美国商业航天发展分析

吴勤 张梦湉 （北京航天情报与信息研究所）



美国商业航天发展分析

吴勤 张梦湉 （北京航天情报与信息研究所）

当前，美国商业航天正处于快速发展的新阶段，其业务范围正从传统的商业卫星发射、商业卫星应用，扩展到政府从私营企业购买商业发射服务和发展商业载人航天飞行等领域，以美国太空探索技术公司（SpaceX）、轨道科学公司（OSC，现更名为轨道-阿连特技术系统公司，简称轨道-ATK公司）、天空盒子成像公司（Skybox lmaging）等为代表的新兴航天企业快速崛起，以谷歌公司（Google）为代表的互联网巨头也开始进军航天。商业航天发展的新思维、新理念与新模式对传统航天产业产生了巨大冲击和影响。

1　美国商业航天发展总体态势

商业航天持续增长

美国航天基金会2015年6月发布的《航天报告》显示，2008-2014年全球航天经济总量增长了33%，达到3300亿美元，增长的大部分因素源自商业航天。2014年，航天领域商业产品、服务、基础设施和保障行业占全球航天经济总量的76%，其余为政府开支。

美国卫星工业协会2015年5月发布的《卫星产业状况》报告显示，2014年全球卫星产业总收入达到2030亿美元，2009-2014年，全球卫星服务收入由928亿美元增长至1229亿美元，增幅为32.4%。其中，大众消费通信服务收入由753亿美元增长至1009亿美元，增幅为34%；固定通信服务收入由144亿美元增长至171亿美元，增幅为19.1%；移动通信服务收入由22亿美元增长至33亿美元，增幅为50%；对地观测服务收入由10亿美元增长至16亿美元，增幅为60%。

2014年全球航天经济状况及占比

政府主导大力扶持

近年来，美国政府大力支持商业航天的发展，要求国家安全和民用部门最大限度地采用美国商业航天能力，从政策、资金、技术等多方面给予全方位扶持。在政府的支持下，美国太空探索技术公司、轨道科学公司等一批新兴航天企业快速崛起，迅速填补了美国空间能力的缺口，成为空间领域令人瞩目的新明星。

1）各类政策大力倡导发展商业航天。进入21世纪以来，美国先后三届总统专门委员会都对政府的航天计划进行了考察，得出的共同结论是发展商业载人航天非常迫切。美国2010年的新版《国家空间政策》中提出要利用商业航天产品和服务满足政府需求，推广对美国商业航天产品与服务的购买和使用。2013 年11月，美国发布了新版《国家航天运输政策》，该政策中“商业”一词出现了27次、“私营”一词出现了11次，并专门提出要鼓励并采取切实可行的措施推动商业航天运输业的发展，充分体现了美国政府对商业航天的重视，以及对私营公司参与发射任务的鼓励和支持。2015年5月20-21日，美国参、众两院分别通过与商业航天发展相关的《商业航天发射竞争力法》、《鼓励私营航空航天竞争力与创业法》等议案，旨在为商业航天发展营造好的政策环境。此外，美国还制定了《航天现代投资法》、《商业航天法》、《商业航天发射法》等一系列相应的配套政策，有力推动了美国商业航天的发展。

2014年全球卫星产业收入情况

2）推出多项商业航天支持资助计划。美国政府出台了一系列支持商业航天发展的具体规则和一揽子资助计划，主要包括空间行动协议、商业载人航天与货物运输计划、商业轨道运输服务、商业补给服务、商业载人航天方案和商业载人一体化能力计划等。美国太空探索技术公司仅从美国航空航天局（NASA）的“商业补给服务”（CRS）项目就获得了16亿美元的经费。2014年12月，NASA还向美国太空探索技术公司、阿连特技术系统公司（ATK）、终极前沿设计公司（FFD）、联合发射联盟公司（ULA）4家美国公司授予了《商业太空能力合作协议》。正是在这些资助计划下，美国太空探索技术公司、轨道科学公司等新兴航天企业得以不断发展。

3）给予新兴航天企业多项技术扶持。除了政策、资金的支持，美国NASA、空军对新兴商业航天企业进行了大量技术扶持与转移。NASA利用自身技术优势加强对太空探索技术公司的技术指导，通过直接派驻技术人员和专利转让等方式帮助其发展和验证关键技术；NASA开放了“阿波罗”（Apollo）计划的部分技术，以支持新兴商业企业参与空间活动，比如，“猎鹰”（Falcon）系列火箭的“灰背隼”（Merlin）发动机采用了“阿波罗”计划登月舱下降级发动机的喷管；美国空军将夸贾林群岛的里根试验中心发射场、范登堡空军基地的SLC-40发射场提供给美国太空探索技术公司用于发射“猎鹰”火箭。

“猎鹰”火箭进行整流罩分离测试

发展模式日趋灵活

商业航天的发展在产品、投资、服务和生产制造等方面与传统航天发展思路不同，快速响应用户需求和以低廉价格赢得市场是商业航天快速崛起的根本。

利用现有的成熟技术和货架式产品，在高效的组织管理模式下打造市场上价格低廉的商业航天运输系统，是美国太空探索技术公司商业模式的核心。猎鹰-9火箭的标准发射费用为0.56亿美元，是美国同类运载火箭发射费用的1/3；猎鹰重型-9（Falcon Heavy-9）火箭发射报价约为1亿美元，同级别的重型德尔他-4（Delta-4）火箭则高达3.5亿美元；在研发费用上，NASA发布的报告称，如果同样一枚猎鹰-9火箭由NASA研发至少要13亿美元，而美国太空探索技术公司仅花费不到4亿美元。该公司凭借低廉的产品费用赢得了航天市场的青睐，其猎鹰-9火箭已获得了未来5年全球38个发射合同，其中除政府的14个外，24个来自国际商业发射市场。2015年5月，美国太空探索技术公司经过积极争取，还获得了执行美国军用航天发射任务的资格。

在商业卫星应用方面，涌现出天空盒子成像公司、行星实验室公司（Planet Labs）等一批提供卫星遥感服务的新兴企业，在产品、投资、服务和生产等方面采用与传统企业迥然不同的经营模式，从按需订购、等待交付向实现快速访问转变，从出售数据向出售信息以及提供云服务转变，以移动终端为平台构建全球数据接收分发网。2014年8月，美国数字地球公司（DigitalGlobe）发射了全球分辨率最高的商业成像卫星—世界观测-3（WorldView-3）。美国将商业对地观测卫星图像分辨率限制降为0.25m，进一步促进了美国商业成像卫星业务的发展。

美国军方也充分认识到商业航天的巨大应用价值，积极推动利用商业卫星搭载军用载荷。2014年7月，美国空军授予14家公司“寄宿有效载荷解决方案”（HoPS）合同，研究在商业卫星上搭载军用有效载荷的标准化程序与接口，以实现利用商业卫星快速、灵活地搭载军用有效载荷的目标。此项举措的推行将引入大量商业公司参与竞争，成为美国商业航天新的发展方向。

测试中的12颗O3b卫星

与互联网跨界融合

在全球新一轮科技革命和产业变革形势下，互联网正在深刻影响世界航天，特别是商业航天的发展。近年来，“航天+互联网”的跨界融合已成为商业航天新的发展趋势，互联网正在对航天发展产生颠覆性的创新。其主要体现在：运用互联网思维发展商业航天，运用互联网平台提供应用服务，探索建立太空互联网，互联网企业进军航天市场等。

（1）运用互联网思维发展商业航天

新兴航天企业运用互联网思维颠覆了传统航天发展思路，“敏捷快速、低价可靠、平台共享、专注极致”等均在商业航天发展上有所体现。

例如，美国太空探索技术公司敏锐地预测到开展低成本航天活动的发展趋势，用互联网思维把用户的需求转化为发展方向。通过优化设计与测试流程，应用“灰背隼”发动机、液氧/煤油推进剂等简单实用的成熟技术和产品，采用动力冗余技术，执行严格的质量监管程序和试验计划等方式，实现了航天产品低成本和高可靠性的完美结合。美国太空探索技术公司通过平台共享的思维，充分利用了NASA这个优势平台，弥补了自身薄弱环节，做到不求所有、但求所用。其发展中大量采用了NASA的成熟可靠性技术、专利以及测试台。

（2）运用互联网平台提供应用服务

随着互联网与移动互联技术的发展，一批新兴商业航天企业纷纷借助互联网平台提供相关卫星应用服务。例如，天空盒子成像公司利用卫星图像或视频数据，建立一种全新的关于地球的大数据库，汇集所有相关卫星数据，包括公司自身的卫星图像和公共卫星图像等；基于互联网平台向客户提供类似亚马逊公司（Amazon）云服务的地球数据云服务，用户通过付费便可利用这些资源来建立自己的算法，开发适于自己的应用。该公司还设计了SkyNode软件套件，能使用户在一个用户友好的网页平台上高效地按日程收集图像、向卫星指派任务、下载图像和处理图像产品。

（3）积极探索建立太空互联网

太空互联网成为商业航天的一个热点领域，多家公司开展了相关项目与计划，卫星系统也将逐步进入互联网应用时代。宽带卫星通信在实现国际/区域/国内灵活的大区域三维互联网覆盖接入方面的突出作用，使其成为未来发展的必然趋势。

2007年成立的卫星互联网公司—另外三十亿人公司（O3b）现已拥有12颗在轨运行卫星，其服务已覆盖包括热点地区、太平洋岛屿、海上钻井平台等大片区域，成为太平洋地区最大的互联网服务供应商。一网公司（OneWeb）2015年1月表示，准备发射648颗小卫星在距地球约1200km的轨道形成一个卫星网络，向地球发射互联网信号，预计2018年运行。该网络建成后，一网公司将提供更快速、范围更广的互联网接入服务，这将使该公司成为世界上最先进的互联网服务供应商。随后，美国太空探索技术公司也宣布将投资至少100亿美元，用5年左右的时间建立一个约4000颗小型卫星组成的全球通信卫星系统，提供互联网服务。

一网公司准备发射由648颗小卫星组成的星座

（4）互联网巨头进军航天市场

一方面，航天技术与应用能提供的地球信息、全球互联网接入、数字地球、导航和定位信息等方面应用潜力巨大，其发展引起了互联网巨头的青睐，谷歌、亚马逊等互联网巨头开始进军航天市场；另一方面，许多互联网企业的成功者均将航天作为未来发展重点，创办了一批新兴航天企业。

例如，世界上最大的网络销售商亚马逊公司于2000年建立了蓝色起源公司（Blue Origin），其主要产品包括发动机和亚轨道火箭，目前正在与美国联合发射联盟公司合作，为宇宙神-5（Atlas-5）火箭研制新型发动机。2014年5月，谷歌公司收购了天空盒子成像公司，这是互联网公司首次涉足卫星商业遥感领域。在此次收购前，除谷歌公司外，脸谱公司（Facebook）、亚马逊公司、苹果公司（Apple Inc.）等也纷纷表达了收购天空盒子成像公司的意向。思科公司（Cisco）近期与国际通信卫星公司（INTELSAT）合作负责“太空路由器”（IRIS）计划的实施，首台“太空路由器”已随国际通信卫星-14（Intelsat-14）一起发射升空。

发展风险逐渐显现

航天一直都是高技术、高投入、高风险的事业，伴随着商业航天取得的巨大成就，其风险问题也日益凸显。近年来发生的3起事故，给快速发展的商业航天蒙上了阴影。以追求利润为目标的商业本质与传统航天高质量、高可靠性之间的平衡问题已显得越发重要。但无论如何，商业航天已成为不可逆转的长期趋势。

2014年10月29日，美国轨道科学公司的“安塔瑞斯”（Antares）火箭搭载“天鹅座”（Cygnus）飞船发射升空后约6s发生爆炸，船箭尽毁并严重破坏了地面发射设施。2014年11月1日，英国维珍银河公司（Virgin Galactic）的白骑士-2/太空船-2 （WhiteKnightTwo/SpaceShipTwo）商业载人亚轨道飞船在美国试飞时出现异常，导致2名飞行员一死一伤。2015年6月28日，美国太空探索技术公司的猎鹰-9火箭在执行“国际空间站”货运补给任务时发射失败。此前，猎鹰-9火箭已成功执行了18次发射任务，是高可靠商业航天的典范，本次发射失败使得商业航天的发展进一步受到外界质疑。如何把握商业航天低成本、快速响应与传统航天高质量、高可靠性之间的平衡点，成为了当前航天事业发展面临的重要问题。

2　发展启示

商业航天成为新的发展趋势

仅仅靠国家、政府投入的传统航天发展模式难以为继，商业航天作为未来航天发展的重要组成已渐成发展大趋势。商业航天与传统航天在发展理念和发展模式上截然不同，呈现出快速响应用户需求、低成本和灵活的批量制造、研发/生产制造/运营管理各环节全面简化等特点，实现了低成本与高可靠的有机统一。顺应商业航天发展规律的新兴航天企业快速崛起，为商业航天的持续发展注入了新的活力。

白骑士-2/太空船-2商业载人飞船将用于亚轨道太空旅游

政府支持是商业航天发展的重要基础

美国政府从政策、资金、技术等多方面给予了商业航天全方位的扶持，是其商业航天快速崛起的重要基础。近期，美国参、众两院还通过了与商业航天发展相关的两项议案，再次表明美国政府积极为商业航天发展营造好的政策环境。

技术持续创新驱动商业航天发展

技术的持续创新、融合与应用已成为商业航天发展的动力之一。例如，CMOS面阵、综合信息处理组件等商业技术，低成本发射、智能终端，大数据技术、微系统技术、先进推进技术、衍射成像技术、3D打印技术的逐步应用，以及手机卫星、芯片卫星、立方体卫星等新概念、新应用的不断涌现，带动了商业航天制造、发射及运营服务产业的不断发展和变革。

以“航天+互联网”为代表的新型商业模式不断涌现

当前，商业航天发展模式不断创新，其总体趋势是在掌握价值链关键环节的基础上，注重航天与互联网跨界融合形成新业态。它主要包括：掌控卫星设计制造、相关数据的应用服务等价值链关键环节，兼具设计制造商、运营商和服务供应商多种角色于一体；将微小卫星技术与云服务结合，提供互联网在线服务；创新卫星数据的应用服务领域；便捷、廉价地为用户提供定制化、多样化应用服务；吸引互联网巨头、风险投资公司等社会资源多渠道获得资金支持等。

多途径实现低成本与快速研制

商业航天领域的设计制造改变了传统航天的研制思想，更注重创新、低成本与灵活性，更符合产业化的要求。它主要体现在：采用成熟的技术和通用化、标准化、模块化的设计，采购商业现货，大幅降低研制成本，缩短研制周期，立方体卫星、手机卫星是其典型代表。

Analysis of the Development of U.S. Commercial Space Industry