美国新兴私企参与航天产业发展的启示

◎张京男 范桃英 祝彬

纵观美国多家新兴私营航天企业发展史，可以看出其主营业务和发展路径都遵循着同一个规律，即直面美国或全球一个或多个明确的航天产业发展需求，而这个需求恰是当时仅靠传统力量不易破局的产业发展的痛点。本文通过分析美国航天运载器（火箭）和卫星等航天领域新需求的牵引和突破，探索其发展路径与规律，为我国私企实现“民参军”提供启示与借鉴。

私营企业助推航天产业发展

1.解决大中型运载火箭高成本难题

在猎鹰火箭出现以前，美国大中型运载火箭产业长期被老牌航天企业高度垄断，虽然这些企业都是在纽交所上市的商业公司，且原则上遵循市场竞争机制，但其长期以来对美国火箭发射领域的独占地位导致了美国军方和联邦政府对火箭研制及发射成本和价格的敏感度不强。

此外，由于大中型运载火箭的可靠性和综合性能比较先进，能够满足美国甚至国际市场的需求，使得美国军方、联邦政府及航天企业几乎没有了寻求改进火箭技术和降低发射成本的动力。而SpaceX（美国太空探索技术公司）的创始人埃隆·马斯克（Elon Musk）却却直接指出了美国火箭的高成本问题，他认为火箭研制和发射并不需要如此大的消耗（单枚制造及发射的总价格在2亿-4亿美元），并提出如果以私营公司模式制造同类型的火箭，成本至少可以降至原来的1/10。作为全球首家成功发射火箭的私人航天技术公司，SpaceX（美国太空探索技术公司）制造的火箭从猎鹰1到猎鹰9，以及未来的猎鹰重型，都是要把美国大中型火箭研制发射成本中的水分充分挤出来。对此，美国国家航空航天局（NASA）大力支持，后续美国空军则把军星发射合同授予了SpaceX公司。

从另一个角度来说，美国的市场机制更趋向于去垄断、促竞争，政府和军方希望新加入的企业能带来更高的性价比，这也是SpaceX公司取得成功的重要原因。目前，美国私营企业蓝源公司正在研制的新格伦火箭也具有同样的运载能力，预计很快将迎来首飞。

2.建立空间站往返载人载货运输能力

美国“阿特兰蒂斯”号航天飞机在2011年完成最后一飞，结束了航天飞机长达30多年的历史使命。之后，美国就没有了独立从事空间站载人和载货的运输工具，只能依靠俄罗斯的联盟号火箭和飞船。因此，美国航天界对独立的空间站与地面间运输能力产生了强烈需求，这也是美国从政府到工业界亟待解决的问题。随后，SpaceX公司的龙飞船和内华达山脉公司的追梦者一号应运而生，且均将实现国际空间站载人和载货的往返运输作为使用目标。2016年，两家公司都拿到了数额可观的委托合同。另外，传统大型宇航公司波音公司也持有NASA的载人空间站运输任务合同，但NASA在今年4月要求波音公司加快进度研制进程，直接把首次载人飞行变为正式任务，也就是说要省去载人试飞的环节，这对波音公司压力极大，因为其必须调整飞船设计中的载人数量和在轨工作时间，载人试验和载人任务的设计要求是完全不同的，可见NASA对载人进入空间站的需求已经迫不及待。

3.迎合卫星技术和入轨方式转变的发展需求

以往国际领先的通信星座和遥感星座同时在轨的卫星数量较少，并且由于其集成了比较先进的通信和观测载荷，使得卫星载荷重量和尺寸都比较大，相应的卫星平台也必然较大。传统上，卫星的载荷重量和尺寸越大往往越体现其技术的先进性和应用的高价值。

然而，随着多年的应用发展，美国的商业界、政府和军方发现单颗较大的卫星一旦出现单点故障就会影响整个卫星的应用。而且，由于科技的发展和更新换代十分迅速，当一个高精尖的卫星设计研制出来并成功入轨时，更优的替代技术和方案或许已经出现。另外，对于军方而言，大型的军用卫星属于高价值集中的载体，敌对国家可能会通过多种方式对其形成威胁甚至将其毁伤。

相较于大卫星，小而轻的小卫星具有先进、快速、低廉以及可靠的优势。一颗小卫星的故障与发射失利不会对整个星座产生重大影响，而且卫星补网或者升级换代都能够实现“短、平、快”。这一特性在美国商业界首先被付诸实施。

（1）小卫星星座部署节奏加快。一是通信小卫星星座方面。SpaceX公司自主研制的“星链星座”计划已经发射验证星，OneWeb公司研制的OneWeb“星座互联网计划”已经在美国和欧洲布设工厂并开始研制。二是遥感观测小卫星星座方面。美国行星实验室公司自主研制的“鸽子星座”、顶尖全球公司自主研制的“狐猴星座”（Lemur）、太空飞行工业公司自主研制的“黑色天空”星座以及蜂群技术公司自主研制的“太空蜜蜂”（Spacebee）星座都有大量卫星入轨。值得一提的是，今年4月19日，美国国防高级研究计划局（DARPA）向工业界发布了广泛机构公告（BAA），公开招标低轨小卫星星座建设方案，该项目被命名为“黑杰克”，将同时具备军用低轨通信网络和军用头顶持续红外导弹监视能力，可见军方对小卫星星座的需求也在提升。全球类似的通信或遥感观测星座计划还有很多。预计未来仍将有大量由商业界参与的通信和遥感的星座陆续批量研制并通过各种方式发射入轨，部署的节奏也会进一步加快。

（2）小卫星独立入轨需求迫切。随着小卫星星座需求的不断涌现，大量小卫星短期内迫切需要入轨的问题亟待解决。据目前不完全统计，国内外未来需要入轨的小卫星至少在10000颗以上，并因此带动了小型运载火箭的研制需求。

美国很多企业和机构看到了这一发展趋势后，开始布局小型运载火箭市场。如维珍银河公司的发射者一号空射火箭、火箭实验室公司的电子号火箭及萤火虫空间系统公司的阿尔法火箭，目前都已完成多次地面试验和空中试射。这些小型运载火箭运载能力从几十公斤到几百公斤不等，能够运送卫星进入的轨道都是几百公里高度的近地轨道，这也基本是当前小卫星、纳卫星最理想的工作轨道。因为小卫星功率和载荷功能有限，并不适合于几万公里高度的高轨道。预计未来各国日益迫切的小卫星发射需求会进一步促进小型运载火箭的研制及发射合同的签订速度。

4.航天系统核心技术与制造变革将颠覆行业发展

火箭和卫星经过了几十年的发展，其基本的动力模式和制造能力依然未发生实质性变化，虽然核动力等航天器概念被提出，但由于影响因素较多，尚未得到普遍应用。近年来，卫星动力推进技术的开发和应用突飞猛进，并在若干颗大卫星上实现工程应用，但由于平台技术门槛高，未能向整个卫星制造产业开放。

在这种背景下，美国“第四相”公司作为一家初创型私营企业自主研发出了可供小卫星使用的电推进器，有望成为行业标准并在小卫星上得到大规模使用。此项突破力求在小卫星动力方面实现根本性变革，以电推力替代化学燃料使得卫星结构彻底优化，从而实现以单点技术解决整个行业的瓶颈。同样，美国“相对论”公司也是一家初创私企，目前已制造出大型3D打印设备，并完全采用自动化和3D打印的生产流程制造整枚火箭，彻底替代传统上复杂而笨重的主要靠人工的生产流程，有望将成本和生产周期降低1-2个数量级。

“第四相”和“相对论”两家公司发展的路径都是对半个世纪中未能实现有效变革的领域进行突破，也可以说是将系统里客观存在的成本和性能中最大的“堵点”进行了疏通。目前，政府、商业公司与高校都在寻求与这两家公司形成长期合作的机会，同时资本界也看好这两家公司的发展路径，预计未来会对其进行更多的投资。

5.太空科技多领域反哺社会经济

随着太空技术长达半个世纪的积累，太空科技对人类社会经济的反哺已经非常成熟，太空元素越来越多地渗透至人们的生活，如太空科幻电影、卫星宽带通信与卫星手机通信以及太空育种与科学研究等。同时，在轨飞行太空体验、太空城、太空采矿与殖民地外行星等项目也纷纷涌现。其中，短时间的太空体验相对而言是最容易实现的，没有技术瓶颈，对传统航天技术加以改进即可实现。

为满足人们内心的憧憬和向往，SpaceX、维珍银河、蓝源和行星资源等公司均开设了新的太空旅游和矿产开发等业务板块。其中，SpaceX公司的龙飞船主要基于空间站货运飞船研制而成，其内部设计更多的体现了人机交互和体验感观。维珍银河公司的太空船二号火箭飞机可载6名乘客进行约5分钟的失重飞行体验以及观光太空和地球全貌。目前，预定未来太空体验的人次非常多，外星矿产开发方案也正在积极制定中，有望形成新的旅游和矿产开发产业。

分析与启示

1.探索破解产业链中的痛点

近年来，美国新兴的私营航天企业发展异常迅速，新概念、新格局正在快速形成，究其原因正是世界航天产业经过长期的沉淀，加上新兴科技的不断出现，使得企业拥有了强大的驱动力，能够利用新科技破解产业链中的痛点。这些新兴企业也只有通过这种路径才能成功，否则与老牌航天企业开展同质同类竞争，可能很快就会败下阵来，占不到理想的市场份额。在美国政策、科技与资本相对开放的环境中，每个新兴企业都会寻找1-3个痛点，作为自己的突破和立足之本，最为突出且最有成效的就是SpaceX的运载火箭。

此外，产业链痛点恰恰也是老牌航天企业无暇顾及的领域，对于它们而言，投入人、财、物突破这些约束，远远不如继续发挥优势竞争美国政府和军方大型系统或装备项目更加经济实惠。

2.在巨大风险中开辟产业新航道

虽然上述美国新兴私营航天企业都取得了有效的突破，新概念和新技术有着美好的前景，但其发展过程中往往经历着无数次的生死存亡。到目前为止，相对而言最成功的SpaceX公司，也曾一度濒临破产。直到他们拿到了NASA授予的15亿美元合同方才转危为安。同样面临过绝境的萤火虫宇航公司，曾在2016年遭遇欧洲投资方突然撤资，公司资金链断裂后被迫裁员清算，项目停滞，后幸好有美国投资机构Noosphere Ventures公司将其资产与技术全部买下重新组建并继续开发项目。此类情况几乎在每家新兴私营航天企业都存在。

即使目前这些新兴企业能够正常运转，但未来仍然存在很多变数，并不一定都能取得项目成功，如低轨卫星宽带网络还存在着对地通信模式上的不确定性，大量卫星入轨还存在如何发射以及经济性的问题，3D打印还存在部件之间材料成分差异的问题。但不论未来发展如何，美国的新兴企业已经开辟了航天产业的新航道，它们在不断尝试彻底突破瓶颈和约束，必将在未来某些领域带来颠覆性影响，为人类航天的发展找到新的突破口。