杨毅强：再论美国商业航天，及对我国的启示（上）
杨毅强：再论美国商业航天，
及对我国的启示（上）
文 | 杨毅强
本文整理自2020年4月27日“中科连线青年科学家百人讲坛”专家讲座
杨毅强博士，研究员，中国科学院空天飞行科技中心主任，中科宇航公司董事长，长征11号火箭首任总指挥，原空射运载火箭行政总负责人。
通过简单介绍美国商业航天，或者说美国太空方面军民融合的发展情况，以及世界航天行业发展趋势，针对我国目前商业航天的现状，提出一些想法。一、美国商业航天发展的驱动力
毫无疑问，美国是当今世界最大的航天强国。在美国，商业航天和太空的军、民、商融合，可以说是同一件事情的两种表述。回顾从美国80年代至今，整个商业航天的发展过程是一个逐步加强、逐步深入的过程。既有美国政府、军方、企业的共同作用，也有航天科技本身发展规律的影响，受到了经济形态、战略形态、技术形态、政治形态等多种因素的合理驱动。
1、经济利益
航天活动的复杂性，航天技术要求的特殊性，以及航天技术发展的前沿性，决定了人类开展空间活动需要付出巨额的费用，研发、研制、发射、维护的成本不断攀升。另一方面，随着航天系统逐步发展成熟，航天技术展现出了广阔的民用前景和商业价值。通过提供民用服务来挖掘市场潜能，可以大大降低军费的开支，从而有效降低军事航天活动的各项成本。由此开拓出了巨大的军民两用市场。
美国商业航天起步早、发展快、效果好，主要目的就是为了缓解美国军方的经济负担，同时对商业公司拓展市场利益也有积极的贡献。这种重叠的利益，成为驱动太空军、民、商共同发展的力量，最终走向深度的融合。例如，在美国造一颗通信卫星大概需要2亿美元，如果是有特殊用途的军用卫星采购价约为10亿美元。而2012年9月，美国空军在一颗商业卫星上搭载了导弹预警传感器载荷，搭载费用仅2500万美元。
再以SpaceX为例。在SpaceX成为国防供应商之前，由波音和洛马组成的联合发射联盟给美国政府和军方的火箭发射报价是1.5-4亿美元一枚。而SpaceX的5枚猎鹰一号火箭、2枚猎鹰九号火箭和1艘龙飞船的研制和发射费用总共不到8亿美元，其中猎鹰九号火箭仅耗费3亿美元，远低于美国传统的一次性运载火箭。在商业发射市场，猎鹰九号火箭的商业发射报价是6120万美元。而猎鹰火箭最引人注目的就是火箭回收和重复使用的能力，其一级早已稳定实现重复使用，目前整流罩也已实现了海上、陆上的回收和重复使用。
火箭的重复使用和回收本身可以大大降低整个火箭的发射费用。但也不可否认，回收火箭要增加三个方面的费用：①势必会降低一些运载能力；②为了实现回收，火箭本身需要增加相应的测量装置和控制设备；③火箭回收以后，要对箱体和发动机进行相应的检测，而从回收点运回也会增加部分费用。通过分析测算，业内普遍认为一枚火箭如果能重复使用10次，就会具有绝对的价格优势和比较好的盈利空间。
2、技术创新
近年，随着新技术的发展，大家逐渐认同了小卫星能办大事。而此前行业内一般不认为小卫星，特别是微小卫星、皮卫星、纳卫星能发挥真正的实用价值。但近几年小卫星通过星座组网，能够和过去几吨重的大型卫星发挥同样的或者相似的作用。
对美国来讲，由于新技术的发展，民用商业航天系统在规模上和技术上都呈现出了井喷式的进步。事实上，美国的军事行动对太空系统依赖程度非常高，特别是信息化战争下，美军对观测范围、图像的分辨率、通信带宽传输速率和导航覆盖等方面的要求急剧提高。而且由于军方在技术攻关和经济可承受性方面的问题，在推进独立的军事航天系统建设方面发展非常缓慢，独立的军事航天系统也越来越难以满足军队的全部需求。所以美国从80年代，就开始使用民商航天资源来补充和提升其军事能力。
例如上世纪90年代，美军方开始通过采购商业遥感数据，或者直接资助等形式，对高分辨率商业遥感航天器的研制、发射提供支持，使得这些运营商的卫星系统能够持续稳定地运营下去。
3、作战需求
美国为了巩固其在太空的绝对战略优势地位，在2017年6月重新组建了国家航天委员会，把军、民、商航天活动的统筹管理提升到国家战略层面。该委员会制定了太空战略框架，提出了几个主要目标。
一，加强太空活动的安全性、稳定性、可持续性以及弹性。
二，强化与商业部门的合作，即与商业公司的合作，以确保美国持续引领航天创新。
例如，美军在《抗毁损易分解式空间体系架构》白皮书中明确指出了美国航天系统未来转型的发展方向，即通过结构分解、功能分散、商业航天器搭载军用载荷的手段，将太空能力分散布置在不同用途、不同轨道的不同平台上，使美军的军事航天能力去中心化，分散目标，提高体系的生存能力和作战能力。美国已将太空资产分散布置到军、民、商不同领域，推动了太空军民融合的深度发展。
美国商业航天的迅速发展，离不开美国政府的大力支持。美国政府无论在商业、航天立法还是政策支持方面，都极为注重支持和扶持商业航天的发展，不断推出商业航天资助计划。
早在1984年，美国政府就发布了《商业航天发射法》，2003年颁布了《航天投资法》。据不完全统计，从上世纪80年代开始，美国颁布的相关法律有11部。特朗普上台以后，先后颁布了1号、2号、3号航天政策指令，主要内容还是要求简化各类审批程序。
此外，美国政府对商业航天企业给予了多项技术支持和转移，以SpaceX为例，在成立初期，NASA利用自身的技术优势，直接派驻技术人员，或者通过专利转让的方式，帮助SpaceX的发展和验证关键技术，猎鹰系列火箭发动机的针栓式喷注器技术，就源自阿波罗登月时期的技术。此外，NASA还将原本用来发射土星5号的工位，以1美元的费用近乎无偿的让SpaceX公司使用。据不完全统计，SpaceX公司这些年先后从政府拿到的各项经费大约有80亿美元。
除了SpaceX，其他商业航天公司也得到了美国政府在政策、商业订单等方面或多或少的支撑。
二、美国航天发展的趋势
空间站的宇航员一般6个月左右需要补充一次物资。如果货运飞船的运载火箭是一家公司生产的，一旦出现了失利，故障的排查、归零往往需要半年到一年的时间，所以如果只用一家火箭向空间站运送货物是极其危险的。因此，国际空间站选用了日本、俄罗斯以及美国的多家补给飞船供货商，这么做的目的，就是为了确保空间站的宇航员能够按时得到补给，保证正常生活及生存。
美国最大限度地整合了民间资源，以降低成本、减少内耗。美国鼓励共享资源、共用信息，鼓励竞争。据统计，美国政府和50多家商业航天公司签署了太空态势感知数据的共享协议。可以说，美国太空态势感知开始融入商业数据，以便美国军队能够利用商业和盟国的太空态势信息。
此外值得注意的是，2015年，美军在国防部的太空机构行动中枢——联合太空作战中心，尝试增加了商业代表的席位。这是美国首次把商业公司纳入到联合作战中心内部参与某些工作。同时军民协同开展卫星的运行管理工作，商业公司参加了美国的十几项太空战演习。
这几年来，美国一批具有经济和技术实力的私营航天企业迅速成长起来，特别是大家耳熟能详的SpaceX、蓝色起源、轨道ATK、火箭实验室等为代表的公司。这些公司从设计、试验、验证、制造到发射、运营的能力都已经全部具备了。而且已经切实为政府、军方、科研机构、商业用户等提供了商业化的发射服务，使发射市场成本显著降低。例如SpaceX的猎鹰九号火箭的商业发射报价是6120万美元，应该说SpaceX公司把商业卫星发射的价格大幅度降低，甚至可以说拉低了一个数量级，这也使它迅速成为商业发射市场的领头羊。
总之，商业航天是航天事业发展到一定阶段，特别是从满足军队、政府的应用需求发展到与大众应用相结合阶段的一个必然产物。美国商业航天的崛起和发展，源动力是国家安全战略的需要。我想强调的是，商业航天的本质还是航天，高投入、高风险的属性永远不会改变。商业航天的最终指向是形成成熟的商业模式。
作者介绍：
杨毅强博士，研究员，中国科学院空天飞行科技中心主任，中科宇航公司董事长，长征11号火箭首任总指挥，原空射运载火箭行政总负责人，多年从事我国固体战略型号，固体运载火箭研制管理和航天系统工程管理工作，先后参加和负责4个国家航天型号研制工作，获航天科技集团科技进步一等奖等多项成果，获中国航天基金会授予的航天奖、国防科工委授予的个人二等功，多次获得中国运载火箭技术研究院授予的长征奖。
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