商業航天領跑航天2.0時代

黃志澄 （北京系統工程研究所）

商業航天領跑航天2.0時代

Commercial Space Leads the Time of Space2.0

黃志澄 （北京系統工程研究所）

目前，商業航天正在與民用航天、軍事航天一起，成為航天的重要組成部分，推動世界航天進入以全面商業化、大眾創新和軍民融合為特征的航天新時代—航天2.0（Space2.0）時代。世界商業航天發展有什么經驗教訓？中國商業航天面臨怎樣的機遇和挑戰？

1 世界航天進入Space2.0時代

20世紀，美蘇兩個大國的冷戰是推動航天技術最初發展的主要動力。隨著冷戰結束和航天技術的逐步成熟，世界航天開始從太空競賽和太空軍事化向全面推動社會經濟發展和軍民融合發展轉型，新興的“太空經濟”和“航天商業化”正在改變地球上人類生活的方方面面。

縱觀世界航天發展的歷史不難發現，由于航天的高風險和高成本，由政府主導的航天任務往往采用比較保守的技術，以保證其高的可靠性，從而在一定程度上阻礙了航天發展的創新步伐。以美國為例，在成功完成“阿波羅”登月計劃之后，政府對航天活動的投入不斷減少，現在的投入不及當年的1/8，讓其載人航天活動只能局限在低地球軌道之內，從而與人類對太空探索的熱烈追求不相適應。

近年來，美國為了保持其航天技術的領先地位，特別是應對中國在太空的崛起，提出了載人火星探索的目標。2015年10月8日，美國航空航天局（NASA）公布了《火星之旅：開拓太空探索新篇章》，介紹了美國分“三步走”實施載人火星探索系列任務的規劃。第一步是整合所有資源，從當前“依賴地球”型載人航天計劃起步；第二步是發展月地空間“試驗場”；第三步是形成“擺脫地球”的深空探索能力。

2016年10月11日，時任美國總統奧巴馬在美國有線電視新聞網（CNN）發表文章稱,“為了翻開美國太空探索的新篇章，我們已經設立了一個清晰的目標：在21世紀30年代之前把人類送上火星，然后再讓他們安然無恙地返回地球；同時還要抱有更大的雄心壯志，有朝一日讓航天員在火星上停留更長時間?！?/p>

美國載人火星探索任務復雜而繁重，充滿挑戰和風險，其創新乏力和資金短缺更顯突出。尤其是美國的航天飛機在2011年退役后，美國竟沒有一個天地往返運輸系統能夠為“國際空間站”服務，唯一的選擇是利用俄羅斯的飛船。

1966年NASA預算占聯邦預算的4.4%，而2016年整個美國太空項目開支193億美元，盡管比其他國家要多得多，但只占總預算的0.5%。顯然，只靠美國政府對NASA的投入，美國要在2030年完成載人火星任務幾乎是不可能的。

那么，奧巴馬認為2030年前美國可以實現載人登陸火星并返回地球的底氣從何而來？他的答案是：“要想實現火星之旅，政府和私營創新企業之間需要展開進一步合作，而我們已經在這方面著手努力了。在接下來兩年內，私營企業將首次把航天員送上‘國際空間站’?！?/p>

雖然美國早在小布什時期就開始鼓勵發展商業航天，但奧巴馬對發展商業航天更是情有獨鐘。2010年春天，奧巴馬在正式宣布改變小布什的“重返月球”計劃為載人火星計劃的前夕，就來到太空探索技術公司（SpaceX）的發射場和伊隆·馬斯克的團隊進行過討論。

2010年6月28日，美國政府公布了新的《美國國家航天政策》，根據新政策，未來美國將致力于航天活動商業化，為商業界提供更多參與航天活動的機會，并承諾政府部門與商業部門是合作的關系，而不是競爭關系。以同時提出將實施各種刺激機制鼓勵航天活動商業化的發展。

NASA在政府的支持下，以撥出專款和預簽合同等形式，資助波音公司（Boeing）、太空探索技術公司和內華達山脈公司（SNC）等3家，研制“國際空間站”的運貨飛行器。隨后，NASA同波音和太空探索技術公司這兩家公司簽署合作協議，資助他們開發為“國際空間站”運送人員的載人飛船。最近，NASA有意愿在“國際空間站”上建立商用艙，并計劃在2024年之后，將“國際空間站”交給商業航天公司繼續運營。

2016年9月28日，在墨西哥召開的第67屆國際宇航大會上，美國太空探索技術公司創始人伊隆·馬斯克做了名為“讓人類變成多星球物種”的主題演講，并推出了用于人類火星殖民的“星際運輸系統”，提出最早在2025年實現載人登陸火星，更長遠的計劃是實現人類向火星移民。然而，老牌航天巨頭、曾幫助美國在登月競賽中擊敗前蘇聯的波音公司表示不服了！波音公司CEO丹尼斯·米倫伯格近日對馬斯克隔空喊話，“我堅信，第一個踏上火星的人，將會乘坐波音公司的火箭到達那里。”

馬斯克近乎瘋狂的計劃和奧巴馬的表態，將繼續推動世界商業航天創業潮滾滾向前，讓世界航天的發展出現繼20世紀載人登月高潮后的第二個新高潮，從而使商業航天與民用航天、軍事航天一起，成為航天的重要組成部分，推動世界航天進入以全面商業化、大眾創新和軍民融合為特征的Space2.0新時代。

2 商業航天發展的經驗教訓

商業化是人類航天事業發展到一定階段的必然產物，它也必將成為航天事業空前繁榮和發展的新動力。航天商業化必將催生商業航天。

美國在通信衛星、遙感衛星及其應用和發射服務商業化之后，開始探索載人航天的商業化。美國力圖在航天領域實現政府和市場雙輪驅動，強化顛覆性技術創新，找到一條低成本、低風險的通向太空之路。

商業航天的蓬勃發展以及基本的航天技術日益成熟，給了眾多創業者以機遇。目前，在航天運輸系統、衛星及其應用、空間站、太空旅游、深空探測和太空資源開發等航天的各個領域出現了一大批創業公司。當前，航天成為繼互聯網之后最活躍和最有希望的創業領域。航天的發展也正在由政府主導走向國家隊和商業航天公司共同發展的Space 2.0時代。

世界各國在發展商業航天的過程中取得的經驗教訓主要有以下四點。

實現政府與市場的雙輪驅動

以美國為例，政府實施鼓勵、支持商業航天發展的國家政策。美國政府近年來發布的《美國國家航天政策》、《美國國家航天運輸政策》，均提出要發展商業航天，促進創新，提升美國航天產業的國際競爭力，要求最大限度地采購商業航天產品與服務，滿足政府需求。

另外，完善的立法為商業航天提供了法律保障。美國在商業發射、衛星導航、通信、遙感等領域均有明確的法律規定。通過法律條文，明確了市場主體的進入條件、行為準則、法律責任與權利。在實施過程中，不斷地完善政策、法律法規，促進美國商業航天能力提升。如在商業遙感領域，美國先后4次修正商業遙感政策及法案，允許商業公司向市場銷售的光學衛星圖像分辨率由lm提高到0.5m，現在又提高到了0.25m，雷達遙感衛星圖像的分辨率由3m提高到lm，顯著增強了美國商業遙感衛星在世界遙感市場的競爭力。

另一方面，繁榮的資本市場為商業航天發展提供了雄厚的資金支持。商業航天項目，在早期由硅谷風險資金介入，中期引進戰略投資者，后期在資本市場融資。這都對商業航天的成功起到了巨大的推動作用。如數字地球公司的世界觀測－2（WorldView－2）衛星，就順利通過私募股權，籌集資金完成了研制發射。

鼓勵顛覆性技術創新

未來的航天任務充滿挑戰和風險，只有努力強化顛覆性技術創新，才可能找到低成本和低風險的通向太空之路。發展商業航天促使航天領域向社會開放，以集思廣益，共同加速顛覆性航天技術的創新。

長期困擾航天發展的一項關鍵技術是解決火箭的重復使用問題。在這方面，美國太空探索技術公司和藍色起源公司（Blue Origin）都取得了很大進展。美國東部時間2017年2月19日，太空探索技術公司成功實現了獵鷹－9（Falcon－9）的一級火箭首次在白天完成陸上平臺著陸。

正當各空天大國投入巨資研發超燃沖壓發動機而技術仍未成熟之際，英國噴氣發動機公司（REL）的“協同吸氣式火箭發動機”（SABRE，簡稱“佩刀”），在地面試驗臺上完成的100多次試驗，證明它能在0.01s內，將氣流從1000℃冷卻到－150℃，不會造成霜凍堵塞，從而為高超聲速推進系統的發展開辟了一條全新的途徑，改變了這個領域的“游戲規則”。

充分發揮國家研究中心的作用

為了提高顛覆性技術創新能力的需求，美國NASA首先在內部進行了體制創新，成立了一個新的部門—太空技術任務部 (STMD)，其任務是向社會廣泛投資，以發展NASA所不能解決的大膽的、廣泛適用的顛覆性技術。

另一方面，NASA加速其成果向商業航天公司轉化。例如，太空探索技術公司的“獵鷹”火箭使用的“灰背隼”（Merlin）火箭發動機，就源于NASA在20世紀60年代開發的登月軌道艙的煤油液氧燃料火箭發動機，經過該公司多次改進，最新版的“灰背隼”發動機已達到了很高的工作效率。畢格羅航天公司（Bigelow Aerospace）的“畢格羅充氣試驗艙”（BEAM）技術也曾是NASA試驗了多年的技術。內華達山脈公司的“追夢者”小型航天飛機采用的構型就是NASA在多年積累的升力體技術上研發出的HL－20升力體構型。

重視安全不斷改進

在發展商業航天的過程中，有許多創業公司為了追求進度，容易忽視航天對可靠性和安全性的嚴格要求。例如，2015年6月28日，太空探索技術公司在執行 “龍”（Dragon）貨運飛船發射任務時，因氦瓶鋼支架存在缺陷，火箭發射139s后凌空爆炸解體。2016年9月1日, 太空探索技術公司定于兩天后發射的裝載了阿莫斯－6（Amos－6）通信衛星的獵鷹－9火箭在卡納維拉爾角發射場發生爆炸，火箭、衛星和發射臺悉數被毀。

這些事故并未阻擋美國商業航天前進的步伐，但同時它也提供了深刻的教訓：商業航天發展中既要重視創新，又要重視安全性。發展商業航天，必須在成本、進度和質量控制之間達到平衡。

3 中國商業航天的機遇與挑戰

在世界航天發展的轉型時期，由于蘇聯和西方國家在轉型期產生的陣痛和冷戰時期留下的嚴重后遺癥，給了中國航天發展一個戰略機遇期。在這個時期內，隨著中國經濟的高速發展，中國正確地抓住了發展機遇，在載人航天、“北斗”衛星系統、高分辨率遙感衛星、月球探測等領域取得了一系列豐碩的成果，縮短了中國與世界先進水平的差距，也大大增加了中國獨立自主發展航天技術的自信心。

當前，中國經濟發展進入了新常態，航天發展也面臨經費增長減緩、成本增加的困難。隨著美國和世界航天全面商業化浪潮的到來，中國航天發展將面臨新的嚴峻挑戰和新考驗。

目前，日益高漲的全球商業航天發展大潮正從美國、歐洲傳向中國。國企正在加緊發展商業航天，初步形成了競爭機制，出現了國有、民營和混合所有制的多種商業航天公司。國務院及時作出鼓勵民間資本進入航天領域的決定，必將推動中國航天體制的深化改革，并引領中國商業航天發展的新高潮。

目前，中國已經出現了幾十家航天創業公司，雖然面臨資金和技術力量不足的困難，但更重要的是創業團隊的自身建設問題。由于航天是一項高技術、高風險的事業，中國航天需要一批勇于創新、善于合作的人才投身到中國航天創業大潮中來。

為了加快中國商業航天的發展，提出下列建議：①抓緊商業航天立法；②加速國有航天企業改革；③設立商業航天創業基金；④建設國家航天研究中心；⑤開放航天基礎設施；⑥培育商業航天創業團隊。

從世界航天的發展態勢來看，商業航天已成為Space2.0時代的領跑者。為此，我們應在總結國外發展商業航天經驗教訓的基礎上，盡快制定出中國商業航天的發展戰略。