商业航天领跑航天2.0时代

黄志澄 （北京系统工程研究所）

商业航天领跑航天2.0时代

Commercial Space Leads the Time of Space2.0

黄志澄 （北京系统工程研究所）

目前，商业航天正在与民用航天、军事航天一起，成为航天的重要组成部分，推动世界航天进入以全面商业化、大众创新和军民融合为特征的航天新时代—航天2.0（Space2.0）时代。世界商业航天发展有什么经验教训？中国商业航天面临怎样的机遇和挑战？

1 世界航天进入Space2.0时代

20世纪，美苏两个大国的冷战是推动航天技术最初发展的主要动力。随着冷战结束和航天技术的逐步成熟，世界航天开始从太空竞赛和太空军事化向全面推动社会经济发展和军民融合发展转型，新兴的“太空经济”和“航天商业化”正在改变地球上人类生活的方方面面。

纵观世界航天发展的历史不难发现，由于航天的高风险和高成本，由政府主导的航天任务往往采用比较保守的技术，以保证其高的可靠性，从而在一定程度上阻碍了航天发展的创新步伐。以美国为例，在成功完成“阿波罗”登月计划之后，政府对航天活动的投入不断减少，现在的投入不及当年的1/8，让其载人航天活动只能局限在低地球轨道之内，从而与人类对太空探索的热烈追求不相适应。

近年来，美国为了保持其航天技术的领先地位，特别是应对中国在太空的崛起，提出了载人火星探索的目标。2015年10月8日，美国航空航天局（NASA）公布了《火星之旅：开拓太空探索新篇章》，介绍了美国分“三步走”实施载人火星探索系列任务的规划。第一步是整合所有资源，从当前“依赖地球”型载人航天计划起步；第二步是发展月地空间“试验场”；第三步是形成“摆脱地球”的深空探索能力。

2016年10月11日，时任美国总统奥巴马在美国有线电视新闻网（CNN）发表文章称,“为了翻开美国太空探索的新篇章，我们已经设立了一个清晰的目标：在21世纪30年代之前把人类送上火星，然后再让他们安然无恙地返回地球；同时还要抱有更大的雄心壮志，有朝一日让航天员在火星上停留更长时间。”

美国载人火星探索任务复杂而繁重，充满挑战和风险，其创新乏力和资金短缺更显突出。尤其是美国的航天飞机在2011年退役后，美国竟没有一个天地往返运输系统能够为“国际空间站”服务，唯一的选择是利用俄罗斯的飞船。

1966年NASA预算占联邦预算的4.4%，而2016年整个美国太空项目开支193亿美元，尽管比其他国家要多得多，但只占总预算的0.5%。显然，只靠美国政府对NASA的投入，美国要在2030年完成载人火星任务几乎是不可能的。

那么，奥巴马认为2030年前美国可以实现载人登陆火星并返回地球的底气从何而来？他的答案是：“要想实现火星之旅，政府和私营创新企业之间需要展开进一步合作，而我们已经在这方面着手努力了。在接下来两年内，私营企业将首次把航天员送上‘国际空间站’。”

虽然美国早在小布什时期就开始鼓励发展商业航天，但奥巴马对发展商业航天更是情有独钟。2010年春天，奥巴马在正式宣布改变小布什的“重返月球”计划为载人火星计划的前夕，就来到太空探索技术公司（SpaceX）的发射场和伊隆·马斯克的团队进行过讨论。

2010年6月28日，美国政府公布了新的《美国国家航天政策》，根据新政策，未来美国将致力于航天活动商业化，为商业界提供更多参与航天活动的机会，并承诺政府部门与商业部门是合作的关系，而不是竞争关系。以同时提出将实施各种刺激机制鼓励航天活动商业化的发展。

NASA在政府的支持下，以拨出专款和预签合同等形式，资助波音公司（Boeing）、太空探索技术公司和内华达山脉公司（SNC）等3家，研制“国际空间站”的运货飞行器。随后，NASA同波音和太空探索技术公司这两家公司签署合作协议，资助他们开发为“国际空间站”运送人员的载人飞船。最近，NASA有意愿在“国际空间站”上建立商用舱，并计划在2024年之后，将“国际空间站”交给商业航天公司继续运营。

2016年9月28日，在墨西哥召开的第67届国际宇航大会上，美国太空探索技术公司创始人伊隆·马斯克做了名为“让人类变成多星球物种”的主题演讲，并推出了用于人类火星殖民的“星际运输系统”，提出最早在2025年实现载人登陆火星，更长远的计划是实现人类向火星移民。然而，老牌航天巨头、曾帮助美国在登月竞赛中击败前苏联的波音公司表示不服了！波音公司CEO丹尼斯·米伦伯格近日对马斯克隔空喊话，“我坚信，第一个踏上火星的人，将会乘坐波音公司的火箭到达那里。”

马斯克近乎疯狂的计划和奥巴马的表态，将继续推动世界商业航天创业潮滚滚向前，让世界航天的发展出现继20世纪载人登月高潮后的第二个新高潮，从而使商业航天与民用航天、军事航天一起，成为航天的重要组成部分，推动世界航天进入以全面商业化、大众创新和军民融合为特征的Space2.0新时代。

2 商业航天发展的经验教训

商业化是人类航天事业发展到一定阶段的必然产物，它也必将成为航天事业空前繁荣和发展的新动力。航天商业化必将催生商业航天。

美国在通信卫星、遥感卫星及其应用和发射服务商业化之后，开始探索载人航天的商业化。美国力图在航天领域实现政府和市场双轮驱动，强化颠覆性技术创新，找到一条低成本、低风险的通向太空之路。

商业航天的蓬勃发展以及基本的航天技术日益成熟，给了众多创业者以机遇。目前，在航天运输系统、卫星及其应用、空间站、太空旅游、深空探测和太空资源开发等航天的各个领域出现了一大批创业公司。当前，航天成为继互联网之后最活跃和最有希望的创业领域。航天的发展也正在由政府主导走向国家队和商业航天公司共同发展的Space 2.0时代。

世界各国在发展商业航天的过程中取得的经验教训主要有以下四点。

实现政府与市场的双轮驱动

以美国为例，政府实施鼓励、支持商业航天发展的国家政策。美国政府近年来发布的《美国国家航天政策》、《美国国家航天运输政策》，均提出要发展商业航天，促进创新，提升美国航天产业的国际竞争力，要求最大限度地采购商业航天产品与服务，满足政府需求。

另外，完善的立法为商业航天提供了法律保障。美国在商业发射、卫星导航、通信、遥感等领域均有明确的法律规定。通过法律条文，明确了市场主体的进入条件、行为准则、法律责任与权利。在实施过程中，不断地完善政策、法律法规，促进美国商业航天能力提升。如在商业遥感领域，美国先后4次修正商业遥感政策及法案，允许商业公司向市场销售的光学卫星图像分辨率由lm提高到0.5m，现在又提高到了0.25m，雷达遥感卫星图像的分辨率由3m提高到lm，显著增强了美国商业遥感卫星在世界遥感市场的竞争力。

另一方面，繁荣的资本市场为商业航天发展提供了雄厚的资金支持。商业航天项目，在早期由硅谷风险资金介入，中期引进战略投资者，后期在资本市场融资。这都对商业航天的成功起到了巨大的推动作用。如数字地球公司的世界观测－2（WorldView－2）卫星，就顺利通过私募股权，筹集资金完成了研制发射。

鼓励颠覆性技术创新

未来的航天任务充满挑战和风险，只有努力强化颠覆性技术创新，才可能找到低成本和低风险的通向太空之路。发展商业航天促使航天领域向社会开放，以集思广益，共同加速颠覆性航天技术的创新。

长期困扰航天发展的一项关键技术是解决火箭的重复使用问题。在这方面，美国太空探索技术公司和蓝色起源公司（Blue Origin）都取得了很大进展。美国东部时间2017年2月19日，太空探索技术公司成功实现了猎鹰－9（Falcon－9）的一级火箭首次在白天完成陆上平台着陆。

正当各空天大国投入巨资研发超燃冲压发动机而技术仍未成熟之际，英国喷气发动机公司（REL）的“协同吸气式火箭发动机”（SABRE，简称“佩刀”），在地面试验台上完成的100多次试验，证明它能在0.01s内，将气流从1000℃冷却到－150℃，不会造成霜冻堵塞，从而为高超声速推进系统的发展开辟了一条全新的途径，改变了这个领域的“游戏规则”。

充分发挥国家研究中心的作用

为了提高颠覆性技术创新能力的需求，美国NASA首先在内部进行了体制创新，成立了一个新的部门—太空技术任务部 (STMD)，其任务是向社会广泛投资，以发展NASA所不能解决的大胆的、广泛适用的颠覆性技术。

另一方面，NASA加速其成果向商业航天公司转化。例如，太空探索技术公司的“猎鹰”火箭使用的“灰背隼”（Merlin）火箭发动机，就源于NASA在20世纪60年代开发的登月轨道舱的煤油液氧燃料火箭发动机，经过该公司多次改进，最新版的“灰背隼”发动机已达到了很高的工作效率。毕格罗航天公司（Bigelow Aerospace）的“毕格罗充气试验舱”（BEAM）技术也曾是NASA试验了多年的技术。内华达山脉公司的“追梦者”小型航天飞机采用的构型就是NASA在多年积累的升力体技术上研发出的HL－20升力体构型。

重视安全不断改进

在发展商业航天的过程中，有许多创业公司为了追求进度，容易忽视航天对可靠性和安全性的严格要求。例如，2015年6月28日，太空探索技术公司在执行 “龙”（Dragon）货运飞船发射任务时，因氦瓶钢支架存在缺陷，火箭发射139s后凌空爆炸解体。2016年9月1日, 太空探索技术公司定于两天后发射的装载了阿莫斯－6（Amos－6）通信卫星的猎鹰－9火箭在卡纳维拉尔角发射场发生爆炸，火箭、卫星和发射台悉数被毁。

这些事故并未阻挡美国商业航天前进的步伐，但同时它也提供了深刻的教训：商业航天发展中既要重视创新，又要重视安全性。发展商业航天，必须在成本、进度和质量控制之间达到平衡。

3 中国商业航天的机遇与挑战

在世界航天发展的转型时期，由于苏联和西方国家在转型期产生的阵痛和冷战时期留下的严重后遗症，给了中国航天发展一个战略机遇期。在这个时期内，随着中国经济的高速发展，中国正确地抓住了发展机遇，在载人航天、“北斗”卫星系统、高分辨率遥感卫星、月球探测等领域取得了一系列丰硕的成果，缩短了中国与世界先进水平的差距，也大大增加了中国独立自主发展航天技术的自信心。

当前，中国经济发展进入了新常态，航天发展也面临经费增长减缓、成本增加的困难。随着美国和世界航天全面商业化浪潮的到来，中国航天发展将面临新的严峻挑战和新考验。

目前，日益高涨的全球商业航天发展大潮正从美国、欧洲传向中国。国企正在加紧发展商业航天，初步形成了竞争机制，出现了国有、民营和混合所有制的多种商业航天公司。国务院及时作出鼓励民间资本进入航天领域的决定，必将推动中国航天体制的深化改革，并引领中国商业航天发展的新高潮。

目前，中国已经出现了几十家航天创业公司，虽然面临资金和技术力量不足的困难，但更重要的是创业团队的自身建设问题。由于航天是一项高技术、高风险的事业，中国航天需要一批勇于创新、善于合作的人才投身到中国航天创业大潮中来。

为了加快中国商业航天的发展，提出下列建议：①抓紧商业航天立法；②加速国有航天企业改革；③设立商业航天创业基金；④建设国家航天研究中心；⑤开放航天基础设施；⑥培育商业航天创业团队。

从世界航天的发展态势来看，商业航天已成为Space2.0时代的领跑者。为此，我们应在总结国外发展商业航天经验教训的基础上，尽快制定出中国商业航天的发展战略。