国际空间站美国太空国家实验室运营与管理研究

国际空间站（International Space Station，以下简称ISS）是人类在近地轨道建造的第十个空间站，同时也是人类有史以来在近地轨道建造的最大飞行器。美国国家航空航天局（以下简称NASA）、俄罗斯国家航天集团公司（Roscosmo）、欧洲航天局（ESA）、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）、加拿大航天局（CSA）直接参与了国际空间站大型模块的组装和建设。自1993年以来，美国已投入上千亿美元建造以及运营国际空间站，每年投入30亿—40亿美元。

ISS作为太空实验室，能够围绕科学研究、技术开发、教育活动与推广等任务开展一系列工作。它所处的独特的微重力、辐射等太空环境也为商业公司的太空业务拓展提供了极大的便利。因此，如何有效提升国际空间站的资源利用率，如何开拓商业资源以从事更好的商业开发及利用成了主要问题。2005年，为了提升美国对国际空间站的利用率并吸引商业投资，美国国会指定国际空间站美国舱段的研究设施作为太空国家实验室（ISS National Laboratory，以下简称ISSNL）。2011年，NASA选定空间科学促进中心（Center for the Advancement of Science in Space，以下简称CASIS）这一非营利组织正式管理ISS美国国家实验室，并将美国舱段的50%资源投入到太空国家实验室，以保障足够数量的科学实验得以开展。

一、NASA对于太空国家实验室的管理以及对CASIS的评估

（一）NASA发起并成立CASIS

2010年，NASA选择了一家名为ProOrbis的管理科学商业公司开展了为期90天的独立调查，该调查致力于开发管理ISSNL的组织框架并推动美国政府对于ISS管理实现投资最大化的战略。通过调研ISS独特的空间环境以及系统存在的潜在风险（上下行的限制、载荷的大小等），ProOrbis公司最终建议NASA通过合作协议（Cooperative Agreement，CA）委托一家非营利机构来实现对国家实验室的管理。该机构将承担起筹措外部资金，推动商业公司参与国际空间站项目，发展商业科技应用、创造就业机会和产生经济效益等任务。随着2011年CASIS宣告正式成立，NASA就明确了CASIS的主责，即推广、发展和管理ISSNL。在2017年的最新延长协议中，NASA重新明确了CASIS需要完成的三大主责：①为ISSNL遴选项目；②帮助项目方完成载荷集成任务；③资助部分选中的项目。

（二）NASA对于CASIS的整体预期

自从2011年国际空间站建造完成以来，NASA旋即提出了发展近地轨道商业经济的任务。而这一任务的实施主体则交给了CASIS。除此以外，NASA为CASIS制定了九项具体的任务规划。[1]具体任务见下：研究路径。CASIS需要明确每个方向的研究路径。①编制太空国家实验室的研究方向；②评估微重力环境下该研究方向的科学意义和工程可实现性；③提供研究项目申请机会；④绘制研究路径图。

STEM教育项目。科普教育是CASIS工作的重点。CASIS需要持续推动太空国家实验室STEM教育的关注度并增加STEM相关的教育类实验。

研究经费分配与研究项目平衡。CASIS每年需要至少颁发300万美元的研究经费。此外，CASIS须实现在ISSNL上开展理论研究、基础研究以及应用研究的平衡。

研究项目招募。通过各类宣传，激发广大研究人员以及研究实体使用太空国家实验室的兴趣。

将研究项目与投资者匹配。建立研究投资主体与研究人员的匹配机制。

选择“执行伙伴”（implementation partner）。由于研究人员大多没有太空开展研究的经验，CASIS需要和商业执行伙伴合作为研究人员提供专业服务，以帮助他们在ISS上开展实验，并将地面研究的实验样品尽快转化为待上行开展研究的载荷。

筹款。根据早先和NASA的合作协议，CASIS需要筹措到足够的经费来匹配NASA每年1500万美元的投入并且逐渐实现自给自足。

宇航员的工时分配。CASIS需要保证太空国家实验室的利用率，因此宇航员的工时分配仍然是主要的考核标准。

宣传。CASIS需要与白宫、国会、媒体、教师、学生以及公众等建立丰富的太空国家实验室推广活动。

（三）NASA对CASIS以及ISSNL的评估

NASA高度重视对ISSNL的管理以及运营情况。2016—2017年，NASA督察长办公室对CASIS运营开展了内部评估，并于2018年发布了题为“NASA对于空间科学促进中心的管理”（NASA＇sManagement of the center for the Advancement of Science in Space）的报告。[2]2019年，NASA委托外部独立评审小组对太空国家实验室的未来发展以及近地轨道商业化的发展进行了研究调查。这两项报告肯定了CASIS管理太空国家实验室以及在近地轨道发展商业太空经济的努力，同时也指出在一些方面CASIS并没有达到NASA的预期，例如CASIS存在研究和商业化侧重优先权归属定位不够清晰、项目遴选模式落伍等问题。

二、CASIS对太空国家实验室的运营以及管理情况

（一）ISSNL的可用资源以及CASIS主要关注的研究领域

国际空间站国家实验室是设置在近地轨道的一个国家级的研究平台，它为各国科学家、企业家以及专业研究人员提供了独一无二的科研平台。空间站所提供的微重力环境和空间暴露设施，推动人类对生命科学、物理科学、生物技术等众多基础领域开展研究，赋予人类认识宇宙、探索宇宙的新路径，开辟了增进人类福祉的新方式。

ISSNL从创建伊始就吸引了各方的关注。然而，太空实验室能够提供的资源是非常有限的。2005年，美国国会就通过法案明确了ISSNL的资源分配。[3]其中，50%的科学实验资源包含宇航员工时、研究设施、天地往返的货运飞船的有效载荷容量。（图1）2015年，宇航员研究工时首次达到满负荷。[4]这也在一定意义上说明CASIS在ISSNL的资源利用率方面不断推进。

CASIS主要投入的五大领域分布是教育和外延、基础科学、技术展示、应用研究及发展，以及商业设施利用。具体见下[5]：

教育外延——提供世界级的教育项目，向公众介绍ISSNL以及微重力环境下的科学实验，增加公众的参与度。

基础科学——支持微重力平台开展围绕基础科学的自由探索研究。

技术展示——支持微重力平台开展新技术研究。

应用研究及发展——支持微重力环境下的原创性应用研究与开发，特别是支持太空生产应用方面的研究与开发。

商业设施利用——通过实验室商业运营设施支持近地轨道的商业经济发展。

上述五大领域是CASIS进行项目征集、遴选以及资源分配谋划的主要领域。同时，NASA也根据这五大领域制定的指标的完成情况来考核CASIS。

（二）CASIS的项目征集与遴选方案

国家实验室的项目申请者通常来自学术界、商业界和一些政府机构。根据NASA对CASIS发展近地轨道商业化的要求，来自商业界的申请者将会占据主导。当前CASIS的项目征集方案主要有两种。第一种是一般审核路径，该路径由CASIS主导，内部专家结合外部专家一同完成项目审核评估，并给出相应的评审意见。第二种是快速路径，由CASIS合作的执行伙伴主导完成。执行伙伴下属的商业服务提供商根据CASIS设定的ISSNL资源以及上下行需求完成项目审核，继而再由CASIS统一审定最终入围的项目，并完成上下行的资源分配。（图2）

（三）CASIS运营管理亮点

自2011年运营以来，关于CASIS运营管理的评价就存在争议。需要指出的是，NASA对于CASIS的信任度和认同度却一直没有降低。2017年，NASA与CASIS完成续约，将本于2020年到期的合同提前3年延期至2024年。从长期的运营情况看，CASIS的表现瑕不掩瑜。在不断吸纳外部资金、紧密地和执行搭档合作、大力发展教育项目等方面均有不俗表现。具体如下：

1.外部资金吸纳表现。以2023财年为例，CASIS吸纳了2650万美元非NASA来源的外部经费来支持由ISSNL发起的实验项目。相较2022财年，资助金额增幅高达44%。[6]外部资金资助的提升有力保障了ISSNL的项目进展，对发展可持续的近地轨道商业经济意义重大。

2.和执行搭档紧密合作。由商业公司担任执行搭档是ISSNL项目执行的关键一环，用商业公司运营的方式自主推动商业项目的遴选以及载荷的集成、装配是CASIS工作的一大创举。CASIS赋予了执行搭档很多自主权，而这种特殊的合作方式大大缩短了项目从遴选到立项的时间，也缩短了载荷上天开展实验的等待时间。

3.通过太空教育项目推动大众科普。激励未来的太空产业相关就业人群以及在大、中、小学生中推广科普知识是ISSNL的中心任务之一。随着CASIS推动的太空商业项目增多，这项工作受益的人群也越来越广泛。以2023年为例，超过2500万人使用了ISSNL的网上教育产品。超过1000万人参加了ISSNL的25个教育相关的科研项目。教育项目对于国际空间站成果的传播、激发青年一代参与科学创新工作有着举足轻重的意义。

三、美国太空国家实验室运营与管理经验启示

截至2024年，国际空间站美国太空国家实验室已经运营了近20年，随着CASIS从2011年开始管理实验室的运营，实验室的定位不断清晰完善并逐步走向正轨。在商业科学项目征集、科学应用成果、发展近地轨道的商业经济等方面取得了一系列成绩。美国的经验对我国国家太空实验室的运营与管理具有一定的借鉴意义。

（一）建立太空国家实验室多元评价体系

客观来说，NASA对太空国家实验室的评估是定量和定性数据结合，外部独立评估和内部评估兼具，周期性评估和季报、年报审核结合的综合评价方式。自2011年以来，从一开始的部分不及预期到现今的达到甚至超过NASA的预期；从提高ISSNL的（商业）科学实验资源利用率到大力发展近地轨道商业化；从完全依赖NASA经费运营到吸纳超过年运营经费额度的外部经费支持商业研究项目，CASIS在美国太空国家实验室的运营与管理方面取得了一定的成功。尽管如此，外界对CASIS的评价却一直莫衷一是、褒贬不一。这也意味着只有更加全面、有效的评估方式介入，才有可能获得更趋于客观的评价。人工智能大模型的崛起为客观评价的获取提供了一种可能。大模型通过提示工程方法（Prompt Engineering）训练丰富的数据，使自身成为强大的知识检索器。未来，利用大模型加强对太空国家实验室的政策分析以及对公众认知等第三方数据的训练或可得到更加客观、公正的评价。这对于建立多元评价体系具有积极的参考意义。

（二）夯实以近地轨道商业化推动科技创新发展的基础

截至2023年，ISSNL已将700余载荷送入国际空间站开展科学实验研究。商业公司由于预算、营利等客观条件限制，只有不断创新开发出新产品，才能够占据市场，满足消费者需求，实现公司可持续发展。商业公司也因此成为科技创新的主体。美国太空国家实验室作为商业孵化器，对于拓展国际空间站的设施，发展近地轨道的商业经济产出、推动商业公司提升科技创新能力、创造就业机会、提高经济效益都有积极作用。与此同时，由商业公司承担的载荷研制可以减少财政支出，从而将更多的经费投入深空探测，对于人类探索宇宙、发掘更多宇宙的奥秘大有裨益。

（三）项目遴选注重商业化、小微化、自主化、快速化

推动近地轨道商业化是CASIS的中心任务。因此，CASIS自创立伊始就不遗余力地推动太空国家实验室的商业化进程。以2023财年为例，当年80%的实验载荷来自商业企业，而来自私营部门的2050万美元的支持经费更是超过了CASIS当年的运营经费。[7]近地轨道商业化的重要标志就是各种规模的企业都能参与其中，因此NASA希望CASIS邀请更多的小微企业、初创企业作为执行伙伴参与到近地轨道的经济圈中。[8]从项目实施情况来看，CASIS也正在朝着这一目标积极努力。此外，由于CASIS把更多的项目遴选自主权交给了独立执行伙伴，这使得平均立项时间控制在63天内，而由独立执行伙伴推荐的项目申请书，CASIS批准了393项，拒绝了5项[9]，通过率接近99%。由此可见，CASIS在项目遴选方面做到了充分信任、快速立项、企业类型全覆盖，推动近地轨道商业经济的全面发展。

注释：

[1]NASA Office of Inspector General.NASA＇s Management of the Center for the Advancement of Science in Space，2018.

[2]同[1]。

[3]U.S. Government Accountability Office. International Space Station： Opportunities Exist to Improve Communication with National Laboratory Users，2022.

[4]NASA.A Strategy for the Future of the International Space Station （ISS） National Laboratory （ISSNL） and Commercial Low-Earth Orbit （LEO） Development，2020.

[5]同[3]。

[6]ISS National Laboratory.International Space Station National Laboratory Annual Report for Fiscal Year 2023，2023.

[7]同[6]。

[8]同[1]。

[9]同[3]。

（作者为中国科学院空间应用工程与技术中心助理研究员）

责任编辑：马莉莎