再論美國商業航天及對我國的啟示

+楊毅強

作者介紹：楊毅強，博士，研究員，中國科學院空天飛行科技中心主任，北京中科宇航探索技術有限公司董事長，長征11號火箭首任總指揮，原空射運載火箭行政總負責人，多年從事我國固體戰略型號，固體運載火箭研制管理和航天系統工程管理工作，先后參加和負責4個國家航天型號研制工作，獲航天科技集團科技進步一等獎等多項成果，獲中國航天基金會授予的航天獎、國防科工委授予的個人二等功，多次獲得中國運載火箭技術研究院授予的長征獎。

“通過簡單介紹美國商業航天，或者說美國太空方面軍民融合的發展情況，以及世界航天行業發展趨勢，針對我們國家目前商業航天的現狀，提出一些想法。”

一、美國商業航天發展的驅動力

毫無疑問，美國是當今世界最大的航天強國。在美國，商業航天和太空的軍、民、商融合，可以說是同一件事情的兩種表述。回顧美國從1980年代至今，整個商業航天的發展過程是一個逐步加強、逐步深入的過程。既有美國政府、軍方、企業的共同作用，也有航天科技本身發展規律的影響，受到了經濟形態、戰略形態、技術形態、政治形態等多種因素的合理驅動。

（一）三大驅動力催生太空領域軍民商融合

1、經濟利益

航天活動的復雜性，航天技術要求的特殊性，以及航天技術發展的前沿性，決定了人類開展空間活動需要付出巨額的費用，研發、研制、發射、維護的成本不斷攀升。另一方面，隨著航天系統逐步發展成熟，航天技術展現出了廣闊的民用前景和商業價值。通過提供民用服務來挖掘市場潛能，可以大大降低軍費的開支，從而有效降低軍事航天活動的各項成本，由此開拓出了巨大的軍民兩用市場。

美國商業航天起步早、發展快、效果好，主要目的就是為了緩解美國軍方的經濟負擔，同時對商業公司拓展市場利益也有積極的貢獻。這種重疊的利益，成為驅動太空軍、民、商共同發展的力量，最終走向深度的融合。例如，在美國造一顆通信衛星大概需要2億美元，如果是有特殊用途的軍用衛星采購價約為10億美元。而2012年9月，美國空軍在一顆商業衛星上搭載了導彈預警傳感器載荷，搭載費用僅2500萬美元。

再以SpaceX為例。在SpaceX成為國防供應商之前，由波音和洛馬組成的聯合發射聯盟給美國政府和軍方的火箭發射報價是1.5-4億美元一枚。而SpaceX的5枚獵鷹一號火箭、2枚獵鷹九號火箭和1艘龍飛船的研制和發射費用總共不到8億美元，其中獵鷹九號火箭僅耗費3億美元，遠低于美國傳統的一次性運載火箭。在商業發射市場，獵鷹九號火箭的商業發射報價是6120萬美元。而獵鷹火箭最引人注目的就是火箭回收和重復使用的能力，其一級早已穩定實現重復使用，目前整流罩也已實現了海上、陸上的回收和重復使用。

火箭的重復使用和回收本身可以大大降低整個火箭的發射費用。但也不可否認，回收火箭要增加三個方面的費用：①勢必會降低一些運載能力；②為了實現回收，火箭本身需要增加相應的測量裝置和控制設備；③火箭回收以后，要對箱體和發動機進行相應的檢測，而從回收點運回也會增加部分費用。通過分析測算，業內普遍認為一枚火箭如果能重復使用10次，就會具有絕對的價格優勢和比較好的盈利空間。

2、技術創新

近年，隨著新技術的發展，大家逐漸認同了小衛星能辦大事。而此前行業內一般不認為小衛星，特別是微小衛星、皮衛星、納衛星能具有真正的實用價值。但近幾年小衛星通過星座組網，能夠和過去幾噸重的大型衛星發揮同樣的或者相似的作用。

對美國來講，由于新技術的發展，民用商業航天系統在規模上和技術上都呈現出了井噴式的進步。事實上，美國的軍事行動對太空系統依賴程度非常高，特別是信息化戰爭下，美軍對觀測范圍、圖像的分辨率、通信帶寬傳輸速率和導航覆蓋等方面的要求急劇提高。而且由于軍方在技術攻關和經濟可承受性方面的問題，在推進獨立的軍事航天系統建設方面發展非常緩慢，獨立的軍事航天系統也越來越難以滿足軍隊的全部需求。所以美國從上世紀80年代，就開始使用民商航天資源來補充和提升其軍事能力。

例如上世紀90年代，美軍方開始通過采購商業遙感數據，或者直接資助等形式，對高分辨率商業遙感航天器的研制、發射提供支持，使得這些運營商的衛星系統能夠持續穩定地運營下去。

3、作戰需求

美國為了鞏固其在太空的絕對戰略優勢地位，在2017年6月重新組建了國家航天委員會，把軍、民、商航天活動的統籌管理提升到國家戰略層面。該委員會制定了太空戰略框架，提出了幾個主要目標。

一，加強太空活動的安全性、穩定性、可持續性以及彈性。

二，強化與商業部門的合作，即與商業公司的合作，以確保美國持續引領航天創新。

例如，美軍在《抗毀損易分解式空間體系架構》白皮書中明確指出了美國航天系統未來轉型的發展方向，即通過結構分解、功能分散、商業航天器搭載軍用載荷的手段，將太空能力分散布置在不同用途、不同軌道的不同平臺上，使美軍的軍事航天能力去中心化，分散目標，提高體系的生存能力和作戰能力。美國已將太空資產分散布置到軍、民、商不同領域，推動了太空軍民融合的深度發展。

（二）商業航天的發展，得益于美國政府航天政策的支持和牽引

美國商業航天的迅速發展，離不開美國政府的大力支持。美國政府無論在商業、航天立法還是政策支持方面，都極為注重支持和扶持商業航天的發展，不斷推出商業航天資助計劃。

早在1984年，美國政府就發布了《商業航天發射法》，2003年頒布了《航天投資法》。據不完全統計，從上世紀80年代開始，美國頒布的相關法律有11部。特朗普上臺以后，先后頒布了1號、2號、3號航天政策指令，主要內容還是要求簡化各類審批程序。

此外，美國政府對商業航天企業給予了多項技術支持和轉移，以SpaceX為例，在成立初期，NASA利用自身的技術優勢，直接派駐技術人員，或者通過專利轉讓的方式，幫助SpaceX的發展和驗證關鍵技術，獵鷹系列火箭發動機的針栓式噴注器技術，就源自阿波羅登月時期的技術。此外，NASA還將原本用來發射土星5號的工位，以1美元的象征性費用近乎無償的讓SpaceX公司使用。據不完全統計，SpaceX公司這些年先后從政府拿到的各項經費大約有80億美元。

除了SpaceX，其他商業航天公司也得到了美國政府在政策、商業訂單等方面或多或少的支撐。

二、美國航天發展的趨勢

趨勢1：低軌衛星發射市場和國際空間站貨運飛船與發射的開放。

低軌衛星市場是當今世界發展最迅猛、最具活力和潛力的航天領域，受到國際社會的廣泛關注，也是軍事航天發展的熱點和商業航天、民營航天創投的熱點。2016年，時任美國航天局局長的博爾登先生指出，美國政府要把航天活動和資產轉向深空，把低軌留給商業公司。于是，美國逐步把低軌衛星發射市場開放給了商業公司，同時也把國際空間站的貨運飛船和發射向具有發展能力的民營公司開放，從而形成互為備保的空間站補給能力。

空間站的宇航員一般6個月左右需要補充一次物資。如果貨運飛船的運載火箭是一家公司生產的，一旦出現了失利，故障的排查、歸零往往需要半年到一年的時間，所以如果只用一家火箭向空間站運送貨物是極其危險的。因此，國際空間站選用了日本、俄羅斯以及美國的多家補給飛船供貨商，這么做的目的，就是為了確保空間站的宇航員能夠按時得到補給，保證正常生活及生存。

趨勢2：軍民協同開展衛星數據共享和運行管理。

美國最大限度地整合了民間資源，以降低成本、減少內耗。美國鼓勵共享資源、共用信息，鼓勵競爭。據統計，美國政府和50多家商業航天公司簽署了太空態勢感知數據的共享協議。可以說，美國太空態勢感知開始融入商業數據，以便美國軍隊能夠利用商業和盟國的太空態勢信息。

此外值得注意的是，2015年，美軍在國防部的太空機構行動中樞——聯合太空作戰中心，嘗試增加了商業代表的席位。這是美國首次把商業公司納入到聯合作戰中心內部參與某些工作。同時軍民協同開展衛星的運行管理工作，商業公司參加了美國的十幾項太空戰演習。

趨勢3：低成本模式的火箭發射熱潮。

這幾年來，美國一批具有經濟和技術實力的私營航天企業迅速成長起來，特別是大家耳熟能詳的SpaceX、藍色起源、軌道ATK、火箭實驗室等為代表的公司。這些公司從設計、試驗、驗證、制造到發射、運營的能力都已經全部具備了。而且已經切實為政府、軍方、科研機構、商業用戶等提供了商業化的發射服務，使發射市場成本顯著降低。例如SpaceX的獵鷹九號火箭的商業發射報價是6120萬美元，應該說SpaceX公司把商業衛星發射的價格大幅度降低，甚至可以說拉低了一個數量級，這也使它迅速成為商業發射市場的領頭羊。

總之，商業航天是航天事業發展到一定階段，特別是從滿足軍隊、政府的應用需求發展到與大眾應用相結合階段的一個必然產物。美國商業航天的崛起和發展，原動力是國家安全戰略的需要。筆者想強調的是，商業航天的本質還是航天，高投入、高風險的屬性永遠不會改變。商業航天的最終指向是形成成熟的商業模式。

三、中國商業航天的機遇

如果要給商業航天下一個定義的話，可以說商業航天是以市場為主導，采用市場手段機制，按照市場規律開展的航天商業活動。簡而言之，商業航天就是以盈利為目的的、市場經濟的航天，是航天回歸工業化本質的一種表現。

自2015年提出概念至今，中國的商業航天可謂風起云涌，取得了長足的進步。

資本方面，中國資本市場的繁榮程度，僅次于美國；人才方面，兩大軍工集團具備良好的造血機制，人才儲備充足；技術方面，新技術不斷發展，并充分利用國際合作，與航天強國的距離不斷縮小；政策方面，中國政府、軍方大力支持商業航天發展；市場方面，正在迎頭趕上，逐步成熟。

在這樣的發展條件下，中國商業航天取得了蓬勃的發展。據不完全統計，截止2019年8月，國內的商業航天企業達到了140余家，其中火箭企業超過14家，從衛星研發制造到規模化生產的衛星企業超過30家，衛星測控運維企業達到16家，以及眾多的衛星配套、運營、應用等企業。

四、中國商業航天的發展現狀

1、傳統企業方面

兩大軍工集團都推出了自己的商業航天計劃。但筆者認為，國家隊的商業航天嚴格來說，并不是純粹的商業航天，更多的是航天的商業化。

2、商業航天企業方面

就火箭而言，我們欣喜地看到，去年星際榮耀公司的雙曲線1號火箭發射成功，這是中國民營火箭第1次能夠將衛星送入軌道；另外，藍箭航天研制的80噸級的液氧甲烷發動機、星際榮耀研制的15噸級的液氧甲烷發動機，也取得了長足的進步，試車的總秒數達到了千秒以上。另外還有一些發展低成本液氧煤油發動機的企業，也正在進行一些試車，并且取得了比較大的技術進步。

3、星座計劃方面

我曾在2016年武漢第二屆商業航天大會上做過一個演講，當時行業討論的還是單星或少數幾顆星的技術驗證，幾千顆星、幾萬顆星的星座在當時來說，簡直是天方夜譚。然而僅過去短短四年，如今我國的低軌星座計劃紛紛上馬，衛星總數加起來不少于3千顆。為什么？大致原因有兩個：

首先，在軌道高度范圍十分有限，頻段高度集中的情況下，衛星軌道和頻率的競爭將越來越激烈。由于軌道和頻譜在國際電聯的有效占用時間非常有限，如果不能如期發射衛星，原來的軌道和頻譜使用權就將失效，因此各星座所有方必須要搶先發射衛星，實際占用軌道和頻譜，以應對國際軌道頻譜爭奪越來越激烈的嚴峻形勢。

其次，“6G=5G+衛星網絡”的概念已經出現，低軌衛星通信與5G的融合，是當前發展的趨勢。

4、政策法規方面

目前，中國政府從政策和法律上都在積極鼓勵商業航天的發展。政策上，早在2016年，國務院發布的《2016年中國航天白皮書》，明確鼓勵民營資本進入航天領域。2019年6月10日，國防科技工業局、中央軍委裝備發展部聯合發布了《關于促進商業運載火箭規范有序發展的通知》，首次就商業運載火箭的科研、生產、試驗、發射、安全和技術管控等有關事項進行了全面的規范與要求。在法律制度方面，由于目前國家航天法還沒有正式頒布，航天領域相關的一些法律法規，相對還比較少。目前我國涉及航天發射和空間活動的法律法規是《空間物體登記管理辦法》和《民用航天發射項目許可證管理暫行辦法》。筆者認為，完善的中國航天法有望在3～5年內出臺。

另外值得稱道的是，我國地方政府對航天相關領域的建設表現出了極大的熱情。不久前，山東海陽開始建設中國的東方航天港，此外，在寧波、在海南的文昌等，都有相應的建設規劃。

五、世界商業航天的發展趨勢

中國航天發展不可能獨立存在和發展，我們來看一下全球商業航天的幾個發展趨勢。

1、低軌衛星市場呈爆炸式的增長

低軌小衛星研制周期比較短，成本低廉，這使低軌衛星成為未來商業航天發射市場的一個最主要的需求。美國僅僅SpaceX公司就要發射42,000顆星鏈衛星，美國其他公司、歐洲以及我國都有大量的低軌衛星需要發射。

應該說各種大型乃至巨型的星座計劃，除了使衛星的軌位頻率資源競爭態勢會更加激烈之外，對國際的規則，乃至軍事、政治、文化都將產生較為巨大的影響。

不過，在衛星星座蓬勃發展的今天，也要保持清醒的頭腦。全球低軌互聯網星座巨頭OneWeb的“倒下”，就是一個令人深思的例子。

事實上，OneWeb星座的建設已經開啟。2020年3月14號，OneWeb一次把34顆衛星送入了軌道，使得該公司在軌的衛星數量達到了74顆。OneWeb原本的目標是2027年前能夠建立覆蓋全球的低軌互聯網星座。另外，這家公司為了盡快完成組網，在衛星制造上引入了汽車制造的概念，把衛星的各系統模塊化、組織化，在生產線上大量使用自動化設備，通過批生產來大大降低衛星的成本。在此模式之下，OneWeb的衛星工廠號稱具備周產10多顆衛星、年產600多顆的能力。

可惜的是OneWeb還未來得及實現自己的目標，就不得不申請破產保護。其原因大致有如下兩點：

其一，毫無疑問是受到本次席卷全球的新冠疫情的影響，疫情導致股票的大跌和金融及供應鏈的動蕩，最后加速造成了它最大的投資者日本軟銀集團的投資困難。

其二，像這樣的互聯網星座需要前期大量的投入，即使開始運行以后，仍需要頻繁的資金注入，一直到形成穩定的盈利能力。

我們不妨將SpaceX公司的星鏈星座和OneWeb星座做個對比，SpaceX的計劃是今年發射1440顆衛星，先形成局部服務能力，甚至這一部分有可能剝離后獨立上市，形成一個融資通道；而OneWeb公司是一次投入、一次建成，投入資金巨大，資金回收也極為緩慢。這兩種模式的對比，值得我們去思考和借鑒。

2、低價格的衛星一定需要低價格的火箭發射

也就是說低軌化、小型化的星座組網，最后會倒逼火箭商業化，要從技術和管理上降低成本。

3、火箭技術要向智能化、綠色化、低保障、快響應和低成本方向發展。

智能化：主要是智能測試、智能飛行。

綠色化：主要是發展無毒、無污染、綠色的液體火箭和中小型固體火箭。

低保障：要降低對發射場的依賴和需求，提高組網效率和降低發射成本。SpaceX的獵鷹火箭就是“三平一垂”的方式：水平總裝、水平測試、水平運輸、垂直發射，而不是傳統的三垂方式。降低了發射場建設的費用，也降低對發射場保障的要求。

快響應：80、90年代火箭發射場準備時間大約需要40多天，現在大概需要20多天到一個月左右。如果一顆衛星的壽命只有3～5年或者5～8年，組網卻要耗費一年甚至更長的時間，顯然是不可取的，這就要求火箭必須具備快速響應的能力。

低成本：目標是把現在國際上每公斤3到5萬美元的發射成本，拉低到每公斤1萬美元以下。

4、發射場的變化

由于歷史原因，我國的發射場大都是由過去的導彈靶場改造而來，而且大部分位于內陸。筆者認為，未來我國商業航天發射場的發展趨勢是沿海布局、軍方把控、軍民融合、軍民共用。此外，海上發射也將成為我國一種不可或缺的發射方式。

5、火箭衛星測運控的變化

商業火箭、衛星測控、運維將向測運控一體化，服務全球化、國際化，全球覆蓋，天基、地基相互補充的方向發展。2019年6月5日，長征十一號火箭海上發射，天鏈測控公司首次實現了運載火箭的全程測控，并把全部的遙測數據和飛行圖像實時發回北京中心和用戶。在衛星測運控方面，他們也具備了對衛星星座構建控制的能力。據不完全統計，天鏈測控、航天馭星這幾家公司現在運維的衛星達70顆甚至更多，這標志著我國商業測控能力已經得到極大提升，也說明國內的商業測控公司已經初步達到工程實用的水平，初步具備了星座測控運維能力。

六、對中國商業航天發展的探討和建議

總體來看，中國商業航天的發展還需要經過一個艱苦和漫長的成長過程。

1、中國商業航天的發展需要一個良好的商業環境，要有一個開放的市場和一個成熟的航天產業，特別要探討如何形成成熟的商業模式，或者說盈利的模式。

2、要靠技術創新來引領，通過技術的進步來降低成本，而不是低價格比拼，更不是低水平的重復。

3、中國商業航天絕不是從頭做起，而是要把我們60多年積累的傳統航天基礎，快速轉化成商業航天產業鏈體系和人才模式。

4、要打破封閉，要用純商業思維、用盈利的目標來選擇商業模式和技術路線。

美國早在1969年，就實現了阿波羅登月計劃；而美國近幾屆政府都提出要重返月球，把月球作為深空探測的一個基地、一個中轉站；美國政府已經公開宣布國際空間站商業化運營，對商業公司開放；以SpaceX為代表的商業火箭公司則明確提出了登陸火星、殖民火星。對照美國這個航天強國的發展路線，中國航天該何去何從？

筆者認為，對中國而言，我們的科研、工藝水平在國際上已經具有相當的競爭力，傳統的封閉模式已不適應當今商業航天的發展，不利于技術的進步，也不利于管理能力的提升。中國航天未來發展應該是多元化的，有國家隊負責完成重大的國家任務和軍事要求，還有混合所有制隊、民營企業隊等參與市場競爭，打破封閉，多元化發展，形成一個開放共享的局面。目標只有一個，就是趕超世界航天強國。

中國航天已經走過了64年的輝煌歷程，從無到有、從小到大、從弱到強、成績卓著，是我國科技事業的重要象征。在深化改革開放、軍民融合的今天，更應該充分發揮全社會的力量，大力發展商業航天，打破封閉，實現多元化發展，努力趕超世界航天強國，加快航天強國建設的步伐，走上一條更加健康的、自主可持續發展的道路。