國際空間站商業化發展研究

張 蕊， 楊 哲， 宋國梁

（1.北京空間科技信息研究所， 北京 100094； 2.北京衛星制造廠有限公司， 北京 100094）

1 發展背景

國際空間站（International Space Station，ISS）是有史以來規模最大的國際航天合作計劃，以美國、俄羅斯為主導國，聯合日本、加拿大、巴西和歐洲航天局等十余個國家共同建造和運行的大型空間設施，集中了世界主要航天大國各種先進設備和技術力量。 作為近地軌道上的重要研究平臺，自1998 年建造以來，已在軌運行約二十余年，在生物與技術、地球與空間科學、教育活動、人體研究、物理科學、技術試驗等六大領域開展了千余項研究項目，取得了豐碩的研究成果，帶來了較好的經濟和社會效益。

隨著美國商業航天市場規模不斷擴大、體系不斷完善，國際空間站商業化隨之興起并不斷發展完善，商業運輸、商業在軌應用、太空旅游等成為重點領域，此舉成為美國載人航天降低成本、鼓勵創新、提升競爭力的一個重要途徑。 在戰略考慮上，隨著近地空間大規模設施建造部署、載人長期駐留等技術的日益成熟、可重復使用技術的快速發展，美國將未來戰略目標定位于任務更復雜、成本更高的載人深空探索，近地空間發展商業力量保持持續發展，以確保其在近地軌道及以遠的全球主導地位。

在所處階段上，美國面臨航天飛機退役，近地軌道運輸斷檔，急需發展商業力量確保其近地軌道運輸能力，保持其在近地軌道的全球領先地位。在發展目標上，開展商業應用，引入商業力量，可提升國際空間站的綜合效益，激發美國航天創新活力，實現以下目標：鼓勵發展全新的市場；吸引新的投資者參與航天活動并產生經濟效益；確保強大的工業基礎能力不僅能夠支撐未來的航天任務，還可支撐許多相關產業；使得各種創新思想、方法、成果相互融合，成為經濟開發的基石［1］。

在推動商業化發展過程中，美國國家航天局（NASA）制定了商業近地軌道開發計劃，規劃近、中、遠期發展計劃，明確發展目標、發展模式和重點舉措，同時指出，近中期國際空間站運營仍由NASA 主導，積極推進商業化市場化進程，包括制定國際空間站商業應用定價政策、允許私人航天員前往國際空間站、推動低軌商業空間站開發進程等；遠期國際空間站運營移交私營企業，實現完全商業化［2］。 當前，美國并未最終確定完全商業化運營的時間與模式，仍處于政府主導、商業參與的發展階段，重點發展三方面，一是商業運輸服務，引入競爭，降低成本；二是將空間站美國艙段作為國家實驗室，開展新型商業合作關系，開展商業在軌應用；三是太空旅游。

中國空間站已于2022 年底完成建造，進入全面應用與發展的新階段。 作為建設科技強國和航天強國的重大標志性工程，空間站在發展過程中將始終堅持創新引領、注重綜合效益，以建立先進、完備的空間科學研究與應用體系、產出重大原創成果、提升綜合應用效益為主要目標。 為此，空間站后續發展中需考慮引導社會力量參與載人航天發展，探索發展新模式，促進載人航天高質量發展。 國際空間站在建造和運營過程中，將商業化作為提升效益、激發創新活力的重要手段，發展了較為成熟的商業模式，開展了多領域商業應用，相關做法值得借鑒。

2 重點舉措

2.1 完善商業航天政策戰略

美國早在20 世紀80～90 年代已奠定商業載人航天運輸的基礎，從國家層面制定商業航天法規政策，明確商業航天在國家中的地位和作用。近年來，美國不斷深化和加強商業航天發展，開展商業航天監管改革，以實現國家利益的最大化。重新設立國家航天委員會，從國家層面對載人航天、商業航天與軍事航天進行頂層規劃，在美國第一至三號總統航天政策令中，要求相關政府機構改進對商業航天的監管。 一號令推動技術發展［3］，二號令推動機構改革［4］。 在最新發布的2020 版《美國國家航天政策》中，明確指出美國商業航天產業在全球航天市場處于領先地位是實現國家戰略目標的基礎，要把美國打造成開展商業航天活動的首選國家［5］。 在商業載人航天方面，指出鼓勵擴大美國商業載人太空探索規模，包括近地軌道及以遠的后勤補給、人員貨物運輸、持續商業化運營，利用微重力開展研發活動。 在法案修訂完善方面，國會對相關法案進行了修訂，幫助制定規章標準來管理商業載人航天飛行，使得規章制度有利于技術發展，規避乘員飛行風險。 針對近地軌道商業載人航天，美國出臺相關政策戰略大力推進其發展。 NASA 于2019 年6 月發布《商業低地球軌道開發計劃》，指出了國際空間站近期及中長期商業化發展路線，明確將進一步擴大國際空間站商業化程度。 美國白宮科技政策辦公室于2023 年3 月發布《國家近地軌道研發戰略》，提出美國在近地軌道研發的5 項戰略政策目標，指出增加市場機會，促進創新和可持續發展。 這是美國政府首次出臺的近地軌道科研戰略，旨在指導美國借助商業公司或其他非政府組織，采用創新的合作模式，保證美國在國際空間站退役前后持續利用近地軌道空間的能力［6］。

2.2 健全商業載人航天管理機制

美國通過立法，明確政府各部門的商業航天管理職能，建立了較為完善的商業航天管理體制，秉持聚焦商業化發展需求、實施政府有效監管、確保國家利益與安全、維持公平競爭環境的發展原則，推進商業化發展。 在商業載人航天領域，NASA 負責管理，提供技術和服務支持，進行安全監管，并為監管機構提供技術支撐，開展近地軌道商業載人航天運輸和空間站商業運營及應用活動。 為高效推進國際空間站商業化發展，NASA專門成立相關管理部門和機構，發展商業運輸及商業應用等。

在商業載人航天運輸方面，為彌補航天飛機退役后美國近地軌道運輸的斷檔，NASA 制定了商業貨物和載人運輸計劃，于2005 年成立了商業乘員與貨物項目辦公室，購買由商業公司提供的新型、低成本空間站貨物和乘員運輸服務，于2006 年啟動了商業軌道運輸服務（Commercial Orbital Transportation Services， COTS）計劃，并在2009 年啟動了商業乘員開發（Development of the Commercial Crew Program， CCDev）計劃［7］。 該模式靈活性高、可有效降低成本，鼓勵創新。 商業公司負責項目的整套運營，包括總體設計、研制、制造、試驗、發射和運營管理等，NASA 僅負責進度、安全監管及技術支持［8］。 在合同管理上，采用固定價格里程碑事件的合作方式，政府只有在企業完成相關的里程碑任務后才向其提供開發資金，而不再簽訂一個成本加利潤的、開放式的研發合同，企業要比以往投入更多的自有資金。 此外，每個承包商的里程碑事件不完全相同，NASA 通過衡量實際表現的里程碑事件，評估未來資金投入情況。

在空間站商業應用方面，美國國會在2005 年《NASA 授權法案》中，將國際空間站美國艙段確定為國家實驗室，向NASA 以外的其他政府機構、非營利機構和私營企業開放，發展商業應用［9］，并在2010 年《NASA 授權法案》中，指示NASA 與非營利實體簽訂合作協議，以管理國際空間站國家實驗室［10］，2011 年，NASA 與空間科學促進中心（Center for the Advancement of Science in Space，CASIS）簽訂協議管理國家實驗室，即國際空間站上NASA 可用資源的50%，空間科學促進中心的主要職責是最大限度地提高國際空間站的利用率，并將國際空間站作為研究平臺產生商業利益。 NASA 總監察長辦公室和NASA 總部對空間科學促進中心進行監管，通過與空間科學促進中心簽署合作協議，在研究路徑、教育平臺、補助金和項目組合、招募國家實驗室用戶、匹配研究項目和投資者、尋找合作伙伴、籌款、國家實驗室研究乘員時間的使用、推廣服務等9 個方面開展具體績效評估，NASA 根據年度報告、現場考察、與空間科學促進中心領導層的討論和支撐數據來評估空間科學促進中心的績效，并每年發布一份由NASA 簽署的書面評估備忘錄［11?12］。

2.3 落實合作協議推動計劃實施

NASA 通過與商業公司簽署空間法案協議（Space Act Agreement， SAA）的方式，開展商業服務，所有使用空間站資源的商業和營銷活動都需要與NASA 簽訂一份有償空間法協議或與NASA達成的其他計劃，NASA 以此收回成本。

空間法案協議包括4 類協議：有償協議、無償協議、資助協議和國際協議。 其中有償協議是指商業公司向NASA 支付費用購買資源。 批準該協議的前提通常是NASA 擁有的獨特資源、服務及設施未得到充分利用，而商業公司計劃開展的項目與NASA 的總體任務方針一致，且不會妨礙NASA 執行常規任務。 無償協議是指不涉及資金往來的協議，而是以其他形式進行等價交換。 在該協議下，各商業公司自行承擔項目參與成本，而NASA 會提供專業技術、評估、經驗教訓、數據等資源，合作研發出的商業化產品可供政府和非政府客戶使用。 資助協議是指NASA 提供經費支持，商業公司負責提供產品或服務。 在該協議下，只有商業公司在規定時間內完成了預定的里程碑計劃，且實現了預期的設計，達到安全性及性能目標，才能夠從NASA 獲得經費支持。 NASA 在公布資助協議時通常會給出預估成本。 國際協議是指協議合作伙伴為外國實體的有償或無償協議。外國合作伙伴可以是不根據美國州或聯邦法律設立的法人實體，可以包括外國主權國家的商業或非商業實體或個人或政府實體［13?14］。

國際空間站國家實驗室的合作方式上，此前授權范圍僅限于研究和開發，為進一步擴大國際空間站的商業應用，使空間站更多地面向企業開放，促進近地軌道太空經濟發展，NASA 在2019年正式允許在國際空間站上進行商業制造和生產，制定了近地軌道商業使用定價政策，便于企業購買站上資源開展商業活動，并允許企業向國際空間站運送私人航天員。

3 實施效果

3.1 應用方向

目前，國際空間站商業應用主要包括三類，一是站上商業應用，包括在軌實驗／試驗、太空制造、小衛星部署、商業搭載等；二是商業貨運／人員運輸，競標開展空間站貨物補給和人員運輸；三是商業旅游類，包括太空旅游和新興的私人航天員任務。

3.1.1 在軌應用

在軌應用主要是通過商業平臺、機柜、載荷、氣閘艙等，利用獨特的空間環境開展實驗研究，可分為艙內應用和艙外應用。 通過引入商業研究設施，大大提升了國際空間站所支持研究項目的領域和數量。 NASA 已與超過39 家公司合作，在空間站上安裝了18 個商業設施，開展商業在軌實驗／試驗。 在軌應用主要方向包括太空制造、空間站釋放小衛星、商業搭載等［15］。

太空制造是指利用空間站作為在軌平臺，開發和驗證先進材料和前沿技術，用于在軌生產和制造地面產品，促進商業在軌制造多樣化和可持續發展，提升空間站應用效益，改善地球生活質量。 在軌制造目前涉及的主要領域包括先進材料、晶體制造、薄膜沉積、組織工程和再生醫藥等。目前，太空制造公司利用各種制造技術，利用微重力環境開發出只有在太空才能實現的創新產品和概念。 該公司生產的3D 打印機是第一臺在太空中使用的制造設備，供政府和商業客戶使用。 該公司還在國際空間站上生產ZBLAN 光纖，這是第一款在國際空間站上制造并在地球上進行銷售的商業產品。

空間站釋放小衛星為微納衛星提供了一種低成本進入空間的方式。 納米架（NanoRacks）是首家提供空間站商業釋放微納衛星服務的公司，利用NanoRacks 立方體衛星釋放系統開展小衛星釋放部署。 該系統設計符合NASA 國際空間站安全性要求，安裝在日本實驗艙多用途實驗臺上。

商業搭載主要是指商業用戶利用貨運飛船向國際空間站運送貨物和試驗設備。 納米架公司是一家提供航天商業產品和服務的私營企業，是國際空間站商業應用的代理商。 有搭載需求的商業用戶和納米架簽署合同，支付運費，就可利用飛船將貨物或試驗用品搭載至空間站，再將做好試驗的數據和相關資料帶回地面用于科學研究。

3.1.2 商業運輸

美國通過商業貨物和乘員運輸計劃，為國際空間站提供運輸服務。

通過授予商業補給服務（Commercial Resup?ply Services， CRS）合同，提供貨物運輸服務，目前已經進行到第二階段商業補給服務合同任務階段，授予了太空探索技術（SpaceX）、軌道－ATK 以及內華達山脈等3 家公司，目前正在提供貨物運輸服務的為SpaceX 公司龍飛船／獵鷹－9 火箭和軌道－ATK 公司的天鵝座飛船／安塔瑞斯火箭，內華達山脈公司的追夢者號太空飛機最早要2024年提供首次運輸服務。 通過商業乘員開發開展人員運輸。 NASA 授予SpaceX 公司和波音公司開展乘員運輸，分別由載人龍飛船和星際客船提供服務［16］。

3.1.3 商業旅游

太空旅游是國際空間站商業發展的重要方向。 2001 年至2009 年期間，太空探險公司與俄羅斯航天國家集團和科羅廖夫能源火箭航天集團合作，支持7 名太空游客乘坐俄羅斯聯盟號飛船前往國際空間站。 2021 年12 月，太空探險公司時隔12 年再次利用聯盟飛船將2 名太空游客送達國際空間站。 2022 年4 月，美國公理太空公司利用載人龍飛船執行首次國際空間站私人航天員任務。 隨著載人龍飛船、聯盟飛船等投入商業服務，各類太空旅游項目有望快速發展，常態化、商業化、平民化的太空旅游將成為世界載人航天活動的重要組成部分。

目前僅有14 人次參與國際空間站太空旅游活動，乘客主要是來自各行各業有經濟實力、身體狀況相對較好、有航天夢想的成功人士。 隨著載人龍飛船、星際客船等軌道飛行器投入商業服務，各類太空旅游項目有望快速發展，太空游客數量將大幅增長，成為一類重要的航天飛行參與者。

3.2 存在問題

國際空間站在推進商業化發展過程中，存在商業運輸安全風險高、應用管理不到位情況，在一定程度上影響應用效益的發揮。

3.2.1 商業運輸安全性存在隱患

在商業運輸發展早期，美國曾發生過幾次事故，商業公司在經驗、技術、管理等方面仍需進一步加強。 載人航天商業化的目標是降低成本，為爭奪政府訂單，商業公司必須拿出低投入、高回報的方案，以壓倒競爭者，大量的成本壓縮，導致風險系數提高，需要政府實施更有力的監管［17］。

3.2.2 商業應用管理不到位

在國際空間站商業應用管理中，存在的主要問題是委托機構空間科學發展中心履職以及NASA 對國家實驗室合作協議的管理方面，沒有根據國際空間站應用情況的變化做出調整，主要體現在：空間科學發展中心的業務結構不符合非營利組織的典型結構或功能，NASA 參與空間科學促進中心董事會工作，削弱首席執行官管理企業的權力，對空間科學促進中心的整體運行及其經濟效益產生了重大不利影響；沒有進行定期且可靠的用戶群整合，NASA 與空間科學促進中心之間、空間科學促進中心與實施合作伙伴之間存在溝通不暢；NASA 的監督管理不善，監管要求不夠清晰、完整，同時在管理空間生命和物理科學研究，以及應用機構、商業伙伴、國家實驗室參與者和國際空間站國際伙伴之間的復雜關系方面，NASA 存在不足［18］。

針對該類問題，NASA 采取相應措施，制定年度績效指標，以可量化的數字目標或其他可衡量的值，評估總體目標是否實現，具體包括簡化合作協議，方便與NASA 之間的溝通和聯合制定規劃；采取措施推動實現研發（空間生命和物理科學研究與應用）、產業發展（空間站國家實驗室）和商業化（實施伙伴）的協同發展；加強NASA 的監督，建立量化績效指標體系評價空間站應用，至少每年審查一次，解決商業用戶招募、應用研究的平衡、對商業服務提供商的支持等問題。

4 啟示

中國空間站已全面轉入應用與發展階段，未來10 年主要任務就是管好、用好和發展好空間站。 為實現應用與發展階段的目標，提升中國空間站的應用效益，應充分發揮市場機制作用，納入商業社會力量，健全發展機制、完善管理體系、探索重點應用方向，激發創新活力，推動載人航天高質量發展。

4.1 建立健全商業化發展機制

美國高度重視商業航天發展，在推進國際空間站商業化發展過程中，從政府、主管機構NASA等各個層面制定相關政策機制、謀劃低軌發展戰略，構建管理機構，體系化推進商業化進程。

中國空間站進入應用與發展階段后，為推動空間站高質量發展，激發創新活力、提升綜合效益、降低應用管理成本，需謀劃載人航天商業化發展模式，營造載人航天商業化發展良好環境，制定分層級、分類別的商業化機制；通過融入社會資本、工程提前培育等方式提升商業航天能力；給予商業公司載人航天相關標準、技術和基礎設施等支持，按照規范要求對商業航天進行監管。

4.2 健全完善商業應用管理體系

針對商業化發展需要，國際空間站通過建立商業乘員與貨物項目辦公室、空間科學促進中心等機構管理商業運輸、商業在軌應用等，為商業資本更便捷、更有效參與空間站商業活動提供保障。

中國空間站在現有運營管理的機制下，根據任務的新特點和新要求，可探索發展“政府主導、商業化運營、多種資源配置”的運營管理模式，開展商業化運營工作，關系國家安全和戰略的重大任務由國家投入，一般任務由相關國家計劃、企業或市場多渠道支持，商業任務按市場模式管理。

4.3 探索發展重點商業應用方向

國際空間站已在在軌實驗／試驗、在軌制造、小衛星釋放、商業搭載、太空旅游等多領域開展商業應用，取得了較好效益。

中國空間站在發展商業應用時，面向世界科技前沿和經濟主戰場，應識別、征集、遴選有發展前景的商業應用方向，服務創新型國家建設需要。基于空間站平臺與地方政府、商業公司、個人用戶開展合作，滿足社會各界的多種需求。 針對發展需求，重點發展太空制造、生物醫藥、材料實驗、小衛星部署、太空旅游等領域，促進成果轉化和產業發展。 目前，中國已經發布《關于征集空間站低成本貨物運輸系統總體方案的公告》，市場化采購低成本貨物運輸服務，邁出了商業化發展的重要一步。