美國(guó)以商業(yè)航天推進(jìn)國(guó)際空間站的做法及啟示

張力 王妍（山西警察學(xué)院）

自21世紀(jì)以來(lái)，為應(yīng)對(duì)航天飛機(jī)退役,國(guó)際空間站（ISS）貨物運(yùn)輸無(wú)法保障的挑戰(zhàn)，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）組織實(shí)施了商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)/商業(yè)再補(bǔ)給服務(wù)項(xiàng)目，并分兩輪選擇了太空探索技術(shù)公司（SpaceX）和諾格公司（Northrop Grumman）作為商業(yè)合作伙伴，初步打造安全、可靠和低成本近地軌道的往返運(yùn)輸系統(tǒng)。本文總結(jié)了NASA以國(guó)際空間站為需求，培育近地軌道商業(yè)航天企業(yè)，強(qiáng)化國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，恢復(fù)往返國(guó)際空間站貨運(yùn)能力的經(jīng)驗(yàn)做法。

1 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，伴隨著全球經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)，資本市場(chǎng)的持續(xù)繁榮，以可回收商業(yè)火箭發(fā)射、低軌道衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座組網(wǎng)、亞軌道空間旅游、商業(yè)遙感衛(wèi)星組網(wǎng)等為代表的商業(yè)航天應(yīng)用模式不斷涌現(xiàn)，全球商業(yè)航天進(jìn)入以商業(yè)運(yùn)載火箭發(fā)射向商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)變的突破時(shí)期，深入研究國(guó)外培育商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)生態(tài)的做法，對(duì)我國(guó)實(shí)施航天強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略[1]，推動(dòng)商業(yè)航天高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

以美國(guó)為例，隨著其探索太空的進(jìn)程從近地軌道向月球、火星等深空領(lǐng)域邁進(jìn)，航天重大工程項(xiàng)目的投入經(jīng)費(fèi)迅速增長(zhǎng)，遠(yuǎn)超出國(guó)家和政府部門(mén)的資金投入能力。例如：2006年布什政府提出的重返月球“星座計(jì)劃”（Constellation Program），預(yù)算高達(dá)900億美元，被奧巴馬政府以經(jīng)費(fèi)投入過(guò)高為由而取消，再如洛馬公司（LM）和波音公司（Boeing）合資成立的聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA）研發(fā)的改進(jìn)型一次性運(yùn)載火箭，為美國(guó)空軍執(zhí)行任務(wù)的單次發(fā)射均價(jià)高達(dá)3億美元[2]。NASA通過(guò)引入新興航天企業(yè)，改革現(xiàn)有航天工程組織實(shí)施模式，打破傳統(tǒng)美國(guó)軍工企業(yè)對(duì)航天領(lǐng)域重大工程的壟斷，進(jìn)一步鞏固美國(guó)進(jìn)入近地軌道空間的能力[3]。

自2006年以來(lái)，NASA通過(guò)實(shí)施商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)/商業(yè)再補(bǔ)給服務(wù)（COTS/CRS）[4]兩步走的策略，為推進(jìn)國(guó)際空間站商業(yè)化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。本文梳理COTS/CRS的歷史背景及主要做法，并圍繞新時(shí)代推進(jìn)商業(yè)航天高質(zhì)量發(fā)展，提出三方面對(duì)策建議。

2 COTS/CRS項(xiàng)目概述

2004年，布什政府制定了美國(guó)的太空探索政策，要求到2020年重返月球，并計(jì)劃在國(guó)際空間站組裝完成后，為降低航天飛機(jī)單次發(fā)射高達(dá)15億美元的費(fèi)用，計(jì)劃于2010年年底徹底退役航天飛機(jī)[2]。2005年，NASA向美國(guó)私營(yíng)企業(yè)提出要求開(kāi)發(fā)能夠滿足ISS需要的貨運(yùn)和載人航天能力，并請(qǐng)求在五年內(nèi)撥款5億美元，促進(jìn)商業(yè)航天能力的發(fā)展，對(duì)將資金加以限制。

2010年2月，美國(guó)時(shí)任總統(tǒng)奧巴馬取消了“星座計(jì)劃”，將美國(guó)的太空政策轉(zhuǎn)向商業(yè)太空活動(dòng)的道路上。2011年，NASA向國(guó)會(huì)報(bào)告稱，NASA依賴于商業(yè)貨運(yùn)伙伴，需要商業(yè)運(yùn)貨伙伴的COTS/CRS開(kāi)發(fā)工作取得成功，為ISS提供貨物補(bǔ)給。總體來(lái)看，NASA實(shí)施COTS/CRS的歷史背景是為了避免美國(guó)飛機(jī)退役后，美國(guó)進(jìn)入近地軌道的太空能力被削弱的風(fēng)險(xiǎn)，探索近地軌道商業(yè)化發(fā)展的道路，以期通過(guò)利用私營(yíng)公司的能力，確保美國(guó)在近地空間商業(yè)航天的競(jìng)爭(zhēng)力，為下一步全速前進(jìn)重返月球、探索火星等深空任務(wù)提供具有強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力和低運(yùn)營(yíng)成本的近地空間集結(jié)點(diǎn)。

COTS/CRS項(xiàng)目的目標(biāo)[5]包括三方面：一是加快實(shí)施美國(guó)太空探索政策，以政府投資的方式刺激商業(yè)太空產(chǎn)業(yè)；二是促進(jìn)美國(guó)私營(yíng)企業(yè)參與ISS建設(shè)，保障空間運(yùn)輸能力，以實(shí)現(xiàn)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)高效地進(jìn)入近地軌道；三是創(chuàng)造向政府和私營(yíng)部門(mén)客戶提供往返ISS的商業(yè)化市場(chǎng)環(huán)境，改革當(dāng)前傳統(tǒng)航天重大工程的組織實(shí)施模式。在COTS/CRS財(cái)政預(yù)算中，8億美元用于ISS的商業(yè)貨物運(yùn)輸演示，并投資5000萬(wàn)美元用于ISS的商業(yè)乘員發(fā)展計(jì)劃。

NASA采取兩階段的采購(gòu)策略。第一階段是COTS計(jì)劃，即商業(yè)合作伙伴能力展示；第二階段是CRS，即獨(dú)立的服務(wù)采購(gòu)。兩個(gè)階段的采購(gòu)策略，為NASA提供了以商業(yè)航天方式購(gòu)買(mǎi)ISS貨物運(yùn)輸服務(wù)之前，刺激商業(yè)合作伙伴的設(shè)計(jì)和展示性能的機(jī)會(huì)。通過(guò)十多年的實(shí)踐探索，NASA在COTS/CRS項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了COTS計(jì)劃的四種能力，即ISS外部貨物的交付和處置、ISS內(nèi)部貨物交付和處置、ISS內(nèi)部貨物交付和返回地球、商業(yè)乘員運(yùn)輸?shù)饶芰?。商業(yè)航天企業(yè)可以選擇提供哪些功能，并將COTS系統(tǒng)的重點(diǎn)放在符合其業(yè)務(wù)計(jì)劃和市場(chǎng)預(yù)測(cè)的能力上。

根據(jù)CRS合同，NASA授予SpaceX公司16億美元的合同，購(gòu)買(mǎi)12次貨運(yùn)發(fā)射，單次費(fèi)用為1.33億美元。ISS的第一次合同的貨物補(bǔ)給飛行任務(wù)于2012年10月7日由獵鷹-9（Falcon-9）火箭發(fā)射升空。截至目前，SpaceX公司參與了ISS第31、33、34、35、39～ 44、47、48、50、52～ 62次 的探索任務(wù)。

2012年5月－2020年12月，SpaceX公司為ISS運(yùn)送貨物和人員共21次，除了演示階段SpaceX公司的“龍”飛船在太空停留10天之外，該公司的飛船在太空的滯留時(shí)間均在30天左右，歷次運(yùn)送到ISS及返回地球的各類貨物總量超過(guò)49.7噸。

諾格公司及其前身軌道-ATK公司參與了ISS第37～38、40～41、45～47、49～53、55～60次的貨運(yùn)任務(wù)。截至2020年12月，該公司為ISS運(yùn)送貨物的往返次數(shù)為14次，貨運(yùn)總量超過(guò)39.6噸。諾格公司的“天鵝座”貨運(yùn)飛船由服務(wù)模塊和加壓貨物模塊組成。其中，服務(wù)模塊提供姿態(tài)控制、推進(jìn)、導(dǎo)航、電力，并包含太陽(yáng)能陣列；加壓貨物模塊提供了運(yùn)送貨物和物流的空間。NASA授予該公司19億美元的CRS合同，用于向ISS運(yùn)送貨物。

3 COTS/CRS項(xiàng)目主要做法

以少量政府財(cái)政投入顯著降低美國(guó)研發(fā)ISS運(yùn)送貨物系統(tǒng)成本

由NASA開(kāi)發(fā)并執(zhí)行的COTS模型已經(jīng)證明了NASA與私營(yíng)企業(yè)合作中，由聯(lián)邦政府所提供的種子資金是高度杠桿化。到COTS項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，NASA為商業(yè)運(yùn)輸系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和演示提供了不到一半的費(fèi)用。NASA公布的COTS第一輪和第二輪的商業(yè)伙伴的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和演示費(fèi)用，商業(yè)伙伴資助了COTS開(kāi)發(fā)成本的50%以上。第一輪，SpaceX公司承擔(dān)了53%，總額為4.54億美元的社會(huì)資本投入，NASA代表的政府部門(mén)的資金投入比例為47%，總額為3.96億美元。第二輪，原軌道科學(xué)公司承擔(dān)了58%，總額為5.9億美元的社會(huì)資本投入，NASA代表的政府部門(mén)投入資金比例為42%，總額為4.25億美元[5]。

建立公私合營(yíng)成本和風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)及激勵(lì)的工作機(jī)制

在兩家商業(yè)航天公司執(zhí)行COTS計(jì)劃的具體實(shí)踐中，諾格公司和SpaceX公司在2014年10月和2015年6月的發(fā)射過(guò)程中，均出現(xiàn)了商業(yè)火箭發(fā)射失敗。為了應(yīng)對(duì)由于商業(yè)航天公司出現(xiàn)的失敗問(wèn)題，在COTS能力設(shè)計(jì)中采用了工業(yè)界創(chuàng)建私人擁有和運(yùn)營(yíng)的太空運(yùn)輸系統(tǒng)，而NASA則是ISS運(yùn)輸服務(wù)的主要投資者和客戶新的商業(yè)模式，并且在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中提供技術(shù)援助策略。COTS項(xiàng)目促進(jìn)了合作伙伴和NASA下屬的十大中心之間的密切聯(lián)系，強(qiáng)化了商業(yè)合作伙伴以及包括NASA在內(nèi)的所有供應(yīng)商之間的協(xié)作溝通，這種模式使聯(lián)邦政府的資金從NASA的COTS項(xiàng)目流向商業(yè)合作伙伴，然后流向NASA的下屬中心[6]。

強(qiáng)化與美國(guó)聯(lián)邦航空管理局協(xié)作

2020年4月，美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）下設(shè)的商業(yè)發(fā)射和再入許可證審批機(jī)構(gòu)完成重組，旨在提高工作效率。重組后的商業(yè)航天運(yùn)輸管理協(xié)會(huì)（AST）下設(shè)運(yùn)行安全辦公室和戰(zhàn)略管理辦公室。其中運(yùn)行安全辦公室負(fù)責(zé)許可證辦理，以及安全和規(guī)范工作；戰(zhàn)略管理辦公室負(fù)責(zé)政策、研發(fā)、宣貫、保障服務(wù)和航天港辦公室工作。這項(xiàng)改革有助于繼續(xù)簡(jiǎn)化發(fā)射規(guī)則，以應(yīng)對(duì)不斷增多的商業(yè)發(fā)射，并將提升效率、效能和問(wèn)責(zé)能力。

4 美國(guó)基于ISS的商業(yè)航天發(fā)展項(xiàng)目的成效

深入研究美國(guó)實(shí)施的基于ISS的商業(yè)航天發(fā)展項(xiàng)目的舉措及成效，為我國(guó)推進(jìn)商業(yè)航天發(fā)展提供有益借鑒[7]。

NASA高度重視商業(yè)航天對(duì)于確保ISS穩(wěn)定運(yùn)行、維護(hù)美國(guó)進(jìn)入近地軌道空間能力的作用，并將其作為保障國(guó)家安全的重要舉措，但由于商業(yè)航天是在全球化經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下以企業(yè)自有資金、社會(huì)資本或者合資合營(yíng)等方式開(kāi)展的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，必須要統(tǒng)籌好國(guó)家安全與商業(yè)航天發(fā)展的關(guān)系。從NASA發(fā)布COTS/CRS第一輪公告中可以看出，美國(guó)聯(lián)邦政府要求推進(jìn)商業(yè)航天的主體必須為美國(guó)公民控制的企業(yè)，或者能夠提供維護(hù)美國(guó)國(guó)家利益企業(yè)的實(shí)質(zhì)性證據(jù)。此外在技術(shù)轉(zhuǎn)移環(huán)節(jié)中，要求參與的公司必須簽署約定，不允許其將所獲得的航天技術(shù)和產(chǎn)品再次轉(zhuǎn)移。這表明美國(guó)并非完全開(kāi)放商業(yè)航天的市場(chǎng)空間，仍持有謹(jǐn)慎態(tài)度，帶著強(qiáng)烈的國(guó)家意志[8]。

美國(guó)推進(jìn)商業(yè)航天的主要需求是為了恢復(fù)美國(guó)在近地軌道空間進(jìn)入的能力，改變現(xiàn)有依靠國(guó)際合作伙伴運(yùn)送貨物和人員的格局，確保美國(guó)ISS國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的正常運(yùn)行，并以此為契機(jī)，進(jìn)一步部署商業(yè)乘員計(jì)劃、ISS過(guò)渡戰(zhàn)略、商業(yè)近地軌道發(fā)展等項(xiàng)目。美國(guó)政府在推進(jìn)商業(yè)航天發(fā)展過(guò)程中起著關(guān)鍵性的作用，并非完全采用市場(chǎng)化的方式去推動(dòng)商業(yè)航天，而是以ISS為基礎(chǔ)發(fā)展商業(yè)航天。根據(jù)美國(guó)運(yùn)輸部的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[9]，美國(guó)、俄羅斯和歐洲在商業(yè)航天發(fā)射領(lǐng)域的次數(shù)均比我國(guó)的商業(yè)航天發(fā)射次數(shù)要多，而且印度、日本和烏克蘭也在積極探索商業(yè)航天發(fā)射。此外，海上發(fā)射作為商業(yè)航天發(fā)射的一種重要舉措和手段，也受到了一些國(guó)家和地區(qū)的青睞。

NASA在推進(jìn)COTS/CRS等商業(yè)航天重大項(xiàng)目過(guò)程中，一方面，堅(jiān)持市場(chǎng)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思路，通過(guò)設(shè)立技術(shù)性和財(cái)務(wù)性階段目標(biāo)，發(fā)揮聯(lián)邦政府資金的杠桿作用，建立動(dòng)態(tài)退出機(jī)制，以前期的少量投資帶動(dòng)了美國(guó)商業(yè)航天的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了美國(guó)政府從航天探索的實(shí)施者到市場(chǎng)需求服務(wù)購(gòu)買(mǎi)者的轉(zhuǎn)變[7]；另一方面，注重與FAA等部門(mén)協(xié)同配合[10]，創(chuàng)新美國(guó)發(fā)展航天重大工程的模式，將航天看成是具有商業(yè)性質(zhì)的活動(dòng)，由FAA具體負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)流程，而NASA則專注于技術(shù)領(lǐng)域，弱化自身在推進(jìn)商業(yè)航天中的業(yè)務(wù)管理。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，美國(guó)在NASA、FAA等部門(mén)的支持下，充分發(fā)揮社會(huì)資本的優(yōu)勢(shì)，承擔(dān)航天領(lǐng)域投資大的風(fēng)險(xiǎn)，以保障國(guó)家安全為前提條件，以商業(yè)航天方式支持國(guó)際空間站的貨物及人員運(yùn)送，在推動(dòng)商業(yè)航天持續(xù)壯大的前提下，確保美國(guó)在近地軌道空間的全球競(jìng)爭(zhēng)力。