再论美国商业航天及对我国的启示

+杨毅强

作者介绍：杨毅强，博士，研究员，中国科学院空天飞行科技中心主任，北京中科宇航探索技术有限公司董事长，长征11号火箭首任总指挥，原空射运载火箭行政总负责人，多年从事我国固体战略型号，固体运载火箭研制管理和航天系统工程管理工作，先后参加和负责4个国家航天型号研制工作，获航天科技集团科技进步一等奖等多项成果，获中国航天基金会授予的航天奖、国防科工委授予的个人二等功，多次获得中国运载火箭技术研究院授予的长征奖。

“通过简单介绍美国商业航天，或者说美国太空方面军民融合的发展情况，以及世界航天行业发展趋势，针对我们国家目前商业航天的现状，提出一些想法。”

一、美国商业航天发展的驱动力

毫无疑问，美国是当今世界最大的航天强国。在美国，商业航天和太空的军、民、商融合，可以说是同一件事情的两种表述。回顾美国从1980年代至今，整个商业航天的发展过程是一个逐步加强、逐步深入的过程。既有美国政府、军方、企业的共同作用，也有航天科技本身发展规律的影响，受到了经济形态、战略形态、技术形态、政治形态等多种因素的合理驱动。

（一）三大驱动力催生太空领域军民商融合

1、经济利益

航天活动的复杂性，航天技术要求的特殊性，以及航天技术发展的前沿性，决定了人类开展空间活动需要付出巨额的费用，研发、研制、发射、维护的成本不断攀升。另一方面，随着航天系统逐步发展成熟，航天技术展现出了广阔的民用前景和商业价值。通过提供民用服务来挖掘市场潜能，可以大大降低军费的开支，从而有效降低军事航天活动的各项成本，由此开拓出了巨大的军民两用市场。

美国商业航天起步早、发展快、效果好，主要目的就是为了缓解美国军方的经济负担，同时对商业公司拓展市场利益也有积极的贡献。这种重叠的利益，成为驱动太空军、民、商共同发展的力量，最终走向深度的融合。例如，在美国造一颗通信卫星大概需要2亿美元，如果是有特殊用途的军用卫星采购价约为10亿美元。而2012年9月，美国空军在一颗商业卫星上搭载了导弹预警传感器载荷，搭载费用仅2500万美元。

再以SpaceX为例。在SpaceX成为国防供应商之前，由波音和洛马组成的联合发射联盟给美国政府和军方的火箭发射报价是1.5-4亿美元一枚。而SpaceX的5枚猎鹰一号火箭、2枚猎鹰九号火箭和1艘龙飞船的研制和发射费用总共不到8亿美元，其中猎鹰九号火箭仅耗费3亿美元，远低于美国传统的一次性运载火箭。在商业发射市场，猎鹰九号火箭的商业发射报价是6120万美元。而猎鹰火箭最引人注目的就是火箭回收和重复使用的能力，其一级早已稳定实现重复使用，目前整流罩也已实现了海上、陆上的回收和重复使用。

火箭的重复使用和回收本身可以大大降低整个火箭的发射费用。但也不可否认，回收火箭要增加三个方面的费用：①势必会降低一些运载能力；②为了实现回收，火箭本身需要增加相应的测量装置和控制设备；③火箭回收以后，要对箱体和发动机进行相应的检测，而从回收点运回也会增加部分费用。通过分析测算，业内普遍认为一枚火箭如果能重复使用10次，就会具有绝对的价格优势和比较好的盈利空间。

2、技术创新

近年，随着新技术的发展，大家逐渐认同了小卫星能办大事。而此前行业内一般不认为小卫星，特别是微小卫星、皮卫星、纳卫星能具有真正的实用价值。但近几年小卫星通过星座组网，能够和过去几吨重的大型卫星发挥同样的或者相似的作用。

对美国来讲，由于新技术的发展，民用商业航天系统在规模上和技术上都呈现出了井喷式的进步。事实上，美国的军事行动对太空系统依赖程度非常高，特别是信息化战争下，美军对观测范围、图像的分辨率、通信带宽传输速率和导航覆盖等方面的要求急剧提高。而且由于军方在技术攻关和经济可承受性方面的问题，在推进独立的军事航天系统建设方面发展非常缓慢，独立的军事航天系统也越来越难以满足军队的全部需求。所以美国从上世纪80年代，就开始使用民商航天资源来补充和提升其军事能力。

例如上世纪90年代，美军方开始通过采购商业遥感数据，或者直接资助等形式，对高分辨率商业遥感航天器的研制、发射提供支持，使得这些运营商的卫星系统能够持续稳定地运营下去。

3、作战需求

美国为了巩固其在太空的绝对战略优势地位，在2017年6月重新组建了国家航天委员会，把军、民、商航天活动的统筹管理提升到国家战略层面。该委员会制定了太空战略框架，提出了几个主要目标。

一，加强太空活动的安全性、稳定性、可持续性以及弹性。

二，强化与商业部门的合作，即与商业公司的合作，以确保美国持续引领航天创新。

例如，美军在《抗毁损易分解式空间体系架构》白皮书中明确指出了美国航天系统未来转型的发展方向，即通过结构分解、功能分散、商业航天器搭载军用载荷的手段，将太空能力分散布置在不同用途、不同轨道的不同平台上，使美军的军事航天能力去中心化，分散目标，提高体系的生存能力和作战能力。美国已将太空资产分散布置到军、民、商不同领域，推动了太空军民融合的深度发展。

（二）商业航天的发展，得益于美国政府航天政策的支持和牵引

美国商业航天的迅速发展，离不开美国政府的大力支持。美国政府无论在商业、航天立法还是政策支持方面，都极为注重支持和扶持商业航天的发展，不断推出商业航天资助计划。

早在1984年，美国政府就发布了《商业航天发射法》，2003年颁布了《航天投资法》。据不完全统计，从上世纪80年代开始，美国颁布的相关法律有11部。特朗普上台以后，先后颁布了1号、2号、3号航天政策指令，主要内容还是要求简化各类审批程序。

此外，美国政府对商业航天企业给予了多项技术支持和转移，以SpaceX为例，在成立初期，NASA利用自身的技术优势，直接派驻技术人员，或者通过专利转让的方式，帮助SpaceX的发展和验证关键技术，猎鹰系列火箭发动机的针栓式喷注器技术，就源自阿波罗登月时期的技术。此外，NASA还将原本用来发射土星5号的工位，以1美元的象征性费用近乎无偿的让SpaceX公司使用。据不完全统计，SpaceX公司这些年先后从政府拿到的各项经费大约有80亿美元。

除了SpaceX，其他商业航天公司也得到了美国政府在政策、商业订单等方面或多或少的支撑。

二、美国航天发展的趋势

趋势1：低轨卫星发射市场和国际空间站货运飞船与发射的开放。

低轨卫星市场是当今世界发展最迅猛、最具活力和潜力的航天领域，受到国际社会的广泛关注，也是军事航天发展的热点和商业航天、民营航天创投的热点。2016年，时任美国航天局局长的博尔登先生指出，美国政府要把航天活动和资产转向深空，把低轨留给商业公司。于是，美国逐步把低轨卫星发射市场开放给了商业公司，同时也把国际空间站的货运飞船和发射向具有发展能力的民营公司开放，从而形成互为备保的空间站补给能力。

空间站的宇航员一般6个月左右需要补充一次物资。如果货运飞船的运载火箭是一家公司生产的，一旦出现了失利，故障的排查、归零往往需要半年到一年的时间，所以如果只用一家火箭向空间站运送货物是极其危险的。因此，国际空间站选用了日本、俄罗斯以及美国的多家补给飞船供货商，这么做的目的，就是为了确保空间站的宇航员能够按时得到补给，保证正常生活及生存。

趋势2：军民协同开展卫星数据共享和运行管理。

美国最大限度地整合了民间资源，以降低成本、减少内耗。美国鼓励共享资源、共用信息，鼓励竞争。据统计，美国政府和50多家商业航天公司签署了太空态势感知数据的共享协议。可以说，美国太空态势感知开始融入商业数据，以便美国军队能够利用商业和盟国的太空态势信息。

此外值得注意的是，2015年，美军在国防部的太空机构行动中枢——联合太空作战中心，尝试增加了商业代表的席位。这是美国首次把商业公司纳入到联合作战中心内部参与某些工作。同时军民协同开展卫星的运行管理工作，商业公司参加了美国的十几项太空战演习。

趋势3：低成本模式的火箭发射热潮。

这几年来，美国一批具有经济和技术实力的私营航天企业迅速成长起来，特别是大家耳熟能详的SpaceX、蓝色起源、轨道ATK、火箭实验室等为代表的公司。这些公司从设计、试验、验证、制造到发射、运营的能力都已经全部具备了。而且已经切实为政府、军方、科研机构、商业用户等提供了商业化的发射服务，使发射市场成本显著降低。例如SpaceX的猎鹰九号火箭的商业发射报价是6120万美元，应该说SpaceX公司把商业卫星发射的价格大幅度降低，甚至可以说拉低了一个数量级，这也使它迅速成为商业发射市场的领头羊。

总之，商业航天是航天事业发展到一定阶段，特别是从满足军队、政府的应用需求发展到与大众应用相结合阶段的一个必然产物。美国商业航天的崛起和发展，原动力是国家安全战略的需要。笔者想强调的是，商业航天的本质还是航天，高投入、高风险的属性永远不会改变。商业航天的最终指向是形成成熟的商业模式。

三、中国商业航天的机遇

如果要给商业航天下一个定义的话，可以说商业航天是以市场为主导，采用市场手段机制，按照市场规律开展的航天商业活动。简而言之，商业航天就是以盈利为目的的、市场经济的航天，是航天回归工业化本质的一种表现。

自2015年提出概念至今，中国的商业航天可谓风起云涌，取得了长足的进步。

资本方面，中国资本市场的繁荣程度，仅次于美国；人才方面，两大军工集团具备良好的造血机制，人才储备充足；技术方面，新技术不断发展，并充分利用国际合作，与航天强国的距离不断缩小；政策方面，中国政府、军方大力支持商业航天发展；市场方面，正在迎头赶上，逐步成熟。

在这样的发展条件下，中国商业航天取得了蓬勃的发展。据不完全统计，截止2019年8月，国内的商业航天企业达到了140余家，其中火箭企业超过14家，从卫星研发制造到规模化生产的卫星企业超过30家，卫星测控运维企业达到16家，以及众多的卫星配套、运营、应用等企业。

四、中国商业航天的发展现状

1、传统企业方面

两大军工集团都推出了自己的商业航天计划。但笔者认为，国家队的商业航天严格来说，并不是纯粹的商业航天，更多的是航天的商业化。

2、商业航天企业方面

就火箭而言，我们欣喜地看到，去年星际荣耀公司的双曲线1号火箭发射成功，这是中国民营火箭第1次能够将卫星送入轨道；另外，蓝箭航天研制的80吨级的液氧甲烷发动机、星际荣耀研制的15吨级的液氧甲烷发动机，也取得了长足的进步，试车的总秒数达到了千秒以上。另外还有一些发展低成本液氧煤油发动机的企业，也正在进行一些试车，并且取得了比较大的技术进步。

3、星座计划方面

我曾在2016年武汉第二届商业航天大会上做过一个演讲，当时行业讨论的还是单星或少数几颗星的技术验证，几千颗星、几万颗星的星座在当时来说，简直是天方夜谭。然而仅过去短短四年，如今我国的低轨星座计划纷纷上马，卫星总数加起来不少于3千颗。为什么？大致原因有两个：

首先，在轨道高度范围十分有限，频段高度集中的情况下，卫星轨道和频率的竞争将越来越激烈。由于轨道和频谱在国际电联的有效占用时间非常有限，如果不能如期发射卫星，原来的轨道和频谱使用权就将失效，因此各星座所有方必须要抢先发射卫星，实际占用轨道和频谱，以应对国际轨道频谱争夺越来越激烈的严峻形势。

其次，“6G=5G+卫星网络”的概念已经出现，低轨卫星通信与5G的融合，是当前发展的趋势。

4、政策法规方面

目前，中国政府从政策和法律上都在积极鼓励商业航天的发展。政策上，早在2016年，国务院发布的《2016年中国航天白皮书》，明确鼓励民营资本进入航天领域。2019年6月10日，国防科技工业局、中央军委装备发展部联合发布了《关于促进商业运载火箭规范有序发展的通知》，首次就商业运载火箭的科研、生产、试验、发射、安全和技术管控等有关事项进行了全面的规范与要求。在法律制度方面，由于目前国家航天法还没有正式颁布，航天领域相关的一些法律法规，相对还比较少。目前我国涉及航天发射和空间活动的法律法规是《空间物体登记管理办法》和《民用航天发射项目许可证管理暂行办法》。笔者认为，完善的中国航天法有望在3～5年内出台。

另外值得称道的是，我国地方政府对航天相关领域的建设表现出了极大的热情。不久前，山东海阳开始建设中国的东方航天港，此外，在宁波、在海南的文昌等，都有相应的建设规划。

五、世界商业航天的发展趋势

中国航天发展不可能独立存在和发展，我们来看一下全球商业航天的几个发展趋势。

1、低轨卫星市场呈爆炸式的增长

低轨小卫星研制周期比较短，成本低廉，这使低轨卫星成为未来商业航天发射市场的一个最主要的需求。美国仅仅SpaceX公司就要发射42,000颗星链卫星，美国其他公司、欧洲以及我国都有大量的低轨卫星需要发射。

应该说各种大型乃至巨型的星座计划，除了使卫星的轨位频率资源竞争态势会更加激烈之外，对国际的规则，乃至军事、政治、文化都将产生较为巨大的影响。

不过，在卫星星座蓬勃发展的今天，也要保持清醒的头脑。全球低轨互联网星座巨头OneWeb的“倒下”，就是一个令人深思的例子。

事实上，OneWeb星座的建设已经开启。2020年3月14号，OneWeb一次把34颗卫星送入了轨道，使得该公司在轨的卫星数量达到了74颗。OneWeb原本的目标是2027年前能够建立覆盖全球的低轨互联网星座。另外，这家公司为了尽快完成组网，在卫星制造上引入了汽车制造的概念，把卫星的各系统模块化、组织化，在生产线上大量使用自动化设备，通过批生产来大大降低卫星的成本。在此模式之下，OneWeb的卫星工厂号称具备周产10多颗卫星、年产600多颗的能力。

可惜的是OneWeb还未来得及实现自己的目标，就不得不申请破产保护。其原因大致有如下两点：

其一，毫无疑问是受到本次席卷全球的新冠疫情的影响，疫情导致股票的大跌和金融及供应链的动荡，最后加速造成了它最大的投资者日本软银集团的投资困难。

其二，像这样的互联网星座需要前期大量的投入，即使开始运行以后，仍需要频繁的资金注入，一直到形成稳定的盈利能力。

我们不妨将SpaceX公司的星链星座和OneWeb星座做个对比，SpaceX的计划是今年发射1440颗卫星，先形成局部服务能力，甚至这一部分有可能剥离后独立上市，形成一个融资通道；而OneWeb公司是一次投入、一次建成，投入资金巨大，资金回收也极为缓慢。这两种模式的对比，值得我们去思考和借鉴。

2、低价格的卫星一定需要低价格的火箭发射

也就是说低轨化、小型化的星座组网，最后会倒逼火箭商业化，要从技术和管理上降低成本。

3、火箭技术要向智能化、绿色化、低保障、快响应和低成本方向发展。

智能化：主要是智能测试、智能飞行。

绿色化：主要是发展无毒、无污染、绿色的液体火箭和中小型固体火箭。

低保障：要降低对发射场的依赖和需求，提高组网效率和降低发射成本。SpaceX的猎鹰火箭就是“三平一垂”的方式：水平总装、水平测试、水平运输、垂直发射，而不是传统的三垂方式。降低了发射场建设的费用，也降低对发射场保障的要求。

快响应：80、90年代火箭发射场准备时间大约需要40多天，现在大概需要20多天到一个月左右。如果一颗卫星的寿命只有3～5年或者5～8年，组网却要耗费一年甚至更长的时间，显然是不可取的，这就要求火箭必须具备快速响应的能力。

低成本：目标是把现在国际上每公斤3到5万美元的发射成本，拉低到每公斤1万美元以下。

4、发射场的变化

由于历史原因，我国的发射场大都是由过去的导弹靶场改造而来，而且大部分位于内陆。笔者认为，未来我国商业航天发射场的发展趋势是沿海布局、军方把控、军民融合、军民共用。此外，海上发射也将成为我国一种不可或缺的发射方式。

5、火箭卫星测运控的变化

商业火箭、卫星测控、运维将向测运控一体化，服务全球化、国际化，全球覆盖，天基、地基相互补充的方向发展。2019年6月5日，长征十一号火箭海上发射，天链测控公司首次实现了运载火箭的全程测控，并把全部的遥测数据和飞行图像实时发回北京中心和用户。在卫星测运控方面，他们也具备了对卫星星座构建控制的能力。据不完全统计，天链测控、航天驭星这几家公司现在运维的卫星达70颗甚至更多，这标志着我国商业测控能力已经得到极大提升，也说明国内的商业测控公司已经初步达到工程实用的水平，初步具备了星座测控运维能力。

六、对中国商业航天发展的探讨和建议

总体来看，中国商业航天的发展还需要经过一个艰苦和漫长的成长过程。

1、中国商业航天的发展需要一个良好的商业环境，要有一个开放的市场和一个成熟的航天产业，特别要探讨如何形成成熟的商业模式，或者说盈利的模式。

2、要靠技术创新来引领，通过技术的进步来降低成本，而不是低价格比拼，更不是低水平的重复。

3、中国商业航天绝不是从头做起，而是要把我们60多年积累的传统航天基础，快速转化成商业航天产业链体系和人才模式。

4、要打破封闭，要用纯商业思维、用盈利的目标来选择商业模式和技术路线。

美国早在1969年，就实现了阿波罗登月计划；而美国近几届政府都提出要重返月球，把月球作为深空探测的一个基地、一个中转站；美国政府已经公开宣布国际空间站商业化运营，对商业公司开放；以SpaceX为代表的商业火箭公司则明确提出了登陆火星、殖民火星。对照美国这个航天强国的发展路线，中国航天该何去何从？

笔者认为，对中国而言，我们的科研、工艺水平在国际上已经具有相当的竞争力，传统的封闭模式已不适应当今商业航天的发展，不利于技术的进步，也不利于管理能力的提升。中国航天未来发展应该是多元化的，有国家队负责完成重大的国家任务和军事要求，还有混合所有制队、民营企业队等参与市场竞争，打破封闭，多元化发展，形成一个开放共享的局面。目标只有一个，就是赶超世界航天强国。

中国航天已经走过了64年的辉煌历程，从无到有、从小到大、从弱到强、成绩卓著，是我国科技事业的重要象征。在深化改革开放、军民融合的今天，更应该充分发挥全社会的力量，大力发展商业航天，打破封闭，实现多元化发展，努力赶超世界航天强国，加快航天强国建设的步伐，走上一条更加健康的、自主可持续发展的道路。