黃志澄 （北京系統(tǒng)工程研究所）

商業(yè)航天領(lǐng)跑航天2.0時(shí)代

Commercial Space Leads the Time of Space2.0

黃志澄 （北京系統(tǒng)工程研究所）

目前，商業(yè)航天正在與民用航天、軍事航天一起，成為航天的重要組成部分，推動(dòng)世界航天進(jìn)入以全面商業(yè)化、大眾創(chuàng)新和軍民融合為特征的航天新時(shí)代—航天2.0（Space2.0）時(shí)代。世界商業(yè)航天發(fā)展有什么經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)？中國商業(yè)航天面臨怎樣的機(jī)遇和挑戰(zhàn)？

1 世界航天進(jìn)入Space2.0時(shí)代

20世紀(jì)，美蘇兩個(gè)大國的冷戰(zhàn)是推動(dòng)航天技術(shù)最初發(fā)展的主要?jiǎng)恿?。隨著冷戰(zhàn)結(jié)束和航天技術(shù)的逐步成熟，世界航天開始從太空競(jìng)賽和太空軍事化向全面推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和軍民融合發(fā)展轉(zhuǎn)型，新興的“太空經(jīng)濟(jì)”和“航天商業(yè)化”正在改變地球上人類生活的方方面面。

縱觀世界航天發(fā)展的歷史不難發(fā)現(xiàn)，由于航天的高風(fēng)險(xiǎn)和高成本，由政府主導(dǎo)的航天任務(wù)往往采用比較保守的技術(shù)，以保證其高的可靠性，從而在一定程度上阻礙了航天發(fā)展的創(chuàng)新步伐。以美國為例，在成功完成“阿波羅”登月計(jì)劃之后，政府對(duì)航天活動(dòng)的投入不斷減少，現(xiàn)在的投入不及當(dāng)年的1/8，讓其載人航天活動(dòng)只能局限在低地球軌道之內(nèi)，從而與人類對(duì)太空探索的熱烈追求不相適應(yīng)。

近年來，美國為了保持其航天技術(shù)的領(lǐng)先地位，特別是應(yīng)對(duì)中國在太空的崛起，提出了載人火星探索的目標(biāo)。2015年10月8日，美國航空航天局（NASA）公布了《火星之旅：開拓太空探索新篇章》，介紹了美國分“三步走”實(shí)施載人火星探索系列任務(wù)的規(guī)劃。第一步是整合所有資源，從當(dāng)前“依賴地球”型載人航天計(jì)劃起步；第二步是發(fā)展月地空間“試驗(yàn)場(chǎng)”；第三步是形成“擺脫地球”的深空探索能力。

2016年10月11日，時(shí)任美國總統(tǒng)奧巴馬在美國有線電視新聞網(wǎng)（CNN）發(fā)表文章稱,“為了翻開美國太空探索的新篇章，我們已經(jīng)設(shè)立了一個(gè)清晰的目標(biāo)：在21世紀(jì)30年代之前把人類送上火星，然后再讓他們安然無恙地返回地球；同時(shí)還要抱有更大的雄心壯志，有朝一日讓航天員在火星上停留更長時(shí)間?！?/p>

美國載人火星探索任務(wù)復(fù)雜而繁重，充滿挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)，其創(chuàng)新乏力和資金短缺更顯突出。尤其是美國的航天飛機(jī)在2011年退役后，美國竟沒有一個(gè)天地往返運(yùn)輸系統(tǒng)能夠?yàn)椤皣H空間站”服務(wù)，唯一的選擇是利用俄羅斯的飛船。

1966年NASA預(yù)算占聯(lián)邦預(yù)算的4.4%，而2016年整個(gè)美國太空項(xiàng)目開支193億美元，盡管比其他國家要多得多，但只占總預(yù)算的0.5%。顯然，只靠美國政府對(duì)NASA的投入，美國要在2030年完成載人火星任務(wù)幾乎是不可能的。

那么，奧巴馬認(rèn)為2030年前美國可以實(shí)現(xiàn)載人登陸火星并返回地球的底氣從何而來？他的答案是：“要想實(shí)現(xiàn)火星之旅，政府和私營創(chuàng)新企業(yè)之間需要展開進(jìn)一步合作，而我們已經(jīng)在這方面著手努力了。在接下來兩年內(nèi)，私營企業(yè)將首次把航天員送上‘國際空間站’。”

雖然美國早在小布什時(shí)期就開始鼓勵(lì)發(fā)展商業(yè)航天，但奧巴馬對(duì)發(fā)展商業(yè)航天更是情有獨(dú)鐘。2010年春天，奧巴馬在正式宣布改變小布什的“重返月球”計(jì)劃為載人火星計(jì)劃的前夕，就來到太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的發(fā)射場(chǎng)和伊隆·馬斯克的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行過討論。

2010年6月28日，美國政府公布了新的《美國國家航天政策》，根據(jù)新政策，未來美國將致力于航天活動(dòng)商業(yè)化，為商業(yè)界提供更多參與航天活動(dòng)的機(jī)會(huì)，并承諾政府部門與商業(yè)部門是合作的關(guān)系，而不是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。以同時(shí)提出將實(shí)施各種刺激機(jī)制鼓勵(lì)航天活動(dòng)商業(yè)化的發(fā)展。

NASA在政府的支持下，以撥出專款和預(yù)簽合同等形式，資助波音公司（Boeing）、太空探索技術(shù)公司和內(nèi)華達(dá)山脈公司（SNC）等3家，研制“國際空間站”的運(yùn)貨飛行器。隨后，NASA同波音和太空探索技術(shù)公司這兩家公司簽署合作協(xié)議，資助他們開發(fā)為“國際空間站”運(yùn)送人員的載人飛船。最近，NASA有意愿在“國際空間站”上建立商用艙，并計(jì)劃在2024年之后，將“國際空間站”交給商業(yè)航天公司繼續(xù)運(yùn)營。

2016年9月28日，在墨西哥召開的第67屆國際宇航大會(huì)上，美國太空探索技術(shù)公司創(chuàng)始人伊隆·馬斯克做了名為“讓人類變成多星球物種”的主題演講，并推出了用于人類火星殖民的“星際運(yùn)輸系統(tǒng)”，提出最早在2025年實(shí)現(xiàn)載人登陸火星，更長遠(yuǎn)的計(jì)劃是實(shí)現(xiàn)人類向火星移民。然而，老牌航天巨頭、曾幫助美國在登月競(jìng)賽中擊敗前蘇聯(lián)的波音公司表示不服了！波音公司CEO丹尼斯·米倫伯格近日對(duì)馬斯克隔空喊話，“我堅(jiān)信，第一個(gè)踏上火星的人，將會(huì)乘坐波音公司的火箭到達(dá)那里。”

馬斯克近乎瘋狂的計(jì)劃和奧巴馬的表態(tài)，將繼續(xù)推動(dòng)世界商業(yè)航天創(chuàng)業(yè)潮滾滾向前，讓世界航天的發(fā)展出現(xiàn)繼20世紀(jì)載人登月高潮后的第二個(gè)新高潮，從而使商業(yè)航天與民用航天、軍事航天一起，成為航天的重要組成部分，推動(dòng)世界航天進(jìn)入以全面商業(yè)化、大眾創(chuàng)新和軍民融合為特征的Space2.0新時(shí)代。

2 商業(yè)航天發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

商業(yè)化是人類航天事業(yè)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，它也必將成為航天事業(yè)空前繁榮和發(fā)展的新動(dòng)力。航天商業(yè)化必將催生商業(yè)航天。

美國在通信衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星及其應(yīng)用和發(fā)射服務(wù)商業(yè)化之后，開始探索載人航天的商業(yè)化。美國力圖在航天領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)政府和市場(chǎng)雙輪驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)化顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，找到一條低成本、低風(fēng)險(xiǎn)的通向太空之路。

商業(yè)航天的蓬勃發(fā)展以及基本的航天技術(shù)日益成熟，給了眾多創(chuàng)業(yè)者以機(jī)遇。目前，在航天運(yùn)輸系統(tǒng)、衛(wèi)星及其應(yīng)用、空間站、太空旅游、深空探測(cè)和太空資源開發(fā)等航天的各個(gè)領(lǐng)域出現(xiàn)了一大批創(chuàng)業(yè)公司。當(dāng)前，航天成為繼互聯(lián)網(wǎng)之后最活躍和最有希望的創(chuàng)業(yè)領(lǐng)域。航天的發(fā)展也正在由政府主導(dǎo)走向國家隊(duì)和商業(yè)航天公司共同發(fā)展的Space 2.0時(shí)代。

世界各國在發(fā)展商業(yè)航天的過程中取得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)主要有以下四點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)政府與市場(chǎng)的雙輪驅(qū)動(dòng)

以美國為例，政府實(shí)施鼓勵(lì)、支持商業(yè)航天發(fā)展的國家政策。美國政府近年來發(fā)布的《美國國家航天政策》、《美國國家航天運(yùn)輸政策》，均提出要發(fā)展商業(yè)航天，促進(jìn)創(chuàng)新，提升美國航天產(chǎn)業(yè)的國際競(jìng)爭(zhēng)力，要求最大限度地采購商業(yè)航天產(chǎn)品與服務(wù)，滿足政府需求。

另外，完善的立法為商業(yè)航天提供了法律保障。美國在商業(yè)發(fā)射、衛(wèi)星導(dǎo)航、通信、遙感等領(lǐng)域均有明確的法律規(guī)定。通過法律條文，明確了市場(chǎng)主體的進(jìn)入條件、行為準(zhǔn)則、法律責(zé)任與權(quán)利。在實(shí)施過程中，不斷地完善政策、法律法規(guī)，促進(jìn)美國商業(yè)航天能力提升。如在商業(yè)遙感領(lǐng)域，美國先后4次修正商業(yè)遙感政策及法案，允許商業(yè)公司向市場(chǎng)銷售的光學(xué)衛(wèi)星圖像分辨率由lm提高到0.5m，現(xiàn)在又提高到了0.25m，雷達(dá)遙感衛(wèi)星圖像的分辨率由3m提高到lm，顯著增強(qiáng)了美國商業(yè)遙感衛(wèi)星在世界遙感市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

另一方面，繁榮的資本市場(chǎng)為商業(yè)航天發(fā)展提供了雄厚的資金支持。商業(yè)航天項(xiàng)目，在早期由硅谷風(fēng)險(xiǎn)資金介入，中期引進(jìn)戰(zhàn)略投資者，后期在資本市場(chǎng)融資。這都對(duì)商業(yè)航天的成功起到了巨大的推動(dòng)作用。如數(shù)字地球公司的世界觀測(cè)－2（WorldView－2）衛(wèi)星，就順利通過私募股權(quán)，籌集資金完成了研制發(fā)射。

鼓勵(lì)顛覆性技術(shù)創(chuàng)新

未來的航天任務(wù)充滿挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)，只有努力強(qiáng)化顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，才可能找到低成本和低風(fēng)險(xiǎn)的通向太空之路。發(fā)展商業(yè)航天促使航天領(lǐng)域向社會(huì)開放，以集思廣益，共同加速顛覆性航天技術(shù)的創(chuàng)新。

長期困擾航天發(fā)展的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是解決火箭的重復(fù)使用問題。在這方面，美國太空探索技術(shù)公司和藍(lán)色起源公司（Blue Origin）都取得了很大進(jìn)展。美國東部時(shí)間2017年2月19日，太空探索技術(shù)公司成功實(shí)現(xiàn)了獵鷹－9（Falcon－9）的一級(jí)火箭首次在白天完成陸上平臺(tái)著陸。

正當(dāng)各空天大國投入巨資研發(fā)超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)而技術(shù)仍未成熟之際，英國噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)公司（REL）的“協(xié)同吸氣式火箭發(fā)動(dòng)機(jī)”（SABRE，簡(jiǎn)稱“佩刀”），在地面試驗(yàn)臺(tái)上完成的100多次試驗(yàn)，證明它能在0.01s內(nèi)，將氣流從1000℃冷卻到－150℃，不會(huì)造成霜凍堵塞，從而為高超聲速推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展開辟了一條全新的途徑，改變了這個(gè)領(lǐng)域的“游戲規(guī)則”。

充分發(fā)揮國家研究中心的作用

為了提高顛覆性技術(shù)創(chuàng)新能力的需求，美國NASA首先在內(nèi)部進(jìn)行了體制創(chuàng)新，成立了一個(gè)新的部門—太空技術(shù)任務(wù)部 (STMD)，其任務(wù)是向社會(huì)廣泛投資，以發(fā)展NASA所不能解決的大膽的、廣泛適用的顛覆性技術(shù)。

另一方面，NASA加速其成果向商業(yè)航天公司轉(zhuǎn)化。例如，太空探索技術(shù)公司的“獵鷹”火箭使用的“灰背隼”（Merlin）火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，就源于NASA在20世紀(jì)60年代開發(fā)的登月軌道艙的煤油液氧燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)過該公司多次改進(jìn)，最新版的“灰背隼”發(fā)動(dòng)機(jī)已達(dá)到了很高的工作效率。畢格羅航天公司（Bigelow Aerospace）的“畢格羅充氣試驗(yàn)艙”（BEAM）技術(shù)也曾是NASA試驗(yàn)了多年的技術(shù)。內(nèi)華達(dá)山脈公司的“追夢(mèng)者”小型航天飛機(jī)采用的構(gòu)型就是NASA在多年積累的升力體技術(shù)上研發(fā)出的HL－20升力體構(gòu)型。

重視安全不斷改進(jìn)

在發(fā)展商業(yè)航天的過程中，有許多創(chuàng)業(yè)公司為了追求進(jìn)度，容易忽視航天對(duì)可靠性和安全性的嚴(yán)格要求。例如，2015年6月28日，太空探索技術(shù)公司在執(zhí)行 “龍”（Dragon）貨運(yùn)飛船發(fā)射任務(wù)時(shí)，因氦瓶鋼支架存在缺陷，火箭發(fā)射139s后凌空爆炸解體。2016年9月1日, 太空探索技術(shù)公司定于兩天后發(fā)射的裝載了阿莫斯－6（Amos－6）通信衛(wèi)星的獵鷹－9火箭在卡納維拉爾角發(fā)射場(chǎng)發(fā)生爆炸，火箭、衛(wèi)星和發(fā)射臺(tái)悉數(shù)被毀。

這些事故并未阻擋美國商業(yè)航天前進(jìn)的步伐，但同時(shí)它也提供了深刻的教訓(xùn)：商業(yè)航天發(fā)展中既要重視創(chuàng)新，又要重視安全性。發(fā)展商業(yè)航天，必須在成本、進(jìn)度和質(zhì)量控制之間達(dá)到平衡。

3 中國商業(yè)航天的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

在世界航天發(fā)展的轉(zhuǎn)型時(shí)期，由于蘇聯(lián)和西方國家在轉(zhuǎn)型期產(chǎn)生的陣痛和冷戰(zhàn)時(shí)期留下的嚴(yán)重后遺癥，給了中國航天發(fā)展一個(gè)戰(zhàn)略機(jī)遇期。在這個(gè)時(shí)期內(nèi)，隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，中國正確地抓住了發(fā)展機(jī)遇，在載人航天、“北斗”衛(wèi)星系統(tǒng)、高分辨率遙感衛(wèi)星、月球探測(cè)等領(lǐng)域取得了一系列豐碩的成果，縮短了中國與世界先進(jìn)水平的差距，也大大增加了中國獨(dú)立自主發(fā)展航天技術(shù)的自信心。

當(dāng)前，中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入了新常態(tài)，航天發(fā)展也面臨經(jīng)費(fèi)增長減緩、成本增加的困難。隨著美國和世界航天全面商業(yè)化浪潮的到來，中國航天發(fā)展將面臨新的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和新考驗(yàn)。

目前，日益高漲的全球商業(yè)航天發(fā)展大潮正從美國、歐洲傳向中國。國企正在加緊發(fā)展商業(yè)航天，初步形成了競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，出現(xiàn)了國有、民營和混合所有制的多種商業(yè)航天公司。國務(wù)院及時(shí)作出鼓勵(lì)民間資本進(jìn)入航天領(lǐng)域的決定，必將推動(dòng)中國航天體制的深化改革，并引領(lǐng)中國商業(yè)航天發(fā)展的新高潮。

目前，中國已經(jīng)出現(xiàn)了幾十家航天創(chuàng)業(yè)公司，雖然面臨資金和技術(shù)力量不足的困難，但更重要的是創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)的自身建設(shè)問題。由于航天是一項(xiàng)高技術(shù)、高風(fēng)險(xiǎn)的事業(yè)，中國航天需要一批勇于創(chuàng)新、善于合作的人才投身到中國航天創(chuàng)業(yè)大潮中來。

為了加快中國商業(yè)航天的發(fā)展，提出下列建議：①抓緊商業(yè)航天立法；②加速國有航天企業(yè)改革；③設(shè)立商業(yè)航天創(chuàng)業(yè)基金；④建設(shè)國家航天研究中心；⑤開放航天基礎(chǔ)設(shè)施；⑥培育商業(yè)航天創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)。

從世界航天的發(fā)展態(tài)勢(shì)來看，商業(yè)航天已成為Space2.0時(shí)代的領(lǐng)跑者。為此，我們應(yīng)在總結(jié)國外發(fā)展商業(yè)航天經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，盡快制定出中國商業(yè)航天的發(fā)展戰(zhàn)略。