局和國際空間站成員國承擔。

第二階段（2011—2021）：從建造運營到采購服務的角色轉換

2011年，航天飛機正式退出歷史舞臺，美國航空航天局為擺脫對俄羅斯聯盟號飛船的依賴，加速與商業公司的合作。在其經費、技術以及政策等多方面的支持與保障下，COTS、CRS、CCDev等項目取得了突破性進展，商業航天公司逐漸承擔起天地往返飛行器、運載火箭等的研制任務，美國航空航天局也逐步實現從建造運營到采購服務的角色轉換。

其間，商業航天公司逐步實現了兩方面的目標。第一，近地軌道提供載人飛船、貨運飛船天地往返服務和運載火箭的研制發射服務。以太空探索技術公司為例，2012年5月至2022年2月間，為國際空間站運送貨物以及航天員共29次，是美國航空航天局近地軌道天地往返運輸任務的有力補充。第二，通過與負責運營國際空間站國家實驗室的空間科學促進中心合作，在國際空間站上開展商業化研究與應用工作，包括諾華（Novartis）、默克（Merck）等醫藥公司以及霍尼韋爾（Honeywell）等高科技公司在內的數十家公司直接參與國際空間站的科學研究。

美國航空航天局于2018年啟動定期向月表運送科學和技術有效載荷的“商業月球有效載荷服務”（commercial lunar payload services， CLPS）計劃[6]，與14家商業公司簽訂了有效載荷集成和運行、從地球發射有效載荷以及在月表著陸的服務合同，至2028年，合同總價值約為26億美元。

第三階段（2022—2030）：全面實現近地空間站建造運營的商業化

2021年7月，美國航空航天局啟動商業近地軌道發展計劃（commercial LEO destinations， CLD），提出用商業空間站取代國際空間站。12月，宣布從參與競標的11個提案中選出3家公司，即藍色起源、納諾·拉克斯（Nano Racks）和諾思羅普·格魯曼（Northrop Grumman）研制商業空間站[7]。與此同時，美國航空航天局局長內爾森（B. Nelson）宣布國際空間站運行延長至2030年[8]。隨著國際空間站退役排上日程，美國航空航天局已經開始著手將空間站的建造和運營權轉移給商業公司，未來國際空間站的運營以及商業空間站的建造和運營將完全由商業公司承擔，前者僅作為使用者參與其中。

美國從超前布局商業航天發展，到逐漸實現政府的角色轉換，再到最后全面實現近地空間站的商業化，其間既有美國國家宏觀政策的引導，也有行業主管部門提供的經費、技術、基礎設施等全面支持，加之太空探索技術、維珍銀河等一批商業航天頭部公司紛紛涌現，推動了商業航天的高速發展，美國航空航天局從而能夠“集中力量辦大事”，實現向載人深空探測的戰略轉型。

太空探索技術公司的創新成果剖析

以太空探索技術、藍色起源、維珍銀河等為代表的美國私營航天企業，不僅在技術層面，突破了火箭可重復使用、海上完成回收等一系列創新技術；同時在領域層面，將商業航天從傳統的導航、遙感、衛星發射等拓展到火箭與（載人）飛船研制、低軌互聯網星座建設以及太空旅游等領域。作為其中的佼佼者，太空探索技術公司在這兩個層面都取得了舉世矚目的成就。

馬斯克于2002年在美國特拉華州注冊成立了太空探索技術公司，初創目標是解決太空運輸問題，終極目標則是實現人類移民火星。經過20年發展，它從昔日默默無名的小微企業發展成為世界商業航天重量級企業，初創時期的員工僅10名，如今超過9500名，旗下的獵鷹系列運載火箭度過了發射屢屢失敗的艱難時期，最終成為發射次數令全世界嘆服的成熟火箭。通過分析其發展路徑，發現有三大助力因素。

注重航天工程全產業鏈條發展

第一，運載火箭開發。太空探索技術公司抓住歷史契機，在美國航空航天局經費支持、專利轉讓、共享發射場設施等全方位支持下，在2003年租用位于得克薩斯州麥格雷戈市的原美國海軍武器開發測試場，之后建成用于火箭研制測試的實驗室，先后發展出獵鷹1號、獵鷹9號，以及面向深空探測的獵鷹重型火箭。第二，飛船研制。針對美國航空航天局的任務需求，兼顧公司未來發展規劃，相繼開發出貨運龍飛船、載人龍飛船。2012年5月，成功把貨運龍飛船（Dragon C2+）送往國際空間站。2020年5月，載人龍飛船將美國航天員本肯（B. Behnken）、赫利（D. Hurley）送往國際空間站。第三，飛控中心以及發射場建設。為進一步增強獨立性，實現低成本、高時效的航天工程全產業鏈覆蓋，自2006年起，太空探索技術公司在馬紹爾群島以及卡納維拉爾角空軍基地分別建設了發射控制中心，并實現低成本、高可靠性運營；與此同時，在加利福尼亞州霍桑市建設了獨立的飛行控制中心，該中心自動化程度高，擁有大型、開放式控制系統，其任務是在發射獵鷹1號、獵鷹9號期間，對龍飛船的在軌運行進行控制和監測[9]；2014年，建成其首個自有發射場——星際基地（Starbase，又名博卡奇卡發射場），包括發射工位及控制中心等，用于新一代登陸火星的飛船——星艦。

大膽采用創新技術和先進設計理念

太空探索技術公司打破了傳統的一次性使用思維，采用可重復使用技術研制飛船、火箭。如獵鷹9號的設計理念是運載火箭的一級助推器可重復使用。2015年12月，在首飛任務中，就實現了獵鷹9號一級助推器的海上回收與重復使用。2017年6月，發射了可回收的貨運龍飛船；2019年3月，載人龍飛船首飛成功。相比美國航空航天局主導研發的飛船采用全手動機械控制（撥動開關、按鍵、控制桿），太空探索技術公司開發的飛船充分考慮了航天員使用便利，具有智能化高、操作簡捷等特點，同時還兼顧深空探測需求。目前，正在開發星艦。在衛星研制領域，太空探索技術公司摒棄了高軌道、大衛星發展模式，另辟蹊徑地致力于發射大規模低軌衛星，為全球用戶提供高速寬帶接入服務。截至2021年5月，已發射1737顆衛星，構成星鏈衛星網絡[10]。

追求高效的管理理念及創新的文化氛圍

在商業公司扁平化管理基礎上，太空探索技術公司更加注重高效、靈活的管理理念以及以人為本的企業文化建設：“全員奮斗”是太空探索技術公司得以迅猛發展的重要原因之一。它聚集了大量優秀人才，激勵全員共同努力開發新一代載人天地往返系統，致力于鼓勵實現火星移民等宏大愿景。同時，采用靈活的員工管理辦法，員工從入職第一天就可盡快進入工作角色，提升了“即戰力”。太空探索技術公司的創新文化氛圍，激勵員工創造性思考（think outside the box），倡導員工提出最好的建議（the best idea wins），實現“每日創新”。此外，公司還實行“批判式反饋”，推動員工成長。員工有義務在不傷害同事感情的前提下提出建議，發展接受批判式反饋的能力，促進個人以及團隊的共同成長。

美國商業航天發展的有效支撐

1998年國際空間站建造伊始，美國就在從商業應用、人類探索和航天技術探索三個方面開展如何更好發揮其效益的調研的同時，強調要聚焦商業領域[11]。同年商業航天法案頒布后，美國航空航天局前局長戈爾丁（D. Goldin）指出：“[ISS]① 30%的實驗空間將會商業化……空間站的商業需求應達到40%～50%，如果達到80%將是令人興奮的[11]。”美國商業航天能在短期內取得舉世矚目的成就，是下述三個方面促成的。

聯邦政府的支持

歷經幾十年的探索，美國頒布了一系列于商業航天相關的法案，有效推動了其商業航天的發展。1984年頒布的《商業航天發射法案》明確了火箭商業發射的政策；同年制定的《陸地遙感商業化法案》規定，將對地觀測衛星的業務交給商業公司。1992年，老布什政府簽署的《陸地遙感政策法案》取代了《陸地遙感商業化法案》，賦予商務部向私營企業發放經營許可證的權利。1998年頒布《商業航天法案》，不僅給予商業航天公司更多發展機會，而且要求美國航空航天局明確國際空間站的商業化應用方案。奧巴馬政府于2010年頒布《美國國家航天政策》，2015年頒布《美國商業航天發射競爭力法案》，均明確鼓勵商業航天發展和創新發展。2018年，特朗普政府制定了美國歷史上首份《國家航天戰略》，把商業航天納入國家戰略。2021年拜登政府上臺后的商業航天政策則傾向于延續過往政策。這些為私營商業航天公司的發展提供了有力的政策保障。

美國航空航天局的頂層戰略調整

瞄準美國航天發展目標，美國航空航天局審時度勢調整了發展戰略，進而明確商業航天在其中的發展定位，并出臺了一系列鼓勵商業航天發展的落地舉措。

美國航空航天局將技術成熟的近地軌道載人航天領域交給商業航天，發揮其低成本、高效、敢于創新的優勢。基于此戰略意圖， 2005年旗下成立商業乘員與貨物項目辦公室，而后相繼啟動COTS、CRS、CCDev、CLD計劃，并實施了一連串具體措施：給予商業公司合同訂單；開放并與商業公司共享部分關鍵技術；對商業公司開放肯尼迪航天中心39A發射臺等基礎設施……

美國航空航天局在主導載人深空探測領域的同時，將商業元素引入其中的中小項目。其深空探測任務分為旗艦（Flagship）、新邊界（New Frontiers）、發現（Discovery），大型的旗艦任務仍由旗下的行星任務部負責。2011年發布的《2013—2022年行星科學的愿景與航程》，給予高校、研究所、工業界通過競標參與這些任務中的中小項目的機會[12]。在這樣的背景下，載人探月項目也引入了商業元素。例如計劃將于2024年實施的“阿爾忒彌斯Ⅲ”任務中，發射門戶空間站的兩個初始模塊——為在軌航天器提供動力推進的模塊以及居住與后勤模塊分別交由馬薩爾（Maxar）和諾思羅普·格魯曼兩家商業公司建造。

人才投入與儲備

靈活的人才流動機制以及大量的科技創新人才，是美國商業航天得以飛速發展的另一關鍵。

20世紀以來，西方富豪們的“珠峰夢”逐步轉向探月、殖民火星。一批來自加州硅谷的富豪們在完成原始積累、獲得了第一桶金后，自帶資金、滿懷熱情投入航天事業，追逐航天夢。他們既是投資者又是探索者，一方面領導開發航天技術與產品，另外一方面競相直接參與太空探索，布蘭森與貝佐斯先后乘坐自己公司研發的飛船，實現了進入太空的壯舉。

美國擁有成熟的人才市場。其頂級高校除了開設與航空、航天直接相關的專業外，還開設了科學、技術、工程、數學教育（science， technology， engineering， mathematics， STEM）相關的眾多專業，為航天產業儲備了大量多學科方向的優秀人才。以斯坦福大學航空航天系為例，1957年至2017年夏季學期原本只開設航空航天專業研究生課程，從2017年秋季學期起增設了航空航天專業本科生課程[13]。在校期間，學校為學生安排了與商業航天（如商業空間運輸）相關的課程或者實習。學生們對商業航天公司提供的工作機會、職業發展前景并不陌生，隨著畢業臨近，加盟商業航天自然而然成為他們的首要選擇之一。

美國航空航天局常委派資深員工，以技術顧問的身份“零薪水”向太空探索技術公司提供技術支持。這一舉措有效提升了民營企業發展航天技術的可靠性和穩定性，打通了核心技術突破的關鍵環節，也為企業節省了大量的技術資金成本。

我國商業航天領域的努力與探索

近年來，我國支持商業航天發展的政策層出不窮。2014年，國務院出臺《關于創新重點領域投融資機制鼓勵社會投資的指導意見》，首次提出鼓勵民間資本參與國家民用空間基礎設施的建設。2015年國家發展和改革委員會、財政部和國家國防科技工業局聯合發布《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015—2025）》通知，提出 “[探索]商業化發展新機制，支持和引導社會資本參與國家民用空間基礎設施建設和應用開發”。2019年國家國防科技工業局、中央軍事委員會裝備發展部為引導商業航天規范、有序發展，促進商業運載火箭技術創新，發布《關于促進商業運載火箭規范有序發展的通知》。

與此同時，我國商業航天也取得了一些成就。例如在商業火箭發射方面，先后研發了快舟一號甲運載火箭、捷龍固體商業運載火箭、谷神星一號（遙二）運載火箭等。以星際榮耀、藍箭航天等為代表的商業火箭企業，以及以銀河航天等為代表的商業衛星企業，在大浪淘沙中成長為我國商業航天頭部公司。

雖然社會各界的關注度呈現遞增態勢，但由于我國商業航天尚處于起步階段，發展的步伐還不夠快。美國商業航天的成功經驗有一定的啟示作用，我國商業航天要走強走好，也需要國家層面給予戰略支撐。

制定有針對性、可操作的法規，在實施層面提供指導。美國聯邦政府對商業航天的支持自1984年以來已經上升到立法的高度，以法案形式頒布，每個法案明確聚焦支持的商業航天發展領域，具有較強的約束力。我國雖然已頒布與商業航天相關的政策和通知，但實施層面缺乏將政策引導轉化為可實施可操作的法規。從法規上打破制約商業航天高質量、創新發展的障礙，在實施層面開設“綠燈”，有助于我國孕育出創新能力優秀、競爭力強的航天高科技公司。

制定周全的商業航天發展戰略規劃（包括長期規劃、階段規劃），在國家航天發展戰略中確定“國家隊”與商業航天的定位和賽道，明確商業航天發展的領域方向、產業鏈中重點扶持的環節等，以引導商業航天有序發展，與“國家隊”形成有益的互補。

出臺更多具體舉措，讓相關政策法規落地生效，助力商業航天發展。目前，商業航天公司承擔的多為與社會需求層面相關的研制發射任務，缺少服務于航天強國戰略層面的計劃支持和合同訂單。航天領域技術專利的開放以及大型基礎設施的共享也缺少落地舉措的支持。建議針對商業航天發展出臺具備明確、具有可操作性的扶持發展措施，明確可開放共享的地面基礎設施、重大科研設備，以及相關規章制度。

吸納社會資本、凝聚創新人才，為商業航天發展創造條件。商業航天需要資本投入，希望得到更多有情懷的企業家的支持。目前，已有碧桂園、騰訊等房地產、互聯網公司開始布局商業航天，期待未來有更多的高科技、醫藥企業能積極參與其中。航天的核心競爭力是人才，可借鑒美國頂尖高校的人才培育模式，根據商業航天市場發展方向，開設商業航天運輸等專業及相關課程，并為高校學生提供商業航天的實習機會。同時，完善“國家隊”與商業航天企業的互訪、交流機制，為商業航天發展奠定人才基礎。

航天產業是當今最具挑戰性的高科技領域之一，是國家綜合國力的集中體現，而商業航天是其中的重要補充和生力軍。我國商業航天應基于自身優勢，瞄準世界發展前沿，積極布局，努力構筑一流的商業航天產業高地。

（本文相關研究受中國載人航天工程空間應用系統資助。）

① []內為作者補充說明，下同。

[1]Space Foundation. The space report： the authoritative guide to global space activity. 2021. https：//www.spacefoundation.org.

[2]Union of Concerned Scientists. USC Satellite Database. （2005-12-08）[2022-01-01]. https：//www.ucsusa.org/resources/satellitedatabase.

[3]NASA. About NASA. [2022-04-12]. https：//www.nasa.gov/about/ index.html.

[4]O Keefe S. The vision for space exploration//Dick S T， Cowing K I. Risk and exploration： Earth， sea， and the stars. Washington： National Aeronautics and Space Administration， 2004： 3-10.

[5]Gatens R. Commercializing low-Earth orbit and the role of the International Space Station， March 05-12， 2016.2016 IEEE Aerospace Conference. Big Sky， Montana： IEEE， 2016： 1-8.

[6]NASA. Commercial lunar payload services. [2022-07-21]. https：// www.nasa.gov/content/commercial-lunar-payload-services.

[7]NASA. NASA selects companies to develop commercial destinations in space. [2021-12-03]. https：//www.nasa.gov/ press-release/nasa-selects-companies-to-develop-commercialdestinations-in-space.

[8]Nelson， B. ISS 2030： NASA extends operations of the International Space Station. [2022-01-11]. https：//solarsystem. nasa.gov/resources/2680/iss-2030-nasa-extends-operations-of-theinternational-space-station/.

[9]Couluris J， Garvey T. SpaceX mission operations. SpaceOps 2010 Conference. Huntsville， Alabama， April 25-30， 2010： 1937. https：// arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/6.2010-1937.

[10]Williams A， Hainaut O， Otarola A， et al. Analysing the impact of satellite constellations and ESO′s role in supporting the astronomy community. arXiv preprint arXiv：2108.04005， 2021.

[11]Jorgensen C. An initial strategy for commercial industry awareness of the International Space Station// Haskell G， Rycroft M. International Space Station： the next space marketplace. Berlin： Springer Science & Business Media， 2000： 211-218.

[12]Board S S， National Research Council. Vision and voyages for planetary science in the decade 2013-2022. Washington： National Academies Press， 2012.

[13]Stanford University. What is aeronautical and astronautical engineering. [2022-08-02]. https：//aa.stanford.edu/academicsadmissions.

關鍵詞：商業航天 美國航空航天局 國際空間站 太空探索技術公司 ■