国际空间站，打开商业航天新领域

作者 | 火焱

审校 | 沈淮

编辑 | 朝晖

本文刊登于《卫星与网络》杂志

2017年1&2月刊

近一年来，在商业航天方向不多、格局不明的大背景下，欧美商业航天公司在国际空间站（ISS）的商业开发上连续发力，国际空间站在近400km高度的低地轨道上成为商业航天领域的新焦点。

波音公司与NanoRacks联合开发首个商业气闸舱

2017年2月6日，波音公司发布消息，将与美国NanoRacks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NanoRacks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（ISS）上美国的加压舱连接。波音公司一直以来都是ISS主承包商。

☝ 波音公司与NanoRacks公司联合开发的首个商业气闸舱概念图

在这之前， NanoRacks公司已在2016年5月与NASA签署协议，计划在ISS上安装商业气闸舱产品，在历史上属首次。NanoRacks公司将自主投资1200万~1500万美元，开发的气闸舱被称为“doorway to space”。

当前，国际空间站（ISS）主要利用日本JAXA的Kibo（“希望”号）气闸舱（美国也在使用）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NanoRacks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。

1、快速而大尺寸的内向外转移能力充分发挥ISS的作用。

NanoRacks公司新型的商业气闸舱更大更稳健，可用于大量卫星与载荷送至ISS外部。操作员可在轨组装较大的载荷，按需求部署，也可让美国在气闸舱操作周期内从国际空间站（ISS）上部署的小卫星数量大大增加，大约为原来的3倍。NanoRacks气闸舱大大增强了从ISS内部向外部转移设备、载荷与可展开式卫星的能力，充分发挥了ISS的作用。

2、搭载商业载荷更加快捷高效，提升国际空间站商业价值。

当前只有两种方式可在舱内不失压情况下从ISS进入太空。一是为宇航员使用的大型气闸装置，二是安装在日本试验舱上的小型气闸，用于发射立方星与其它小型载荷。未来新型气闸舱可通过增加更多的模块和组件，在具有气闸舱基本功能的基础上，根据用户需求，搭载商业载荷，进行商业化在轨试验、部署立方星和小卫星等活动，避免了与NASA进行的复杂的任务协调与规划环节。

☝  国际空间站上的“探索”号气闸舱

NanoRacks公司从事小卫星、立方星组装与发射服务等工作，其气闸舱技术将从在国际空间站（ISS）上部署立方星、小卫星开始创造巨大商机。

3、解决关键技术瓶颈对于打开ISS的商业市场意义重大

波音公司国际空间站（ISS）项目主管Mark Mulqueen表示，安装NanoRacks商业气闸舱将帮助我们跟上不断增长的需求，大大推进ISS上的商业项目，在未来几年实现ISS商业应用转化。

NanoRacks公司CEO Jeffrey Manber表示，ISS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（ISS）的商业市场。

空客防务航天事业部（ADS）开发Bartolomeo商业载荷平台

2016年6月，ADS与ESA在柏林航展（ILA）上签署了理解备忘录，将启动了Bartolomeo（巴托洛梅奥）平台研发项目，计划2018年将Bartolomeo安装于国际空间站（ISS）上“哥伦布”实验舱外部。

用户应用方向包括：对地观测、技术演示、天文物理学、材料科学、新型太空飞行等。9月，ADS与澳大利亚的诺依曼空间公司（Neumann Space）在国际宇航大会（IAC）签订协议，将Neumann Space公司的有效载荷安装在未来的Bartolomeo平台中。

☝  国际空间站（ISS）上与“哥伦布”实验舱连接的Bartolomeo平台概念图

1、让商业用户更加快速、低成本、安全地使用ISS平台

私营公司与机构可独立发射Bartolomeo或类似舱段连接至ISS，获得空间站上的电力、数据、通信与装配资源。Bartolomeo平台作为独立的舱段具有更大、更灵活的空间安排商业载荷任务，计划提供50多升空间，进行长达12个月的在轨环境试验，容纳Neumann Space公司正在设计的以及其它中小企业、中小学校、大学的设备。空客防务航天分公司（ADS）负责提供发射、在轨供电、在轨安装、对地通信等服务。

2、ESA激励更多公司与机构进入航天领域

通过Bartolomeo项目，ESA旨在建立太空探索领域商业合作的发展格局，具体目标是激励私营公司与机构进入太空领域，挖掘其在ISS方面的优势与需求，为ISS当前及其后期发展带来更多的商业化方案，最终助推ESA未来任务方案创新。

毕格罗公司充气式太空舱拓展国际空间站商业空间

2016年4月11日，毕格罗宇航公司（Bigelow Aerospace）和联合发射联盟公司（United Launch Alliance）在第32届全美航天大会上宣布，两家公司将开展合作，计划2020年将毕格罗宇航公司的B330充气式太空舱发射至国际空间站。

4月8日“猎鹰9”火箭搭载发射了毕格罗可扩展活动模块（BEAM），完成与国际空间站的对接和充气后，于6月6日由一名美国宇航员和一名俄罗斯宇航员进入该舱，目前正在进行一系列宇航员在轨活动试验。

☝  2016年6月6日，宇航员第一次进入BEAM太空舱

1、B330充气式太空舱方案几乎可以适应所有类型太空活动

项目前期，在B330上可进行零重力试验、在轨制造等科研与工业项目，未来还可用于太空旅游、太空寄居、独立的商业空间站、月球与火星任务等商业项目，即：B330方案既可以作为当前空间站的一个舱段使用，也可以在未来扩展组装成为更多大规模的独立空间站。当前，在轨试验的BEAM是比格罗宇航公司B330充气式太空舱的一部分，并且已经具备人员进出活动的基本条件。

☝  B330膨胀模块展开剖面图，内部加压空间可达330立方米，非常宽敞。

2、非金属可变形结构有利于发射与在轨防护

B330太空舱采用非金属可变形结构，根据其体积和重量，未来由“宇宙神”5（552）型火箭发射，增压后，内部空间可有几倍的增长，重量为20吨，体积为330立方米，可供6个人生活用。以往国际空间站舱面主体结构多采用金属铝，且折叠有限，因而发射次数较多，采用B330方案有望在极短时间内实现轨道部署，彻底颠覆人类探索太空的节奏与周期。

国际空间站的商业开发建构商业航天新格局

1、国际空间站正在成为欧美商业航天发展的新领地。

国际空间站从上世纪90年代由16个国家和组织陆续建设建成之后，到目前为止，基本上都在执行太空科学试验，以科研为主，由于以往的运载与空间技术门槛较高，极少存在商业行为。

实际上，航天领域能够商业化发展的方向并不多，目前主要是研制发射运载火箭、研制通信与遥感卫星和各类卫星的数据产品与终端服务，深空探测的路子尚不清晰。

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，相信在近期发展在轨科学实验之后，中远期会实现太空旅游、太空居住、太空城市、外星球寄居等。

2、小规模、专业化、高技术的私营企业在传统航天平台上完成创新，渐渐成为欧美商业航天新格局。

近年来，美国政府曾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。

NanoRacks公司仅有约50名员工，与空客合作的Neumann Space公司也非常小，研制独立太空舱与空间站的比格罗宇航公司截至2014年底仅有130名员工。但它们也并非直接挑大梁开展大型工程，其背后分别是波音公司、空客集团、洛马公司这些传统大型航天集团以及国家层面的已有平台，包括：国际空间站、成熟太空舱段、大型运载火箭。

欧洲正在形成这种格局，美国已然形成这种格局。美国SpaceX公司吸纳了NASA、洛马公司、波音公司拥有技术与人才，独立研制了运载火箭与飞船，紧随其后的还有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，并且NASA作为国家航天顶层机构一直在采取实质性的举措，推进这一格局的形成。

由此可见，即便国际空间站，也有商业航天的大空间、大舞台，那么其它地方呢？这是值得所有致力于商业航天的有识之士深入思考的问题。

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