美国商业航天发展带来的启示

韩樾夏 张丽艳 陈状 张伟

近年来，商业航天占航天经济的比例呈稳定上升趋势。据2021年《航天报告》，2020年全球太空经济中商业航天总量达3570亿美元，占比高达79.8%[1]。而早在2017年，美国商业航天占该国航天经济的比例已达80%左右。以卫星为例，截至2021年底，美国拥有2944颗卫星，其中商业卫星2516颗[2]，占比超过85%。

随着马斯克（E. Musk）的太空探索技术公司（SpaceX）将“鼓舞四人组”（Inspiration4）送入近地轨道，贝索斯（J. Bezos）的蓝色起源（Blue Origin）公司以及布兰森（R. Branson）的维珍银河（Virgin Galactic）公司分别把普通人送入亚轨道，要将2021年定为“太空旅游元年”的呼声愈发强烈。2022年，太空探索技术公司将公理太空（Axiom Space）公司的四名航天员送入国际空间站（International Space Station， ISS）。

随着航天飞机2011年退出历史舞台、国际空间站寿命周期延长以及美国航空航天局（National Aeronautics and Space Administration， NASA）预算调整，美国航空航天局将更多的火箭、飞船等研制任务交给了商业航天公司。以太空探索技术公司等为代表的商业航天公司获得了发展良机，在大力倡导技术创新的前提下，结合美国航空航天局给予的资金与技术支持，猎鹰（Falcon）火箭、龙（Dragon）飞船、星链（Starlink）、星舰（Starship）等项目均获得迅猛发展，全球对此瞩目。

美国商业航天的发展历程

2021年，美国航空航天局的年度预算为232亿美元，仅占美国联邦预算的约0.5%[3]，较阿波罗时代（1961—1972）的投入（国内生产总值的4%左右）有大幅下降。2011年国际空间站组装完毕后，美国载人航天面临如下境况，一是需要长期稳定运营国际空间站并充分发挥效益，而此时政府投入的经费大幅缩减，此外还需要研发航天飞机的“替代品”；二是美国航空航天局丝毫没有放慢进一步探索太空的脚步，“阿尔忒弥斯”计划（Artemis Program）、载人火星、探测小行星如贝努（Bennu）等任务接踵而至。

为了应对这一局面，在已突破天地往返、在轨交会对接、出舱活动等技术基础上，美国航空航天局希望引入商业航天公司，它们可通过采用更具创新性的理念和大胆使用新技术，实现更快速、低成本、高質量的近地轨道载人及载物的天地往返运输，而美国航空航天局可腾出更多人力、财力以及物力进行更具挑战性的载人深空探测活动。这样的决策催生了美国商业航天的蓬勃发展。

伴随着国际空间站于1998年开始建造，未来运营至2030年的规划，美国商业航天的发展可分为三个阶段。

第一阶段（1998—2010）：布局启动商业航天发展计划

1998年，美国航空航天局主导的国际空间站开始建造，直至2011年完成。在此期间，主要由航天飞机承担国际空间站建造、哈勃望远镜维修的运输任务。2004年，时任美国总统布什推出“太空探索愿景”（vision for space exploration），明确航天飞机在2010年左右退役[4]。2006年美国航空航天局启动“商业轨道运输服务”（commercial orbital transportation services， COTS）计划，选定商业公司研制航天器和运载火箭；2008年启动“商业补给服务”（commercial resupply service， CRS）计划，开发货运飞船；2010年启动“商业乘员开发”（commercial crew development， CCDev）计划，资助包括太空探索技术公司、波音公司等开发载人飞船。

值得一提的是，根据2010年出台的美国航空航天局授权法案，国际空间站国家实验室建成后允许美国商业公司也可使用国际空间站[5]。21世纪初期，美国已着手布局并采取了一系列举措促进商业航天发展。在这一阶段，由于火箭、飞船等研制任务尚未研发成功，近地轨道的主要上下行任务、科学研究任务等仍主要由美国航空航天局和国际空间站成员国承担。

第二阶段（2011—2021）：从建造运营到采购服务的角色转换

2011年，航天飞机正式退出历史舞台，美国航空航天局为摆脱对俄罗斯联盟号飞船的依赖，加速与商业公司的合作。在其经费、技术以及政策等多方面的支持与保障下，COTS、CRS、CCDev等项目取得了突破性进展，商业航天公司逐渐承担起天地往返飞行器、运载火箭等的研制任务，美国航空航天局也逐步实现从建造运营到采购服务的角色转换。

其间，商业航天公司逐步实现了两方面的目标。第一，近地轨道提供载人飞船、货运飞船天地往返服务和运载火箭的研制发射服务。以太空探索技术公司为例，2012年5月至2022年2月间，为国际空间站运送货物以及航天员共29次，是美国航空航天局近地轨道天地往返运输任务的有力补充。第二，通过与负责运营国际空间站国家实验室的空间科学促进中心合作，在国际空间站上开展商业化研究与应用工作，包括诺华（Novartis）、默克（Merck）等医药公司以及霍尼韦尔（Honeywell）等高科技公司在内的数十家公司直接参与国际空间站的科学研究。

美国航空航天局于2018年启动定期向月表运送科学和技术有效载荷的“商业月球有效载荷服务”（commercial lunar payload services， CLPS）计划[6]，与14家商业公司签订了有效载荷集成和运行、从地球发射有效载荷以及在月表着陆的服务合同，至2028年，合同总价值约为26亿美元。

第三阶段（2022—2030）：全面实现近地空间站建造运营的商业化

2021年7月，美国航空航天局启动商业近地轨道发展计划（commercial LEO destinations， CLD），提出用商业空间站取代国际空间站。12月，宣布从参与竞标的11个提案中选出3家公司，即蓝色起源、纳诺·拉克斯（Nano Racks）和诺思罗普·格鲁曼（Northrop Grumman）研制商业空间站[7]。与此同时，美国航空航天局局长内尔森（B. Nelson）宣布国际空间站运行延长至2030年[8]。随着国际空间站退役排上日程，美国航空航天局已經开始着手将空间站的建造和运营权转移给商业公司，未来国际空间站的运营以及商业空间站的建造和运营将完全由商业公司承担，前者仅作为使用者参与其中。

美国从超前布局商业航天发展，到逐渐实现政府的角色转换，再到最后全面实现近地空间站的商业化，其间既有美国国家宏观政策的引导，也有行业主管部门提供的经费、技术、基础设施等全面支持，加之太空探索技术、维珍银河等一批商业航天头部公司纷纷涌现，推动了商业航天的高速发展，美国航空航天局从而能够“集中力量办大事”，实现向载人深空探测的战略转型。

太空探索技术公司的创新成果剖析

以太空探索技术、蓝色起源、维珍银河等为代表的美国私营航天企业，不仅在技术层面，突破了火箭可重复使用、海上完成回收等一系列创新技术；同时在领域层面，将商业航天从传统的导航、遥感、卫星发射等拓展到火箭与（载人）飞船研制、低轨互联网星座建设以及太空旅游等领域。作为其中的佼佼者，太空探索技术公司在这两个层面都取得了举世瞩目的成就。

马斯克于2002年在美国特拉华州注册成立了太空探索技术公司，初创目标是解决太空运输问题，终极目标则是实现人类移民火星。经过20年发展，它从昔日默默无名的小微企业发展成为世界商业航天重量级企业，初创时期的员工仅10名，如今超过9500名，旗下的猎鹰系列运载火箭度过了发射屡屡失败的艰难时期，最终成为发射次数令全世界叹服的成熟火箭。通过分析其发展路径，发现有三大助力因素。

注重航天工程全产业链条发展

第一，运载火箭开发。太空探索技术公司抓住历史契机，在美国航空航天局经费支持、专利转让、共享发射场设施等全方位支持下，在2003年租用位于得克萨斯州麦格雷戈市的原美国海军武器开发测试场，之后建成用于火箭研制测试的实验室，先后发展出猎鹰1号、猎鹰9号，以及面向深空探测的猎鹰重型火箭。第二，飞船研制。针对美国航空航天局的任务需求，兼顾公司未来发展规划，相继开发出货运龙飞船、载人龙飞船。2012年5月，成功把货运龙飞船（Dragon C2+）送往国际空间站。2020年5月，载人龙飞船将美国航天员本肯（B. Behnken）、赫利（D. Hurley）送往国际空间站。第三，飞控中心以及发射场建设。为进一步增强独立性，实现低成本、高时效的航天工程全产业链覆盖，自2006年起，太空探索技术公司在马绍尔群岛以及卡纳维拉尔角空军基地分别建设了发射控制中心，并实现低成本、高可靠性运营；与此同时，在加利福尼亚州霍桑市建设了独立的飞行控制中心，该中心自动化程度高，拥有大型、开放式控制系统，其任务是在发射猎鹰1号、猎鹰9号期间，对龙飞船的在轨运行进行控制和监测[9]；2014年，建成其首个自有发射场——星际基地（Starbase，又名博卡奇卡发射场），包括发射工位及控制中心等，用于新一代登陆火星的飞船——星舰。

大胆采用创新技术和先进设计理念

太空探索技术公司打破了传统的一次性使用思维，采用可重复使用技术研制飞船、火箭。如猎鹰9号的设计理念是运载火箭的一级助推器可重复使用。2015年12月，在首飞任务中，就实现了猎鹰9号一级助推器的海上回收与重复使用。2017年6月，发射了可回收的货运龙飞船；2019年3月，载人龙飞船首飞成功。相比美国航空航天局主导研发的飞船采用全手动机械控制（拨动开关、按键、控制杆），太空探索技术公司开发的飞船充分考虑了航天员使用便利，具有智能化高、操作简捷等特点，同时还兼顾深空探测需求。目前，正在开发星舰。在卫星研制领域，太空探索技术公司摒弃了高轨道、大卫星发展模式，另辟蹊径地致力于发射大规模低轨卫星，为全球用户提供高速宽带接入服务。截至2021年5月，已发射1737颗卫星，构成星链卫星网络[10]。

追求高效的管理理念及创新的文化氛围

在商业公司扁平化管理基础上，太空探索技术公司更加注重高效、灵活的管理理念以及以人为本的企业文化建设：“全员奋斗”是太空探索技术公司得以迅猛发展的重要原因之一。它聚集了大量优秀人才，激励全员共同努力开发新一代载人天地往返系统，致力于鼓励实现火星移民等宏大愿景。同时，采用灵活的员工管理办法，员工从入职第一天就可尽快进入工作角色，提升了“即战力”。太空探索技术公司的创新文化氛围，激励员工创造性思考（think outside the box），倡导员工提出最好的建议（the best idea wins），实现“每日创新”。此外，公司还实行“批判式反馈”，推动员工成长。员工有义务在不伤害同事感情的前提下提出建议，发展接受批判式反馈的能力，促进个人以及团队的共同成长。

美国商业航天发展的有效支撑

1998年国际空间站建造伊始，美国就在从商业应用、人类探索和航天技术探索三个方面开展如何更好发挥其效益的调研的同时，强调要聚焦商业领域[11]。同年商业航天法案颁布后，美国航空航天局前局长戈尔丁（D. Goldin）指出：“[ISS]① 30%的实验空间将会商业化……空间站的商业需求应达到40%～50%，如果达到80%将是令人兴奋的[11]。”美国商业航天能在短期内取得举世瞩目的成就，是下述三个方面促成的。

联邦政府的支持

历经几十年的探索，美国颁布了一系列于商业航天相关的法案，有效推动了其商业航天的发展。1984年颁布的《商业航天发射法案》明确了火箭商业发射的政策；同年制定的《陆地遥感商业化法案》规定，将对地观测卫星的业务交给商业公司。1992年，老布什政府签署的《陆地遥感政策法案》取代了《陆地遥感商业化法案》，赋予商务部向私营企业发放经营许可证的权利。1998年颁布《商业航天法案》，不仅给予商业航天公司更多发展机会，而且要求美国航空航天局明确国际空间站的商业化应用方案。奥巴马政府于2010年颁布《美国国家航天政策》，2015年颁布《美国商业航天发射竞争力法案》，均明确鼓励商业航天发展和创新发展。2018年，特朗普政府制定了美国历史上首份《国家航天战略》，把商业航天纳入国家战略。2021年拜登政府上台后的商业航天政策则倾向于延续过往政策。这些为私营商业航天公司的发展提供了有力的政策保障。

美国航空航天局的顶层战略调整

瞄准美国航天发展目标，美国航空航天局审时度势调整了发展战略，进而明确商业航天在其中的发展定位，并出台了一系列鼓励商业航天发展的落地举措。

美国航空航天局将技术成熟的近地轨道载人航天领域交给商业航天，发挥其低成本、高效、敢于创新的优势。基于此战略意图， 2005年旗下成立商业乘员与货物项目办公室，而后相继启动COTS、CRS、CCDev、CLD计划，并实施了一连串具体措施：给予商业公司合同订单；开放并与商业公司共享部分关键技术；对商业公司开放肯尼迪航天中心39A发射台等基础设施……

美国航空航天局在主导载人深空探测领域的同时，将商业元素引入其中的中小项目。其深空探测任务分为旗舰（Flagship）、新边界（New Frontiers）、发现（Discovery），大型的旗舰任务仍由旗下的行星任务部负责。2011年发布的《2013—2022年行星科学的愿景与航程》，给予高校、研究所、工业界通过竞标参与这些任务中的中小项目的机会[12]。在这样的背景下，载人探月项目也引入了商业元素。例如计划将于2024年实施的“阿尔忒弥斯Ⅲ”任务中，发射门户空间站的两个初始模块——为在轨航天器提供动力推进的模块以及居住与后勤模块分别交由马萨尔（Maxar）和诺思罗普·格鲁曼两家商业公司建造。

人才投入与储备

灵活的人才流动机制以及大量的科技创新人才，是美国商业航天得以飞速发展的另一关键。

20世纪以来，西方富豪们的“珠峰梦”逐步转向探月、殖民火星。一批来自加州硅谷的富豪们在完成原始积累、获得了第一桶金后，自带资金、满怀热情投入航天事业，追逐航天梦。他们既是投资者又是探索者，一方面领导开发航天技术与产品，另外一方面竞相直接参与太空探索，布兰森与贝佐斯先后乘坐自己公司研发的飞船，实现了进入太空的壮举。

美国拥有成熟的人才市场。其顶级高校除了开设与航空、航天直接相关的专业外，还开设了科学、技术、工程、数学教育（science， technology， engineering， mathematics， STEM）相关的众多专业，为航天产业储备了大量多学科方向的优秀人才。以斯坦福大学航空航天系为例，1957年至2017年夏季学期原本只开设航空航天专业研究生课程，从2017年秋季学期起增设了航空航天专业本科生课程[13]。在校期间，学校为学生安排了与商业航天（如商业空间运输）相关的课程或者实习。学生们对商业航天公司提供的工作机会、职业发展前景并不陌生，随着毕业临近，加盟商业航天自然而然成为他们的首要选择之一。

美国航空航天局常委派资深员工，以技术顾问的身份“零薪水”向太空探索技术公司提供技术支持。这一举措有效提升了民营企业发展航天技术的可靠性和稳定性，打通了核心技术突破的关键环节，也为企业节省了大量的技术资金成本。

我国商业航天领域的努力与探索

近年来，我国支持商业航天发展的政策层出不穷。2014年，国务院出台《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》，首次提出鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施的建设。2015年国家发展和改革委员会、财政部和国家国防科技工业局联合发布《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025）》通知，提出 “[探索]商业化发展新机制，支持和引导社会资本参与国家民用空间基础设施建设和應用开发”。2019年国家国防科技工业局、中央军事委员会装备发展部为引导商业航天规范、有序发展，促进商业运载火箭技术创新，发布《关于促进商业运载火箭规范有序发展的通知》。

与此同时，我国商业航天也取得了一些成就。例如在商业火箭发射方面，先后研发了快舟一号甲运载火箭、捷龙固体商业运载火箭、谷神星一号（遥二）运载火箭等。以星际荣耀、蓝箭航天等为代表的商业火箭企业，以及以银河航天等为代表的商业卫星企业，在大浪淘沙中成长为我国商业航天头部公司。

虽然社会各界的关注度呈现递增态势，但由于我国商业航天尚处于起步阶段，发展的步伐还不够快。美国商业航天的成功经验有一定的启示作用，我国商业航天要走强走好，也需要国家层面给予战略支撑。

制定有针对性、可操作的法规，在实施层面提供指导。美国联邦政府对商业航天的支持自1984年以来已经上升到立法的高度，以法案形式颁布，每个法案明确聚焦支持的商业航天发展领域，具有较强的约束力。我国虽然已颁布与商业航天相关的政策和通知，但实施层面缺乏将政策引导转化为可实施可操作的法规。从法规上打破制约商业航天高质量、创新发展的障碍，在实施层面开设“绿灯”，有助于我国孕育出创新能力优秀、竞争力强的航天高科技公司。

制定周全的商业航天发展战略规划（包括长期规划、阶段规划），在国家航天发展战略中确定“国家队”与商业航天的定位和赛道，明确商业航天发展的领域方向、产业链中重点扶持的环节等，以引导商业航天有序发展，与“国家队”形成有益的互补。

出台更多具体举措，让相关政策法规落地生效，助力商业航天发展。目前，商业航天公司承担的多为与社会需求层面相关的研制发射任务，缺少服务于航天强国战略层面的计划支持和合同订单。航天领域技术专利的开放以及大型基础设施的共享也缺少落地举措的支持。建议针对商业航天发展出台具备明确、具有可操作性的扶持发展措施，明确可开放共享的地面基础设施、重大科研设备，以及相关规章制度。

吸纳社会资本、凝聚创新人才，为商业航天发展创造条件。商业航天需要资本投入，希望得到更多有情怀的企业家的支持。目前，已有碧桂园、腾讯等房地产、互联网公司开始布局商业航天，期待未来有更多的高科技、医药企业能积极参与其中。航天的核心竞争力是人才，可借鉴美国顶尖高校的人才培育模式，根据商业航天市场发展方向，开设商业航天运输等专业及相关课程，并为高校学生提供商业航天的实习机会。同时，完善“国家队”与商业航天企业的互访、交流机制，为商业航天发展奠定人才基础。

航天产业是当今最具挑战性的高科技领域之一，是国家综合国力的集中体现，而商业航天是其中的重要补充和生力军。我国商业航天应基于自身优势，瞄准世界发展前沿，积极布局，努力构筑一流的商业航天产业高地。

（本文相关研究受中国载人航天工程空间应用系统资助。）

① []内为作者补充说明，下同。

[1]Space Foundation. The space report： the authoritative guide to global space activity. 2021. https：//www.spacefoundation.org.

[2]Union of Concerned Scientists. USC Satellite Database. （2005-12-08）[2022-01-01]. https：//www.ucsusa.org/resources/satellitedatabase.

[3]NASA. About NASA. [2022-04-12]. https：//www.nasa.gov/about/ index.html.

[4]O Keefe S. The vision for space exploration//Dick S T， Cowing K I. Risk and exploration： Earth， sea， and the stars. Washington： National Aeronautics and Space Administration， 2004： 3-10.

[5]Gatens R. Commercializing low-Earth orbit and the role of the International Space Station， March 05-12， 2016.2016 IEEE Aerospace Conference. Big Sky， Montana： IEEE， 2016： 1-8.

[6]NASA. Commercial lunar payload services. [2022-07-21]. https：// www.nasa.gov/content/commercial-lunar-payload-services.

[7]NASA. NASA selects companies to develop commercial destinations in space. [2021-12-03]. https：//www.nasa.gov/ press-release/nasa-selects-companies-to-develop-commercialdestinations-in-space.

[8]Nelson， B. ISS 2030： NASA extends operations of the International Space Station. [2022-01-11]. https：//solarsystem. nasa.gov/resources/2680/iss-2030-nasa-extends-operations-of-theinternational-space-station/.

[9]Couluris J， Garvey T. SpaceX mission operations. SpaceOps 2010 Conference. Huntsville， Alabama， April 25-30， 2010： 1937. https：// arc.aiaa.org/doi/pdf/10.2514/6.2010-1937.

[10]Williams A， Hainaut O， Otarola A， et al. Analysing the impact of satellite constellations and ESO′s role in supporting the astronomy community. arXiv preprint arXiv：2108.04005， 2021.

[11]Jorgensen C. An initial strategy for commercial industry awareness of the International Space Station// Haskell G， Rycroft M. International Space Station： the next space marketplace. Berlin： Springer Science & Business Media， 2000： 211-218.

[12]Board S S， National Research Council. Vision and voyages for planetary science in the decade 2013-2022. Washington： National Academies Press， 2012.

[13]Stanford University. What is aeronautical and astronautical engineering. [2022-08-02]. https：//aa.stanford.edu/academicsadmissions.

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