美国载人航天商业化研究（上）

张蕊 （北京空间科技信息研究所）



美国载人航天商业化研究（上）

张蕊 （北京空间科技信息研究所）

随着近地空间实现大规模设施的建造部署、人的长期驻留等技术的日益成熟，可重复使用技术快速发展，商业化、产业化逐步具备条件，太空旅游、近地轨道商业运输和空间应用成为未来发展热点。美国作为发展载人航天国家积极推进载人航天商业化。近地轨道载人航天私营机构能力建设已初见成效，太空探索技术公司、轨道科学公司（现已更名为轨道-阿连特技术系统公司，简称轨道-ATK公司）实现近地轨道货物运输常态化；波音公司、太空探索技术公司有望于2017年实现近地轨道商业乘员运输；XCOR宇航公司、维珍银河等多家商业公司即将提供太空旅游产品和服务。此外，美国提出商业空间站计划，并积极拓展月球以远的商业探索模式。载人航天领域的商业化也是随着美国商业航天市场规模不断扩大、体系不断完善衍生出的，也是美国载人航天降低成本、鼓励创新、提升竞争力的一个重要途径。

1　美国商业载人航天政策及管理模式

美国早在20世纪八九十年代已奠定商业载人航天运输的基础，从国家层面制定了商业航天法规政策，明确了商业航天在国家中的地位和作用，指定专门机构对商业航天活动进行管理，使得商业航天能够安全、有效地服务国家各行业发展。

商业航天政策演进

尽管美国在20世纪六七十年代就开始了商业航天的相关尝试，但并未正式将支持商业航天发展纳入国家航天政策。自20世纪80年代开始，美国法律和政策已开始引导美国航空航天局（NASA）拓展商业航天市场。技术的成熟催生航天市场化，这也是美国航天发展的重要策略。这一策略可以降低成本、加快技术创新、提高任务效率。

1988年，时任美国总统里根在《关于国家航天政策的总统指令》中首次使用一整个章节，说明美国促进商业航天领域发展的政策方针，提出美国政府应借助由市场推动的商业航天领域，扩大私营成分对航天领域的投资，通过不断增长的航天产品与服务促进美国的经济增长和支持政府航天项目的发展。该政策还提出了最大限度利用商业航天产品与服务，避免政府与商业航天领域的竞争关系等具体方针。随后的布什和克林顿政府也分别发布了《美国商业航天政策方针》和新版《关于国家航天政策的总统指令》，进一步明确和扩展了美国政府对商业航天领域的支持范围与力度。

1998年，美国通过了《商业航天法案》（CSA），以法律的形式再次强调了美国政府对商业航天领域发展的重视。1998版美国《商业航天法案》从“国际空间站”、“航天发射系统”、导航卫星和遥感卫星等角度出发，提出了对商业航天的具体支持政策。该法案提出，在“国际空间站”方面，将近地轨道航天活动的经济效益作为建设“国际空间站”的重点目标之一；在导航卫星方面，美国认识到在商业航天领域提供的GPS设备及相关服务的支持下，GPS系统已成为民用、科学及军事航天发展的关键要素，并提出通过扩展国际合作的方式，支持GPS应用的发展；在遥感卫星方面，提出将空间科学数据作为商业产品进行交易，以便从商业数据提供商处获取空间科学数据等。美国先后出台的国家级商业航天政策有力地促进了其商业航天领域的发展，也为各主要商业航天领域的后续发展及有关政策的制定奠定了坚实的政策基础。

航天飞机执行最后一次任务（STS-135）时拍摄的“国际空间站”

时至今日，在2010年公布的最新版《美国国家航天政策》中，美国大力支持商业航天部门的发展，在其发展原则中指出：“稳健、具有竞争力的商业航天部门对空间的持续发展至关重要。鼓励并推动美国商业空间部门的发展，这些商业部门要能够支持美国需求，具有全球竞争力，能够提升美国在新一代市场中的领导地位且引领具有创新性的企业精神。”此版航天政策强调了商业航天的重要性并提出了新的要求：积极探索采用创造性、非传统的方式获得商业航天产品和服务，即政府出资支持，私营企业应承受一定比例的投资风险和责任。新政策还指出要将日常运营职能转移到商业航天部门，培育商业航天部门的技术创新和创业冒险精神，积极促进美国商业航天产品和服务的出口。《美国国家航天政策》指出，与私有部门加强合作实现往返于“国际空间站”的乘员及货物商业航天运输能力，对NASA的近地轨道商业运输计划予以支持。

为了促进美国国内商业航天运输业的发展，当前美国主要遵循以下原则开展工作：

1）应当尽可能购买和使用市场上提供的商业航天能力和服务来满足美国政府需求；

2）当现有的商业能力和服务不能完全满足政府需求时，应当调整商业航天能力和服务，为政府提供一个效费比更高和更加及时的采购渠道；

3）积极开发创新型、非传统途径获取商业航天产品和服务，如采用公共部门和政府部门合作、政府给予私营公司技术支持及购买商业卫星经营科学或操作数据产品，以支持政府任务等方式；

4）只有在涉及国家利益，且无适合的、具有高费效比的商业服务系统（国内或国外）时，才发展政府航天运输系统；

5）在不涉及国家安全或公共安全的情况下，应当避免美国政府航天活动阻碍或与美国商业航天活动产生竞争；

6）除涉及国家安全利益的发射任务不可私营化外，寻求一切机会将日常的航天发射任务转至可带来高效费比的私营公司；

7）通过使用奖励和竞争激励机制，在商业航天部门培养更多的技术创新专家和企业家；

8）以有偿、不干涉和公平为基础，最大限度确保美国政府航天技术和基础设施保障商业航天活动的发展；

9）尽可能为商业航天活动减负，确保及时颁发航天活动许可证；

10）借助美国工业已运用的标准和规定，营造出公正、公开的全球贸易和商业环境；

11）在国际合作中鼓励购买和使用美国商业航天服务和能力；

12）积极推动美国商业产品和服务出口，但必须符合美国技术转让和防扩散条约。

商业载人航天法案及监管

随着美国商业航天活动的日益增长，促成美国在1984年出台《商业航天发射法案》（CSLA），该法案历经几次修订，一直沿用至今。该法案对发射、返回管理、重复使用运载火箭以及载人航天飞行参与方作出了规定，但是没有对在轨活动作出任何规定。该法案的目标是促进美国商业航天产业的发展，提高全球航天企业竞争力，同时提供可预见的、有效的政府监管。为了实现这一目标，法案创建了一套发射许可系统，并为进一步的规章提供授权许可。该法案授予运输部发放许可并监管发射的特权。目前，该特权已委托给联邦航空管理局（FAA）的商业航天运输办公室（AST）。商业航天运输办公室对批准、否决、废止或修订发射许可有着重要决定权。

2015年5月，美国参众两院出台多项法案，旨在为商业航天发展营造良好的政策环境。5月20日，参议院以口头方式通过了《商业航天发射竞争力法案》。11月10日，参议院修订并最终通过了《商业航天发射竞争力法案》，主要内容包括：将商业载人航天飞行的管制学习期延长至2023年9月，以促进产业成熟；将有关“政府为商业航天发射造成的第三方损失进行补偿”的条款延期至2025年9月；明确政府部门对航天商业化发展的监管职能，要求安全优先，减轻监管对企业造成的负担；赋予美国公民利用太空资源的合法权益；规定NASA重型运载火箭“航天发射系统”的利用政策，凡符合NASA目标、用于探索近地轨道以远任务的载荷均可使用该火箭发射。11月25日，奥巴马签署了该法案，法案的最大亮点是取消对航天创业公司的众多限制，以及赋予私人太空采矿合法性。

美国商业航天主要管理机构

当前，与商业航天有关的活动，从发射和地面站到卫星通信和返回舱再入，均由美国以下几家机构管理：联邦航空管理局、联邦通信委员会（FCC）、国家海洋和大气管理局（NOAA）、国务院和商务部。

在商业载人航天领域，2004年，随着商业载人航天产业的兴起，国会对法案进行了修订，帮助制定规章标准来管理商业载人航天飞行，随着产业成熟不断完善制度，使得规章既不会阻止技术发展，也不会使乘员或航天飞行参与者（如太空旅游者）处于可避免的风险中，制定与乘员、航天飞行参与者有关的规章，并允许发射再入重复使用亚轨道火箭。尽管2004年的修订法案对载人航天飞行规章的制定有了重大进展，但并没有对在轨商业活动制定相关规范。尽管目前国会确实对在轨载人航天活动制定了一些规章，但是尚无管理商业航天活动的综合计划。

（1）制度管理

美国联邦航空管理局商业航天运输办公室主要负责商业航天运输的授权和规章制度制定等工作，通过空间运输开发部、授权与评估部、规章制定与分析部、安全监察部、综合运营部5个部门进行管理，具体职责如下：①管理美国商业航天运输产业，确保与美国承担的国际责任相一致，保护公众健康安全、财产安全及国家安全；②鼓励、促进、提高私营部门的商业航天发射和再入活动；③为联邦法规、协议、规章、政策、规划和流程提出修改意见；④巩固并扩大美国航天运输基础设施。

美国联邦航空管理局商业航天运输办公室管理在美国境内外的由美国机构团体组织的所有商业发射。许可和执照由商业航天运输办公室颁发，包括发射或再入细节许可、发射或再入操作许可、发射地点或再入地点操作许可、试验准许、安全批准和发射补偿等。

1）发射或再入细节许可。该许可针对一个特定的火箭型号的一次特定的发射或再入活动，授权一次或更多次发射或再入。授权通过名称或任务来区分。有效期满，或当许可授权的活动完成时授权过期。

2）发射或再入操作许可。该许可允许操作人员完成同一或同类型号的多次发射或再入。该许可授权利用同一系列火箭从一个特定地点的发射或再入，并运送特定种类的有效载荷或完成特定活动。该授权自发布之日起2～5年有效。

3）发射地点或再入地点操作许可。该许可批准一个可用于火箭发射或再入的地点。除了安全方面考虑，美国联邦航空管理局商业航天运输办公室还按照国家环境政策法案考虑了潜在发射或再入地点对环境的影响。发射地点或再入地点操作许可每5年更新一次。

4）试验准许。该准许允许亚轨道重复使用火箭的发射或再入。该准许比许可（licenses）推进得更快，有效期是1年。

5）安全批准。该文件确定已识别的安全要素不会危害到公众健康或财产。联邦航空管理局商业航天运输办公室会针对一次火箭发射、再入、安全系统、流程、服务或组件公布安全批文。

6）发射补偿。联邦航空管理局商业航天运输办公室还负责管理商业发射与再入运营商的财产责任和风险分担需求，该部分职责属于联邦航空管理局许可和获批的一部分。在现行法律下，一个航天发射公司将会承担最高达5亿美元的损坏赔偿，此后美国政府将会支付5亿～27亿美元的损坏赔偿。

2012年，NASA与联邦航空管理局已签订了一份商业航天活动谅解备忘录。根据备忘录要求，联邦航空管理局将对在美国发射和降落的任何商业载人航天活动进行管理，并要求商业发射服务商从联邦航空管理局获取商业发射公共安全许可证；NASA将对商业发射的乘员安全性和任务保证工作负责。这份备忘录旨在规范商业航天飞行，保护公共安全，同时让像太空探索技术公司和维珍银河公司等从事商业发射及太空旅游的私营公司承担相应风险。备忘录的签订标志着利用商业能力将乘员送往“国际空间站”和近地轨道有了一项官方的运作政策。

“龙”飞船执行第六次货运补给任务发射现场

太空探索技术公司的火箭海上回收平台

蓝色起源公司的“新谢泼德”亚轨道火箭回收着陆

（2）安全监管

在商业运输计划中，政府的要求会降至最低，但最为关注的是载人飞行的安全性问题。合作伙伴不需要套用NASA的项目管理流程和要求，可以自主开发创新方案。但为确保任务安全性，美国政府正逐步开发和完善商业轨道运输服务的安全性标准，并严格监管。

为了验证货物运输能力，商业公司必须遵守NASA和联邦航空管理局的要求或规章，而且由于运载火箭从卡纳维拉尔角空军基地发射，太空探索技术公司必须满足美国空军的要求。商业运输系统必须做好以下几点：与“国际空间站”兼容、满足发射安全范围要求和获得联邦航空管理局的发射授权。“国际空间站”项目办公室向到访“国际空间站”的商业航天器提出相关要求并负责监督管理。美国空军第45航天联队管理、监督和实施发射安全范围要求。太空探索技术公司必须验证其操作满足第45航天联队发射安全范围要求，或者可以提供相同的安全等级。轨道科学公司的验证发射计划在弗吉尼亚的普斯飞行研究所进行，这里的安全范围由NASA监督。

目前，NASA已启动商业航天器使用要求和标准的制定工作。NASA根据商业公司的实际情况，基于现有的载人航天系统适人性评估流程，制订一套用于商业乘员运输的载人航天认证流程，为此，NASA形成了“商业载人航天适人性计划”（CHRP）。该计划是基于NASA在载人航天领域丰富的知识和经验建立的一套经过整理的技术要求、文件和流程，适用于商业空间运输服务供应商。商业载人航天适人性计划主要包含强制性要求、NASA的监管、飞行试验项目、落实安全要求的检查、逃逸系统设计和飞行试验要求，以及NASA特殊要求等要素，为商业乘员运输服务获取完整的NASA适人性认证。

除了满足NASA适人性要求，为了将NASA乘员成功运送到“国际空间站”，商业乘员运输公司也必须满足服务要求文档中描述的项目要求及空间站到访航天器的要求。

近地轨道商业载人航天运输项目特点

（1）已有的合同管理模式

自NASA成立以来，一直通过私营部门建造运载火箭和其他航天设备。NASA主要采用合作模式、通过合同管理的办法对航天企业进行管理，开展载人航天任务。采取合作模式可减轻NASA内部和外部在资金、技术上的压力，突破技术障碍，具备技术能力。这种分担成本、共同开发的合作伙伴关系可带来新的信息资源，不仅满足了NASA的技术需求，还使国家受益。NASA已经建立合作伙伴关系，制定了开发计划，与其他政府机构和商业机构一起开发NASA探索和发现任务所需的技术。

很长时间以来，NASA与商业公司的载人航天合作形式主要为购买航天器或部件，项目本身由NASA负责运营和管理。NASA的绝大部分项目都会面向美国各大航天技术公司公开招标：一般NASA会提前提出项目的基本需求，而后各公司会根据自己的技术能力制作出相应的标书。NASA评估后，选出最符合要求的企业，进一步确定合同细节。

在合同管理方式中，首先通过招标与主承包商直接签订合同，主承包商又把一些部件的生产转给分包商，分包商再把一些部件的生产转给“第二层”的分包商，如此转包下去。这种总承包与分承包相结合的承包制，使得众多中小型公司有机会从利润丰厚的航天工业中分一杯羹，形成了以几家大型公司为中心囊括成百上千家中小企业的航天工业项目协作网，这些主承包商、分系统供应商和数以千计的零部件供应商构成了世界上技术最先进、种类最齐全、产值最高的航天工业体系。这种特殊的产业结构符合现代社会分工协作的客观规律，也符合经济效益原则和现代经济管理的原则，不仅实现了技术上的互相弥补、资源的有效组合，而且大大缩短了研制时间和生产周期，降低了生产成本，航天产品的产量和质量都得以较大幅度地提高。

在NASA众多承包商中，波音公司是NASA最大的主承包商。该公司承担了大部分载人航天项目的研发制造工作，包括航天飞机轨道器和主发动机、土星-5火箭、“国际空间站”舱段等。此外，洛马公司是NASA另一大主承包商，研发制造的载人航天器和运输系统包括：“猎户座”多用途乘员飞行器、“航天发射系统”、“国际空间站”舱段和组件等。

以“航天发射系统”为例，在一个完整和开放的竞争流程下，NASA最近选定了几项“航天发射系统”先进助推器风险降低项目。洛克达因公司与普拉特-惠特尼公司（简称普惠公司）正在基于阿波罗-土星-5主发动机合作开发液体助推器，该方式可最大程度地降低成本、提高可靠性和助推器性能。洛克达因公司正在开展飞行验证设计，融入最现代的商业制造技术。此外，NASA与洛克达因公司签订了一份协议，允许洛克达因公司在成本偿还契约的基础上，参加推进、测试、制造和先进焊接加工应用等流程。在该协议下，洛克达因公司能够接触NASA专家团队、厂房和设备，而NASA可以分摊成本，加快工程进度。此外NASA这款助推器在可重复使用运载火箭系统有直接的商业应用。

（2）新兴的市场运作模式

在商业乘员和货物运输项目之前，NASA与商业公司的载人航天合作形式主要为合同购买航天器或部件，项目本身由NASA负责运营和管理。而在“商业轨道运输服务”（COTS）计划中，商业公司负责项目的整套运营，包括总体设计、研制、制造、试验、发射和运营管理等，NASA仅负责进度、安全监管及技术支持。在此项目中，NASA与商业公司的关系能够最大程度地提高私人公司研制计划的灵活性。与NASA签订合同的公司不是承包商，而是商业合作伙伴（CPs），商业公司在项目的运作上具有高度的自主性。

联邦采购条例（FAR）中规定了合同采购的法律流程，但是“商业轨道运输服务”计划不是传统的采购，或者确切地说根本就不是采购。NASA不是在购买产品，而是与工业界合作，帮助其开发近地轨道运输服务。在“商业轨道运输服务”计划中，NASA需要使用基于“其他事务授权”（OTA）的“空间行动协议”（SAA）。

在“商业轨道运输服务”计划中，采用固定价格里程碑事件的合作方式。在以往NASA与工业界的合作关系中，政府需要为不可预见的研发进度延迟支付额外的成本，由于开发商不需要为进度延迟和成本超支承担额外费用，造成承包商工作效率的降低。为此，探索系统任务部（ESMD）研究提出，利用衡量实际表现的里程碑事件可以对未来资金投入进行可信预测，也就是说，政府只有在企业完成相关的里程碑任务后才向其提供开发资金，而不再签订一个成本加利润的、开放式的研发合同，企业要比以往投入更多的自有资金。而且，每个承包商的里程碑事件不必完全相同。

总的来说，新型商业运作有如下三个特点：有限的NASA监管，灵活、现代的采购流程，以及可控成本和计划的固定价格激励机制。这种转变是美国航天策略的一次重大变革。对于未来商业乘员运输的运营，将注重高水平和通用性，从而提供给商业供应商最大的灵活性，提出创新的、高效费比的解决方法。商业供应商通常负责所有管理、工程、生产、物流、测试和试验、发射准备、任务规划、集成、培训以及运营职能。（未完待续）

祁首冰/本文编辑

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