“国际空间站”美国国家实验室的项目管理实践

赵凡 张九星 张伟 （中国科学院空间应用工程与技术中心）

“国际空间站”美国国家实验室的项目管理实践

赵凡 张九星 张伟 （中国科学院空间应用工程与技术中心）

Project Management Practice of International Space Station U.S. National Laboratory

“国际空间站”（ISS）运营期，如何有效地利用其实验载荷，最大化地发挥其效用并回馈社会，同时减少对国家财政资助的依赖，是一个重要的管理课题。空间科学促进中心（CASIS）作为美国航天局授权管理“国际空间站”美国国家实验室的非盈利性组织，自2011年运营以来，在“国际空间站”实验项目的管理方面取得了明显成效。

1 引言

“国际空间站”是冷战后国际航天合作的典范。自1998年首个核心舱体“曙光”升空至2011年7月最后一架航天飞机“阿特兰蒂斯”执行运输任务，“国际空间站”历经13年完成基本组建，总投资超过1000亿美元。“国际空间站”自2012年进入全面运营阶段，根据约定，将至少持续运营至2024年后。

“国际空间站”为人类提供了长期在轨科研和空间资源开发的机会，其特有的微重力环境及完善的试验设施为科学家进行空间科学和应用实验提供了理想场所。

“国际空间站”是美国航空航天局（NASA）最大的空间资产—NASA不计地空货运项目的花费就达到600亿美元，每年运营费用达30亿美元。但自建设期即出现了实验任务量不足的情况，使如此庞大的投资难以充分发挥效用。

为此，早在2005年美国国会即通过法案将“国际空间站”美国实验舱段设立为国家实验室（ISSNL），使其能够广泛服务于美国政府部门、学术界和私人机构，还提议NASA委托第三方非赢利性组织管理“国际空间站”至少一半的NASA实验载荷和至少一半的地面与空间站间的运载能力，以提升空间站实验平台的使用效率。从自身定位来讲，NASA作为国家航天科研机构，也希望从技术相对成熟、风险相对较低的传统航天项目中解放出来，专注于前沿技术开发和未知领域的探索。再者，NASA从既往经验中也意识到，空间实验不但具有科学意义，还具备较高的商业应用价值，而其自身类似于政府部门的管理模式，很难充分发掘和拓展受众，难以充分发挥“国际空间站”这一空间实验平台的商业潜力。举例来讲，1998－2010年，“国际空间站”开展的空间实验项目中，NASA资助的占81%，国防部资助的占10%，仅有9%来自于商业单位，且这些商业单位仅负担实验部分的费用，NASA为其担负了载荷集成、轨道运载和使用站上资源的成本。

因此，为充分利用“国际空间站”美国国家实验室这一独特的实验平台，并体现上站实验项目遴选的公平性，在相关法案的指导下，2010年，NASA组织成立了空间科学促进中心；在2011年，NASA委任空间科学促进中心作为唯一的实验项目管理方。每年NASA至少为空间科学促进中心拨款1500万美元，并鼓励从其他渠道获得收入；同时，NASA为其提供空间运载能力和在轨物流服务。

2 空间科学促进中心的职责及提供的服务

NASA为空间科学促进中心设定的使命是：最大化地利用“国际空间站”美国国家实验室这一独一无二的平台来进行创新，服务于人类，激发下一代的航天兴趣。此外，NASA还要求国家实验室尽可能地起到宣传窗口的作用，充分激发科学家和创业者的想象力，便捷空间研究，使之更贴近大众且更易实现，从而唤起公众对“国际空间站”和空间科学的关注。

为此，空间科学促进中心以国家实验室中的非NASA科研载荷为实验环境，面向全美公开招标或征集各类有偿实验，既面向国有研究所、大学及科普教育者，更面向企业和个人。实验方既可租用空间站设备，亦可从地面补充。针对各类申请，空间科学促进中心为申请方提供各类专业咨询服务并对提交的项目进行遴选。

空间科学促进中心针对实验申请方所提供的服务包括：①种子投资：平均每年至少投入300万美元，为有潜力的研究和产品开发项目进行贷款，并协助实验方联系投资方和金融专家；②专业咨询：针对空间站的特殊环境，为相关项目进行全方位的专业咨询，主要包括实验载荷和集成设备的研发咨询以及实验分析方面的帮助；③发射服务：根据空间科学促进中心与NASA的协定，以较低的成本将载荷发送到空间站上；④行政手续支持：帮助应对并简化各类行政性手续和公务，使客户精力集中于科研内容本身；⑤教育拓展：通过与NASA、商业合作者、机构、大学、科技公司等合作，为美国学生提供航天科技教育拓展服务。以上服务极大地方便了实验申请方，协助并使其可以集中精力于实验的筹备，免于在流程中浪费过多精力。

3 空间科学促进中心的项目管理流程

项目申请方式的分类

空间科学促进中心在NASA项目遴选流程基础上对其进行了商业化改造。其项目申请方式主要有两种：应标申请和非应标申请。

（1）应标申请项目

应标申请是一类较为常规的申请方式。由于“国际空间站”美国国家实验室支持的基础及应用学科领域众多，空间科学促进中心定期考察、评估各种科研路径在促进科学进步和商业应用方面的潜力，将各研究路径与基础研究、应用研究、目标成果和市场应用之间的联系展开并加以分析，比较有前景的路径将缩短科技进步到实际应用之间的周期；此外，对于应用研究领域还将考虑目标市场规模、市场需求和应用转化周期等因素。根据分析情况，空间科学促进中心的科学咨询委员会（专家多数外聘）将确定重点空间研究路径，并提交首席科学家通过，最终于互联网上发布下一步重点支持的研究领域（即应标领域），以供科研人员参考。科研人员或企业可以通过互联网直接申请。

应标项目的优势在于：首先，应标领域分类代表了空间科研的主流和热点方向；其次，由于空间站的科研载荷有限，将实验分为有限的几大类，有利于科研项目的统筹规划、科研载荷的高效利用以及航天员的专业操作；第三，为管理方和应标申请方留有相对充裕的时间来筹备，操作层面更有利。

（2）非应标申请项目

通过非应标申请的实验项目可以不限于空间科学促进中心公布的研究领域的分类。非应标申请方式尤其适合于非传统性、有独特创新价值的商业性项目。非应标申请项目一般有以下几大特征：①具有创新性和独特性；②思路和研发来自于独立申请人；③在技术和成本细节上比较完整，能够证明具有社会效益、科研效益或有利于其他的重大项目。

在资金资助方面，非应标项目同样可以争取到空间科学促进中心的项目资助。但从实际统计上，非应标申请中“自筹资金”的商业化研究比例较高，获得外部商业资本资助的比例也相对较高。以2014年情况为例，非应标项目的资金资助中，八分之七来自外部资助。

项目遴选及评估流程

空间科学促进中心对受理的应标和非应标项目的评估主要基于：①能够说明其科学价值和使用空间站实验平台的必要性；②对于纳税人来说，具有潜在的经济价值及回报。评估之所以强调项目对于大众的作用与意义，而非给某一组织带来多少的局部利益的，主要是因为 “国际空间站”美国国家实验室上的空间实验的实际成本高昂（据NASA测算，空间站的每公斤载荷平均成本仍达4.4万美元，此外，NASA为保证“国际空间站”的任务安全性的测试、评估以及为载荷编制相关文档的成本就超过了25万美元），因此即便对于“自筹资金”的空间实验项目来讲，项目成本中占大部分的隐性成本也实际上是由NASA来负担的。

在评估程序方面，应标项目和非应标项目的流程大致相同。提交的申请须经过可操作性评审、科学价值评估、经济价值评估、风险与合规性审核、最终顺序排名并确定是否给予种子资助等5道评审环节，若其中某一环节未被通过，则将信息反馈给申请方以便改进。

（1）可操作性评审

空间科学促进中心的可操作性专家组对待估项目进行快速的可行性评估，评估的内容包括技术上的可行性，在预算和预计时间内目标的可达性，还包括之前是否进行过类似的实验，安全性和风险管理，以及所需的人员操作时间等。

（2）科学价值评估

空间科学促进中心组织了一个外部课题专家组（陪审团），其中专家来自于相关专业领域，对项目的科学价值予以评分（分为5个级别）。科学评估的考虑因素有：①申请项目在科学、工业、人道方面的重要性；②实验方在经费方面的可靠性和所展示出来的职业信誉方面的可靠性；③实验的创新性（是否采用新方法，是否覆盖多学科等）；④实验是否符合空间科学促进中心的任务目标；⑤项目是否能从空间实验中确实受益，研究人员是否具有合适的地面资源来进行飞行前准备。

（3）经济价值评估

为进行经济价值评估，空间科学促进中心同样组织了一个外部课题专家组来对申请进行评估，评估仍分为5个级别。评估的考虑因素为商业因素和无形价值。专家组评估项目的商业潜力的具体考虑因素有：①项目团队所展现出来的队内、队间的管理能力；②对相关市场的可能影响；③对美国经济和人民的益处；④是否具有一个明确的商业和执行计划；⑤目标市场的需求是否稳定，是否可能允许新产品的进入及随之而来的市场竞争。无形价值评估的考虑因素为：①研究是否、且何种程度上有助于新发现的产生并提供创新解决途径，以服务于美国社会；②潜在成果是否可以说明进行所需空间实验的优势和意义；③实验成果在提升生活和工作质量，创造财富，衔接基础和应用科学方面可以起到的实际作用。

（4）风险与合规性审查

由空间科学促进中心的合规性团队对待审项目从法规的角度进行评审。

（5）最终确认排名和是否资助

由空间科学促进中心的首席执行官、首席经济师、首席科学家与之前各环节的成员共同进行讨论，以确认待审项目的排名以及是否有必要由空间科学促进中心进行资助。

项目若被通过，空间科学促进中心将协助申请方联系一个由25人组成的合作支持团队，这些团队来自于与促进中心形成伙伴关系的一些专业公司，它们可以提供空间实验所必需的物质及智力资源，并可协助设计实验、集成载荷，及提供其他支持。一般来讲，项目从提交到发射的周期大概为18个月。

4 空间科学促进中心项目管理实践及效果

在资金筹集、项目开拓方面的努力

空间科学促进中心认识到吸引外部资金对于加大对项目的支撑力度十分必要。NASA在2012年得到的用于空间站实验的拨款达到2.25亿美元，但拨给中心的仅有1500万美元，还要求其中必须有至少300万美元用于资助实验项目。因此，空间科学促进中心的固定经费并不宽裕，难以对空间实验项目进行更大面积的支持，从而吸引更多的项目申请。

为缓解资金不足问题，一方面，空间科学促进中心希望通过会员费、捐献等筹资方式来补充运营经费；另一方面，空间科学促进中心鼓励在空间站开展自筹经费实验项目；更重要的是，空间科学促进中心希望通过合作嫁接的方式，鼓励第三方资本投资空间研究项目。

但是，在实践的过程中也存在着相当的难度：①空间站实验的成本高昂，若缺少政府性资助作为主要支撑，大部分科研单位或商业企业都难以负担其中的费用。②在“国际空间站”美国国家实验室上进行的实验大多数属于基础研究范畴而非应用研究。而商业单位一般不愿投资到不具盈利特征的基础研究领域。③大企业往往是创新的需求方和最终受益方，而小公司、创业者、大学科研人员和科学家是创新的供给方。但多数大公司管理者不清楚在“国际空间站”美国国家实验室上开展研究项目所能带来的好处和所蕴含的潜力，而作为创新主力的小公司、创业者、大学科研人员虽有好想法，也具有在“国际空间站”美国国家实验室进行实验的需求，但普遍缺少资金支持。尤其是小公司和创业者很难从政府方面得到资助。④空间科学促进中心缺少必要的资源，以便合理评估小公司、创业者和学术界所提交的涉及领域广阔的各种项目内容。

为此，空间科学促进中心开展了一系列有针对性地措施。首先，加大宣传，通过政策实例的讲解，说明空间站科研的优势和必要性，同时澄清人们对上站实验项目所需花费的误解。其次，通过资金资助和协助联系第三方投资机构等方式对申请项目进行扶持，以降低实验费用。更重要的是，进一步深入相关的产学研生态系统中，在美国几大创新生态圈（波士顿-剑桥、休斯顿、硅谷）内设立代表处，宣传空间站研究的优势、作用及回报，主动与相关科研部门和投资组织开展合作，了解各学科领域的蕴含机遇，同时嫁接空间科研创新的潜在需求方和供给方，搭建从研究到应用的合作通路，以便进一步挖掘空间站科学实验的潜力。此外，与行业专家的接触与合作也为有效、合理地开展和进行科研项目管理提供了支撑。

工作成效

NASA主要从两个方面来考察空间科学促进中心的工作效果，即：空间站的研究水平和利用率，以及空间科学促进中心为方便空间站上非NASA研究所做出的努力。我们着重从这几方面来了解其运营成效。

（1）航天员平均工作时间

2009－2017年，航天员用于空间实验操作的时间明显增多。这里需要说明的是：“国际空间站”建设后期航天员在调配设备上花费大量时间，有可能给空间实验预留的时间不多，空间站维护期的实验操作时间占比也会下降；此外，2012年是“国际空间站”建成后的首年，其上的空间实验主要来自于空间科学促进中心正式运营前一年的申请。但还是可以明显看出，空间科学促进中心管理“国际空间站”美国国家实验室实验项目后，航天员的实验操作时间明显增加，直接说明了空间站实验丰度和利用率的增加。

2009－2017年“国际空间站”上航天员平均实验操作时间

（2）财务及项目资助情况

通过空间科学促进中心 2012－2016年的财务情况概览，从中可以看出，NASA每年对其拨款额度相对稳定。而空间科学促进中心通过外部筹集的项目资金和捐款额度呈逐年增加趋势，但总量占比仍然十分有限。

其次，由于空间科学促进中心非盈利特征，使其将节余的运营费用尽量用于项目的资助中，从而使用于项目资助的额度远大于NASA规定的下限。2015年空间科学促进中心用于资助上站项目的额度占到所有上站项目所需资金总额的比例的19%，而在2016年达到33.2%。

（3）实验项目情况统计

2011－2015年，空间科学促进中心受理并上站的实验项目达到162项。其中除科普、教育项目外，生物技术及生命科学占比最高；以应标方式申请的项目数量为43项，而非应标项目达到57项；另外，商业性项目数量（56项）多于学术项目数量（38项），商业项目数量占比远高于NASA管理“国际空间站”美国国家实验室期间的比例（9%），说明空间科学促进中心在拓展商业性项目方面的努力起到了实质性作用。

2012－2015年空间科学促进中心的各类收入 美元

5 对我国空间站工程管理的启迪与借鉴

载人航天工程是我国规模最大、投入最多、持续时间最长的国家重大科技专项工程，空间站是我国载人航天20余年的发展成果和效益的集中体现。目前，我国载人航天工程已进入空间站建设和运营阶段，预计将于2022年前后完成建设，并随之开展长期运营。由于“国际空间站”计划运行至2024年，因此我国空间站很可能成为21世纪20年代中后期国际上唯一开展大规模应用活动的载人空间站。

如何充分利用好这一重要的、国家性、长周期的空间科研平台，产生高水平科研成果和社会回报，以体现国家巨额投入的意义和作用，同时，如何让空间站能够贴近并服务于大众，而不只是科研院所的少数科学家，从而体现国家性投入的公平性，这是我们需要从管理机制的设计入手来着重考虑的问题。而NASA和空间科学促进中心在“国际空间站”美国空间实验室的商业化项目管理上的探索及实践无疑具有重要的参考与借鉴作用。

况且从形势方面来看，当前国家陆续出台一系列举措，鼓励和促进航天商业化的发展；另一方面，我国空间站的运营期也对应着我国以信息产业为代表的高科技产业的快速发展期，届时国内商业化资本运营也将更加完善成熟，所触及领域将更为广泛；第三，以微小卫星为代表的低门槛空间应用的逐步成熟化，将切实带动一系列的技术研发和验证的需求。因此，形势的发展总体上有利于我们开展多元化管理尝试，以促使我国空间站在空间科学、商业研发、国民教育及科学素质培养方面发挥更大的作用。

但也要看到，在一段时期内我国创新主体仍是国有科研院所，产业界原始创新能力仍显不足，届时，产业界是否有充足的空间实验需求是我们考虑空间站多元化管理实践的基本出发点。此外，第三方非政府组织虽然在独立性和公平性上具有优势，但在国内重大项目管理方面还缺少成功样本，因此，我们在管理主体的实践方面应结合实际情况考虑。

针对我国空间站项目管理，提出如下建议以供参考：首先，在空间站非国防性实验任务管理方面建立公开、公平的项目遴选机制，树立“平等参与”的宣传印象，这样既有利于激发大众对空间站及空间科学实验的兴趣，又有利于保证上站项目的整体水平，还可以以此为契机，开启航天工程的大众化参与的新时代，扭转我国航天领域对公众不透明的传统印象。其次，利用好空间站建设筹备期这一重要时间段，了解产业界对空间实验的需求潜力，并争取在更大范围内进行有针对性的调查摸底，以便激发更多的民营企业参与其中。第三，深挖空间站实验任务中的商业潜力，并与“创新”、“创业”等因素结合，在宣传层面上积极体现空间站的应用价值。