美国载人航天商业化研究（下）

张蕊 （北京空间科技信息研究所）



美国载人航天商业化研究（下）

张蕊 （北京空间科技信息研究所）

3 成功商业公司案例

过去，由于资金匮乏和技术落后，私营企业的航天梦破灭了。今天的航天企业今非昔比，具有较强的创新意识和冒险精神，在资金上能够负担得起，许多企业还涉足其他领域。私营企业正在成长；大量资金转入航天器甚至有效载荷发射服务的市场竞争中。私营公司已经开发出了新技术和更廉价的运营管理流程造福空间探索事业。新的商业实体注入了私人资本并在开放的市场试验他们的技术，实现太空飞行的低成本、高可靠。

太空探索技术公司（SpaceX）成为私营航天公司的典范。该公司创建于2002年，公司创始人、现任CEO为伊隆·马斯克。公司将目标锁定为降低进入空间的成本，提高进入空间的可靠性。公司员工超过1800人，价值约为13亿美元。除了与美国航空航天局（NASA）签订合同执行“国际空间站”商业轨道运输服务外，SpaceX公司还与私营公司、非美国政府机构和美国军方签订发射服务合同。

公司成功的外部因素

（1）美国雄厚的航天工业基础

SpaceX公司虽然不是传统的航天企业大鳄，也没有得到NASA或其他航天企业的直接技术转让，但也并不是完全白手起家。公司的诞生也得益于NASA和美国空军过去数十年时间里对航天工业的巨额投资。美国航天工业具有世界上最高的技术水平和最完善的产业链，还有数量众多经验丰富的工程人员。在SpaceX公司管理层中，众多高管曾在大型航天企业或政府机构任职，具有丰富的管理经验和专业的技术水平。在SpaceX公司的产品中，大量使用成熟技术和设备。

（2）美国政府对商业航天公司的大力扶持

SpaceX公司的发展与美国政府机构的支持息息相关。初期的SpaceX公司缺乏收入，如果外部环境一直如此，可能会像早期那些商业航天公司一样垮掉，对SpaceX公司帮助最大的是NASA的转变。2004年美国总统小布什连任后推出“星座”计划，提出重返月球和载人火星的发展目标，这为地球轨道商业运输发展提供机遇，“商业轨道运输服务”（COTS）计划应运而生。此后，由于缺少资金，美国取消了“星座”计划，提出美国未来发展的重点是近地轨道以远的月球、小行星、火星探测，明确支持商业公司开展近地轨道运输服务，商业运输正式登上载人航天舞台。

虽然SpaceX公司获得了大量商业合同，但SpaceX公司使用“猎鹰”火箭进行商业发射次数很有限，NASA商业轨道运输服务等项目的支持对于SpaceX公司的发展是至关重要的。这种来自政府的大力支持，使美国航空航天工业具有更强的竞争力，SpaceX公司获得的政府合同不过是这一幕的重演，这也使得SpaceX公司相对其他国家的航天服务商具备更大的成本优势。

(2)通入Cl2是为了将Fe2+(或FeCl2)氧化为Fe3+(或FeCl3),工业上不用HNO3是因为会产生污染性气体NOx,也会引入杂质离子。

（3）自由竞争市场促使成本进一步下降

对SpaceX公司来说，竞争压力也是成本控制成功的重要因素。不同于垄断市场的联合发射联盟，SpaceX公司作为新兴的小公司，发展之初既缺乏人脉关系也没有充足的历史发射业绩，在“商业轨道运输服务”项目的竞争中更有历史悠久的轨道科学公司（OSC）这种对手。SpaceX公司在两轮竞争中不得不降低成本来尽力加分。SpaceX公司开发了原始设计就具备载人能力的“龙”飞船，在商业载人运输服务的竞争中已经占尽先机，为后期载人运输服务竞标成功奠定基础。NASA专门推进了“商业乘员开发”（CCDev）计划，数年后多种载人飞船将应运而生，在众多竞争对手的压力下，SpaceX公司也没有提高成本。

“龙”飞船与空间站对接

公司成功的内部因素

（1）公司创始人的丰富经历及远大目标

伊隆·马斯克是SpaceX公司首席执行官和首席专家，并且作为总设计师监管火箭和飞船的研制工作，同时也是特斯拉（Tesla）电动汽车公司的首席执行官，此外，伊隆·马斯克还是太阳能城市公司的非执行主席和主要股东。马斯克认为在天灾和自我毁灭（如核战）的威胁下，移民其他星球是人类文明得以延续的唯一方法。他还认为，有三个领域最有可能影响人类的未来，其中就包括空间探索以及开拓地球轨道以远的疆域，到达多个星体。而实现该目标最好的方法是普及太空旅游，使其成本可承受。马斯克还认为现有各国航天机构深受官僚主义的束缚，造成航天发射费用居高不下。他认为更灵活的商业公司开展航天活动，可以大幅度降低航天发射费用。

（2）创新、自由、进取的企业文化下造就的归属感和凝聚力

不同于波音（Boeing）这种大型公司的运作方式，SpaceX公司的工作方式更像是一个网络公司，它遵循硅谷式的文化。公司所有的办公室空间都是开放式布局，马斯克也有一个开放式的小隔间。员工都很有归属感，自称为SpaceX人。他相信创业初期“所有人参与”的企业文化对公司实现雄伟的计划至关重要。此外，他还认为，当员工知道目标是什么和为什么时，他们会做得更好。

（3）集约化管理理念（扁平化层级管理）

SpaceX公司强调简单化、低成本和高可靠的管理理念。通过对内改变传统的管理体制、对外摒弃分包商，公司降低了成本并提高了工作效率。公司独立承担项目的整套系统，包括设计、研制、测试和制造主要部件，NASA仅负责进度、安全监管和提供技术支持，这样降低了成本，保证更高效的质量控制，并在设计团队和制造团队之间确保高效的沟通反馈。SpaceX公司将管理目标集中在简单、经过可靠性验证的设计上，从而降低复杂系统的成本。

（4）自主研发系统与设备

此前，NASA与承包商，如波音、洛马（LM）公司签订合同建造设备时，NASA拥有所有权并负责运营，而在商业运输计划中，NASA购买SpaceX公司的服务，而不是设备，这样为政府节省了资金，降低了成本。但是，NASA必须预先提供一定的资金，SpaceX公司利用这些资金进行航天器的建造。通过与NASA合作而非竞争，SpaceX不仅要打造一个商业航天企业，更要赢得利润。在“商业轨道运输服务”计划中，SpaceX公司自始至终独立开发“龙”飞船、“猎鹰”火箭，包括主发动机和上面级发动机、低温贮箱结构、电子设备、制导和控制软件以及地面支持设备，同时公司还拥有自己的任务控制中心。

马斯克认为官僚主义是发射费用虚高的最关键因素。SpaceX公司为了控制成本别出心裁，很大程度上仿效了早期的福特公司。通过缩短供应链，尽力做到在火箭飞船的子系统由自己公司设计生产，以高度的纵向整合降低了成本。在工程设计上，SpaceX公司的猎鹰-9和“猎鹰重型”火箭都将使用灰背隼-1发动机，在箭体设计和导航控制等方面都将尽力通用，通过火箭部件的标准化和通用化，以批量生产降低分摊的设计费用和生产成本，这也是他们降低成本的一个重要因素。

（5）技术创新与可重复使用技术

除了沿用成熟技术，SpaceX公司采用了许多创新技术。猎鹰-9火箭的“灰背隼”液氧/煤油发动机的推力虽然不高，但在开式循环液氧/煤油发动机中是比冲最高的，尤其是上面级的改进型“灰背隼”的比冲达到了345s。在箭体结构和材料上，猎鹰-9是世界上第一种全面应用高强度的2195铝锂合金的火箭，结构质量很低，第二级箭体都仅有3t。在剩余燃料管理上猎鹰-9火箭同样出色。

为了实现发射费用降低到当时商业航天发射市场的1/10，猎鹰-1和9火箭在初始设计中都考虑了可重复使用问题，以达成发射费用降低一个数量级的目标。“龙”飞船最大特点也是可重复使用，其所有结构和机构均设计为能够支持乘员运输，任务持续时间为1周～2年，满足NASA所有相关标准。为实现可重复使用，飞船的主热防护系统采用酚醛浸渍碳纤维烧蚀体（PICA-X）材料，该材料除可完成地球大气再入外，还可用于月球、火星任务的再入。

机库中等待执行“商业补给服务”（CRS）任务的猎鹰-9火箭

4 结论

背靠美国政府，载人航天商业化成为必然发展方向

美国十分重视航天的市场化和商业化，在商业运营上有着很好的基础和丰富的经验。美国载人航天新型商业化发展模式的产生也是得益于美国对航天商业化高度重视和大力支持，以及美国强大的航天工业基础。政府主导、商业化运作，也是美国载人航天发展的一个重要途径。美国在出台的相关政策中，均将商业航天列为重点发展方向。2010年，新版《美国国家航天政策》出台，通过采购政策、体制创新推动商业航天发展。政策中强调最大限度采购商业航天产品和服务；如果不能满足技术要求，提供支持措施和改造。2013年11月21日，在新版《国家空间运输政策》中，也着重提到了利用商业空间运输产品和服务满足政府需求，投资新的先进技术和方案，并利用与工业界的广泛合作关系推动创新；鼓励与商业公司合作，呼吁财政机构继续支持美国商业飞船的研制，以实现近地轨道航天员运输，提高当前和未来美国空间运输系统的可靠性、响应能力、性能和成本效益。截至目前，美国是唯一建立商业航天运行许可的国家，2004年美国商业发射修订案获得通过，明确了允许乘客通过付费进行商业太空飞行、亚轨道飞行器定义、向联邦航空管理局（FAA）申请许可程序等。

推动美国载人航天持续发展，提升空间能力

把航天员运送服务转移到商业服务部门，是美国太空探索战略最为重大的一次变化。私营公司将成为研发制造航天器的主力，NASA则负责监管。这种转变也代表了NASA发展道路的根本转变，从直接负责设计、商业公司为其研制，转变为商业公司的用户。这种做法虽然也有技术和项目的风险，但它创造了降低运营成本的可能性。美国对商业乘员运输服务的培育，将推动发射服务业和航天器制造业的进一步发展，形成载人航天服务市场，有助于航天产业化和国家经济发展，增强美国在全球经济的竞争优势。

培育新型航天工业基础，引领世界载人航天发展新方向

载人航天工程建设一直是作为政府行为体现着国家的整体实力，但美国在此次载人航天政策调整中，将商业化运作纳入近地轨道货物与人员运输。这一举措除了缓解金融危机压力与弥补政府载人运输能力缺乏外，还有一个目的就是在确保安全前提下引入竞争机制，既可降低运输费用，又可建立具有较强竞争力的新型航天工业基础。美国这一举措一方面是将NASA在载人航天领域的成熟技术与经验向私营航天企业转移，另一方面是在培育新型航天工业基础，继而保持未来低地球轨道载人航天活动能力，并为未来载人深空探索提供基础。

商业航天尚待成熟，发展前景依然明朗

尽管过去几年商业载人航天成绩显著，但2014 年10月至2015年6月，短短8个月出现的三次重大事故还是给人们敲响了警钟，在一定程度上引发了人们对商业航天的怀疑。曾经历过和平号空间站失火事故的美国退役航天员杰里·利宁格说：“更好、更快、更便宜，这种看法很天真。”他认为，与NASA在最初进入太空时对安全的重视程度相比，商业公司仍然存在差距，而且也缺乏经验。人类进入太空从来都不是一件易事，安全永远是第一要务，商业公司若想跻身航天，仍需在经验、技术、管理、等方面进一步加强。尽管商业公司在进军航天的路上还存在一些问题，但美国推进商业航天的意志不会动摇。航天从来都是一项高风险的活动，即使是在政府主导的载人航天活动的发展初期，也发生过一些重大人员事故，不能因为此次发生的三次事故而全盘否定商业公司。NASA也表示商业航天发射失利不会影响其后续商业货运任务推进。政府在实施有力监管的前提下，加速技术与经验向私营航天企业转移，激发商业航天工业发展，令航天惠及大众。

5 启示

结合自身国情，探索适合我国的载人航天商业化发展途径

相比于美国，我国航天起步较晚，航天工业产业链不够完善，仍有较大差距，应结合自身特点，改进和完善适合我国国情的载人航天体制机制。另外，我国体制与美国有本质不同，现阶段不可能走与美国完全相同的载人航天商业化运营道路，但是可以借鉴美国的商业化发展经验。现阶段可以通过公私合营、融资等基础性的商业模式，吸引民营资本加入，加快创新和成果转化，使载人航天真正进入寻常百姓家。党的十八界三中全会以来，将全面深化改革作为发展目标。全会指出，使市场在资源配置中起决定性作用。载人航天工程作为国家科技发展重大专项，更应紧密围绕三中全会全面深化改革的发展目标，探索商业发展途径，提高效益。我国载人航天项目由装备发展部统一领导和管理，航天科技集团公司和航天科工集团公司为两大主承包商，管理机构可从以下三方面采取措施，提高竞争力、降低成本：①给予两大主承包商更大的自主性，鼓励其在研发、制造、管理等方面采取新的模式和方法。②纳入公众参与，吸收公众的创意和私有资金。③引入国际资本。通过与国外的政府机构、企业合作，不但可以分担成本，鼓励创新，而且可以培育新型、有利的国际关系，获取政治利益。

确保国家秘密的前提下，逐步放开私营资本的介入

我国载人航天工程由总装备部统一管理，因此在吸引私营资本介入时涉及到保密问题。为此，我国应该在做好保密工作的前提下，采取措施引入私人资本，提高载人航天水平和竞争力，扩大宣传和影响力。目前，由于民营企业有天然的成本和管理优势，所以民营资本已经较多地介入一些服务、后勤、保障、基础性的单机零部件、外围产品，但在航天总体系统和核心元器件部分，私营产业的介入还是空白。未来，应制定相应体质机制，给与私营企业进军航天更多的政策支持。

给予企业自主创新以必要的支持，建立灵活、多样的组织模式

中国、美国在航天产业上的条件差异中也存在着相似。相同点是航天产业均是两国的战略性产业，举国体制是两国开展航天产业的基础。不同点在于美国商业体制的一大特征是极少有国有企业；政府投资项目基本上会外包给私营企业，运转效率高，节约成本，通过竞标实现最佳选择；美国有发达的工业基础，社会化、商品化的人才群体。在这种情况下，我国应支持企业的自主创新。企业在选定自身发展目标时，需要拥有较多的自主权，目标更为实际、可实现、可操作。在现有国家运行模式下，通过市场（特别是国际市场）利润回馈的方式，刺激市场的再次取得。建立制造、研制、开发、研创的市场化产品科研生产组织模式。

尝试在太空旅游等相关领域发展商业载人航天

目前，太空旅游已成为国际上炙手可热的载人航天项目，我国载人航天具备这样的能力发展太空旅游项目。原国家航天局局长孙来燕说过，随着技术更成熟可靠，中国的航天发展将会遵循世界规律，衍生新的经济增长点，包括开展太空旅游。以太空旅游的开展，达到普及太空科学知识，激发公众对航空航天事业的兴趣，尊重与理解航空航天事业，激发民族自豪感与自信心等。另一方面，开展太空旅游也是获取经济效益一种很好的手段。但是，我们必须看到，太空旅游毕竟是新生的旅游形态，它涉及技术、保险等各方面问题，国家必须认真研究，谨慎制定太空旅游的监管部门、经营资格审批、游客审批、太空旅游定价、游客安全保障及相关赔偿等相关规范措施。

（全文完）

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