美国商业载人航天项目最新进展

罗渠 （中国空间技术研究院）

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，以及可重复使用技术的快速发展，载人航天的商业化、产业化逐步具备条件。以美国商业公司为首的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（SpaceX）、轨道-ATK公司已实现近地轨道货物运输常态化；波音公司（Boeing）、太空探索技术公司有望近期实现近地轨道商业乘员运输。以蓝源公司（Blue Origin）、XCOR宇航公司为代表的多家私营航天公司即将提供太空旅游产品和服务。此外，美国还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。

1 发展背景

美国航天商业化起步较早，且在不同阶段采用不同的运作模式。此前,美国国家航空航天局（NASA）一直采用合作模式、通过合同管理的办法对航天企业进行管理，购买航天器，开展载人航天任务。这种分担成本、共同开发的合作伙伴关系不仅可以满足NASA的技术需求，还使国家受益。当前,低地球轨道载人航天商业运输采取的是新的运作模式，即购买服务。商业公司负责项目的整套运营、安全监管和技术支持，以及相应的启动资金支持。这种模式带给私营公司更大的自主性和灵活性。

美国总统特朗普上任后着手调整美国航天计划，大力发展公私合作关系，使得用于空间探索和研发的投资最大化，并带动社会经济整体发展。特朗普强调其政策基石是发射和运行重要的空间资产，鼓励创新，助推经济发展。使NASA从主要作为后勤机构进行低地球轨道任务的限制中解放出来，并致力于打造一个以美国为首的太空经济圈。现阶段，除了近地轨道领域，商业航天企业在亚轨道领域也积极作为，不断发展新的商业载人航天项目，同时还未雨绸缪，紧跟政府政策走向，为近地以远的深空探索布局，寻求同政府开展合作的机会。

2 商业载人航天项目

亚轨道商业载人航天项目

近年来，已有多家企业利用新研发的亚轨道飞行器，开展了以旅游观光为目的的亚轨道商业飞行，亚轨道飞行的商业运输发展势头愈来愈猛。

鉴于亚轨道商业飞行的发展趋势，早在2005年，国际民用航空组织（ICAO）的理事会就批准了将“亚轨道飞行概念”纳入其第175届会议的工作计划中。区别于传统的航空活动和空间活动，亚轨道飞行是相对于轨道飞行来说的，亚轨道飞行器在冲出大气层后，由于没有达到一定的速度而无法围绕地球进行轨道飞行，很快就会返回大气空间。由于亚轨道飞行在到达太空后的一段时间里也会有失重感，相较于高成本的太空旅游而言更具吸引力，近十多年来，一些私人企业都在计划发展亚轨道旅游活动并逐渐付诸实施。

2016年6月19日，美国蓝源公司再次发射“新谢泼德”亚轨道飞行器，其推进模块连续第四次实现了动力控制下的地面着陆，同时也试验了飞行器的乘员舱的降落伞系统。2017年6月2日，NASA 宣布授予蓝源公司一份亚轨道研究飞行任务合同。2017年12月12日，该飞行器新型号首次试飞取得成功。“新谢泼德”亚轨道飞行器从地面垂直起飞，随后船箭分离，火箭返回，在接近地面时一个发动机点火，着陆支架展开，成功在目标着陆场垂直降落。此次“新谢泼德”飞行器使用的是新一代火箭和2.0版载人舱。

对于此次试飞，蓝源公司安全与保障主管杰夫·阿西比称，这对蓝源公司是极为重要的里程碑事件，此后公司可以利用搭载有效载荷开展盈利活动，蓝源公司计划于2019年使用“新谢泼德”搭载6个乘客，2个飞行员进行一次亚轨道飞行，大约有6min的失重状态，整个飞行事件将持续3.5h。

此外，施乐公司旗下的帕克研究中心（PARC）于2017年12月宣布与蓝源公司开展合作，将利用PARC的技术创新能力和蓝源公司的“新谢泼德”飞行器推动太空前沿技术研发，最终目标是在亚轨道飞行任务中搭载一项先进的技术研发实验，并考虑如何使用下一代先进的航天系统为帕克研究中心的商业和政府合作伙伴提供支撑。

近地轨道商业载人航天项目

（1）商业轨道运输服务

商业乘员和货物运输项目包括“商业轨道运输服务”（COTS）计划、“商业补给服务”（CRS）和“商业乘员开发”计划，均由NASA的商业乘员和货物项目办公室负责管理。“商业轨道运输服务”计划为货物运输计划，向空间站提供货物补给；“商业乘员开发”计划于2009年启动，是乘员运输计划。

1）商业轨道货物运输计划。目前，美国主要依靠太空探索技术公司的“龙”（Dragon）飞船和轨道-ATK公司的“天鹅座”（Cygnus）飞船开展货物运输。2016年1月，NASA宣布第二轮商业补给服务竞争的获胜者，太空探索技术公司、轨道-ATK公司和内华达山脉公司均获合同，将从2019年起分别用“龙”飞船、“天鹅座”飞船和“追梦者”太空飞机为“国际空间站”提供货物补给。“追梦者”太空飞机原是为NASA的商业轨道成员运输计划项目研制，该飞行器能像空间站运送5500kg货物，并能够返回2000kg货物，能够在航天飞机着陆设施或其他机场跑道上降落，有利于着陆后迅速取出有时效性要求的货物。2018年2月7日，内华达山脉公司宣布收到“追梦者”太空飞机任务的授权书，“追梦者”太空飞机的首次飞行计划于2020年底进行，将由宇宙神－5运载火箭发射，“追梦者”太空飞机将执行6次空间站往返货物运输任务，目前将执行首飞任务的“追梦者”太空飞机正在制造中。

2）“商业乘员开发”计划。2014年9月，NASA将“商业乘员运输能力”（CCtCap）合同售出，由太空探索技术公司（获得26亿美元）和波音公司（获得42亿美元）共同为其执行“国际空间站”（ISS）载人运输任务。2015年5月和11月，波音公司和太空探索技术公司分获NASA“商业乘员运输能力”合同第一份订单，2015年12月波音公司获第二份订单。

“追梦者”太空飞机

2017年11月11日，“追梦者”太空飞机试验样机在美国加利福尼亚州爱德华空军基地成功完成滑翔试验。此次滑翔试验是该公司商业乘员协议中的重要里程碑，将支撑该公司按照2016年获得的NASA第二轮“商业补给服务”合同研制货运型号太空飞机的工作。“追梦者”货运系统的首飞预定于2020年进行，在2024年前最少进行6次飞行任务。波音公司的“星际客船”（Starliner）商用载人飞船（原名CST－100）项目主管表示，“星际客船”目前正处于飞行硬件广泛开发和多种运载系统测试阶段，计划于2018年第三季度进行非载人试验飞行，如果测试结果良好，则计划于2018年第四季度进行载人飞行测试，一旦“星际客船”完成了飞行测试并获得NASA认可，波音公司将获得一份6次飞行任务合同，为NASA向“国际空间站”输送航天员。

“星际客船”商用载人飞船

（2）低轨商业空间站

2016年4月11日，美国联合发射联盟（ULA）与毕格罗航空航天公司在“航天论坛”上宣布了一项合作协议，双方将联合建造新型商业化空间站，合作协议显示，该公司将在2020年为美国联合发射联盟发射2艘全功能型B330太空舱，但目前该公司计划拟于2019年底发射第一艘B330，第二艘B330则在2020-2021年发射。另有4个舱也将陆续建造。B330太空舱的设计方案是基于从NASA购买的载人居住舱技术概念发展而来的，长13.7m，直径6.7m，总质量在20～23t，使用寿命20年，内部空间在充气加压后可达330m3，目前“国际空间站”的内部加压空间为916m3，B330太空舱可使空间站应用空间增加30%，并可极大地节省发射与运行费用。后续毕格罗航空航天公司还将研发空间更大、扩展空间更强的太空舱“奥林巴斯”（Olympus，也称B2100），长17.8m，直径12.6m，质量为65～70t，充气加压后的内部空间达到2250m3，预计可乘16人。

2018年2月20日，毕格罗航空航天公司正式宣布组建空间运营子公司，专门负责公司所建商业性空间站的销售、客户服务以及最终的运营工作。新公司将针对B330以及未来更大型号的充气式舱段开展详细的市场需求研究。该公司目前正在同其他公司合作，已安排舱段发射任务和人员货物运输任务，计划未来的人货运输飞行至少8次以上。

B330和B2100太空舱可作为多功能型试验平台同时为NASA的空间探索任务和更多的商业性科学试验研究提供服务。除了工业性与科研用途外，它们还能作为太空旅游的工具以及开展月球和火星探索任务的飞行器。2017年10月，该公司就提出了一个利用B330舱段在月球轨道上建设月球补给站的方案，希望通过积极参与相关项目的建设工作，推动公司业务从近地轨道扩展到更远的深空。

（3）小卫星释放、空间站试验平台以及商业气闸舱

纳米架公司（NanoRacks）是首个提供空间站商业释放微纳卫星服务的公司，成立于2009年。公司刚成立时，主要进行纳米支架模块设计，这些模块可与“国际空间站”的研究支架相匹配，用户通过纳米架公司的模块进入空间，完成微重力研究实验。后来推出进行生物学实验的创新仪器（MixStix），与2台显微镜、1台酶标仪和离心分离机一起供研究使用。

1）“纳米支架立方体卫星释放系统”（NRCSD）。该系统由美国纳米架公司研制和运营。该公司于2013年利用J-SSOD装置释放小卫星后，意识到从“国际空间站”释放小卫星的商业潜力，利用不到10个月的时间研发了“纳米支架立方体卫星释放系统”。系统设计符合NASA“国际空间站”安全性要求，于2014年搭载发射至“国际空间站”。

2）“空间站内（外）部试验平台”。纳米架公司还提供“空间站内（外）部试验平台”，NASA以及其他企业、科研机构、高校都可以是它的用户方。通过与NASA签署协议，纳米架公司租赁NASA在空间站的空间，向其交付租金。而NASA要使用纳米架公司的试验平台，则属于商业行为，需向纳米架公司交付使用试验平台的资金。用纳米架公司负责人的话说，“NASA是我们的房东和监管人，有时也是我们的客户，但我们从来不是竞争对手，而是合作伙伴。”

首个商业气闸舱

3）商业气闸舱。2017年2月6日，波音公司与纳米架公司宣布联合开发首个商业气闸舱。两家公司合作研制首个自主投资研发的商业气闸装置，计划在2019年发射并安装在国际空间站（ISS）美国舱段上。新型的气闸舱由纳米架公司研制，波音公司研制并安装气闸舱的被动式通用对接机构（PCBM），将气闸舱与“国际空间站”上美国的加压舱连接。波音公司一直以来都是“国际空间站”的主承包商。在这之前，纳米架公司已在2016年5月与NASA签署协议，计划在“国际空间站”上安装商业气闸舱产品，在历史上尚属首次。纳米架公司将自主投资1200万～1500万美元开发的气闸舱称为“太空之路”（Doorway to Space）。当前，“国际空间站”主要利用日本宇宙研究开发机构（JAXA）的希望号（Kibo）气闸舱在轨部署立方星与小卫星，但内部空间有限，每年部署次数有限。波音公司与纳米架公司联合开发首个商业气闸舱，对于国际空间站的商业开发具有显著而重要的意义。纳米架公司CEO杰弗瑞·曼博（Jeffrey Manber）表示，“国际空间站”正迎来一个新的时代，私营机构正在越来越多地加入，气闸舱项目仅仅是与波音公司合作的开始，未来将打开近地轨道上“国际空间站”的商业市场。

近地以远商业载人航天项目

（1）太空旅游

近年来，轨道-ATK公司、联合发射联盟（ULA）、太空探索技术公司等提出地月空间及载人火星探索规划。2017年2月27日，太空探索技术公司宣布其新的计划：于2018年下半年发射一艘载有两名付费乘客的龙－2飞船进行绕月飞行。龙－2飞船是为NASA商业乘员计划开发的“龙”飞船的一个版本，也就是载人版的“龙”飞船。在任务设想中，该公司将使用“猎鹰重型”火箭在佛罗里达州的LC－39A发射台进行发射，以自由返回飞行飞掠月球表面，到达距离地球640000km的深空，然后返回地球。整个任务大约需要一周。此次任务将在龙－2飞船与“国际空间站”试验飞行演示验证后进行，计划于2018年8月完成一次无人试飞，2018年12月完成一次载人飞行任务。但近期，马斯克在一次电话记者会上表示，“猎鹰重型”运载火箭将放弃载人计划。因此，太空探索技术公司的载人绕月飞行计划是否实施还将有待持续关注。

（2）私营公司参与建造“深空之门”

2017年3月，NASA提出了“深空之门”和“深空运输站”计划。“深空之门”（Deep Space Gateway）是规划中将在21世纪20年代建成的有人照料地月空间站，将用作拟建“深空运输站”（Deep Space Transport）的中转补给站。为缓解经济压力同时推动技术创新，“深空之门”将以公私合作、国际合作的方式共同完成建造，2017年11月1日，NASA授出为期4个月的电力推进平台研究合同，研究总经费约为240万美元，获选的5家公司分别为：波音公司、洛马公司、轨道-ATK公司、内华达山脉公司和劳拉空间系统公司；目前入选的有6个深空居住舱概念方案有望纳入第二轮“下一代空间探索技术合作伙伴”（NextSTEP－2）计划中研制的部件，这6家公司包括洛马公司、毕格罗航空航天公司、波音公司、轨道-ATK公司、内华达山脉公司、纳米架公司。未来私营公司也将积极参与NASA主导的“深空之门”计划建造工作中。

（3）商业开发太空资源

太空资源开发目前面临耗资大、风险高等难题，但美国仍有不少小型初创公司对此领域跃跃欲试。2015年11月，美国国会通过了《美国商业太空发射竞争法案》，规定美国个人或企业在小行星或月球上发现的任何物质，包括矿物质、水等，所有权和处置权均归发现者。这一法案为商业开发太空资源铺路，被称作“美国对太空开发领导力的里程碑”。

“深空工业”（Deep Space Industry）计划在一些小行星上部署小卫星，用来评估矿物质储量并收集样本。深空工业公司致力于2020年代中期进行小行星采矿，勘探者-1（Prospetor－1）作为低成本的航天探矿器，装满燃料后质量为50kg，依靠“彗星”（Comet）水动力系统释放出超高温水蒸气产生的动力前行，其主要任务是搜集数据资料，计划于2020年代中期正式执行采矿任务。

2012年由谷歌公司创始人之一拉里·佩奇成立的行星资源公司（Planetary Resources）也称“小行星采矿公司”。2015年，该公司的首颗卫星阿凯德－3R（Arkyd－3R）搭载“龙”飞船发射升空，阿凯德－3R卫星的目的是研究小行星，对小行星上的资源进行勘探。

3 综合分析

美国在“国际空间站”上推行的载人航天商业化的模式不仅能够使NASA投入更多的精力到更加艰巨的任务中，如载人登火等，而且还能够推进大量私人资本注入国内航天经济。未来，“政府主导、商业公司参与”和最大化利用商业合作伙伴关系的模式将进一步深化，商业化将成为载人航天发展的支柱。

未来美国载人航天发展将进入高度商业化阶段

特朗普上台后多次强调要大力发展公私合作关系。未来可能将公私合作关系作为美国民用航天活动的基础，在低地球轨道载人航天领域大力发展与私营公司的商业航天合作，在低地球轨道以远的深空探索领域也在寻求合作的可能性。也许是较早嗅到了特朗普政府“钟情月球”的气息，各家航天公司都已早早开始了针对月球的布局。不仅波音、洛马公司与NASA合作的“空间发射系统”和“猎户座”飞船在持续推进，以太空探索技术公司、蓝源公司为代表的航天初创公司也都相继推出了涉及月球探索的相关计划。

特朗普政府2018年2月12日公布的2019财年预算案提出，2025年将停止为NASA提供“国际空间站”项目经费，从而将空间站的运营完全商业化，预算案还提出拟出资1.5亿美元来“支持商业伙伴，鼓励发展可供私用部门和NASA使用的能力”，以作为“国际空间站”继续运营的手段。可以预见，美国政府对私营企业的大力扶持，使得特朗普任期内美国重返月球计划实现的可能性将在多方竞争的形势下得以大大提升，并且，未来美国的载人航天发展必将进入高度商业化的发展阶段。

“国际空间站”的商业开发建构商业航天新格局

近几年，“国际空间站”成为继火箭、卫星之后方案与效益都比较明确的商业航天新领地。随着全球科技的发展与创新，进入空间以及在空间从事活动的能力也在不断增强，方式方法也变得灵活。美国将大力发展以太空探索技术公司、蓝源公司等为代表的商业航天活动，寻求与私营公司进行商业航天合作的可能性。未来计划将近地轨道进入和近地轨道操作任务都移交给商业部门，此外在“国际空间站”运行和资助方面纳入更多“私人和公共合作伙伴”，包括延长“国际空间站”的使用寿命。

美国政府曾多次明确表示将逐步退出低地球轨道的航天器的运作，一是为了将更多的国家层面的资源与精力，用于探索和利用更远的外层空间，二是为了充分引入新型商业公司的先进技术以及灵活的运营模式，实现航天科技创新，实现科技带动经济效益与社会效益。政府的政策倾斜，极大地推动了私营航天公司的发展，大量小型航天公司依托传统航天平台与工业能力不断进行创新，NASA作为国家航天顶层机构，一直在采取实质性的举措推进新格局的形成。