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楊毅強：再論美國商業航天，及對我國的啟示（上）

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2020年8月27日 -
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衛星與網絡
楊毅強：再論美國商業航天，
及對我國的啟示（上）
楊毅強博士，研究員，中國科學院空天飛行科技中心主任，中科宇航公司董事長，長征11號火箭首任總指揮，原空射運載火箭行政總負責人。 
通過簡單介紹美國商業航天，或者說美國太空方面軍民融合的發展情況，以及世界航天行業發展趨勢，針對我國目前商業航天的現狀，提出一些想法。 一、美國商業航天發展的驅動力
毫無疑問，美國是當今世界最大的航天強國。 在美國，商業航天和太空的軍、民、商融合，可以說是同一件事情的兩種表述。 回顧從美國80年代至今，整個商業航天的發展過程是一個逐步加強、逐步深入的過程。 既有美國政府、軍方、企業的共同作用，也有航天科技本身發展規律的影響，受到了經濟形態、戰略形態、技術形態、政治形態等多種因素的合理驅動。 
（一）三大驅動力催生太空領域軍民商融合1、經濟利益
航天活動的複雜性，航天技術要求的特殊性，以及航天技術發展的前沿性，決定了人類開展空間活動需要付出巨額的費用，研發、研製、發射、維護的成本不斷攀升。 另一方面，隨著航天系統逐步發展成熟，航天技術展現出了廣闊的民用前景和商業價值。 通過提供民用服務來挖掘市場潛能，可以大大降低軍費的開支，從而有效降低軍事航天活動的各項成本。 由此開拓出了巨大的軍民兩用市場。 
美國商業航天起步早、發展快、效果好，主要目的就是為了緩解美國軍方的經濟負擔，同時對商業公司拓展市場利益也有積極的貢獻。 這種重疊的利益，成為驅動太空軍、民、商共同發展的力量，最終走向深度的融合。 例如，在美國造一顆通信衛星大概需要2億美元，如果是有特殊用途的軍用衛星採購價約為10億美元。 而2012年9月，美國空軍在一顆商業衛星上搭載了飛彈預警傳感器載荷，搭載費用僅2500萬美元。 
再以SpaceX為例。 在SpaceX成為國防供應商之前，由波音和洛馬組成的聯合發射聯盟給美國政府和軍方的火箭發射報價是1.5-4億美元一枚。 而SpaceX的5枚獵鷹一號火箭、2枚獵鷹九號火箭和1艘龍飛船的研製和發射費用總共不到8億美元，其中獵鷹九號火箭僅耗費3億美元，遠低於美國傳統的一次性運載火箭。 在商業發射市場，獵鷹九號火箭的商業發射報價是6120萬美元。 而獵鷹火箭最引人注目的就是火箭回收和重複使用的能力，其一級早已穩定實現重複使用，目前整流罩也已實現了海上、陸上的回收和重複使用。 
火箭的重複使用和回收本身可以大大降低整個火箭的發射費用。 但也不可否認，回收火箭要增加三個方面的費用：①勢必會降低一些運載能力；②為了實現回收，火箭本身需要增加相應的測量裝置和控制設備；③火箭回收以後，要對箱體和發動機進行相應的檢測，而從回收點運回也會增加部分費用。 通過分析測算，業內普遍認為一枚火箭如果能重複使用10次，就會具有絕對的價格優勢和比較好的盈利空間。 
2、技術創新
近年，隨著新技術的發展，大家逐漸認同了小衛星能辦大事。 而此前行業內一般不認為小衛星，特別是微小衛星、皮衛星、納衛星能發揮真正的實用價值。 但近幾年小衛星通過星座組網，能夠和過去幾噸重的大型衛星發揮同樣的或者相似的作用。 
對美國來講，由於新技術的發展，民用商業航天系統在規模上和技術上都呈現出了井噴式的進步。 事實上，美國的軍事行動對太空系統依賴程度非常高，特別是信息化戰爭下，美軍對觀測範圍、圖像的解析度、通信帶寬傳輸速率和導航覆蓋等方面的要求急劇提高。 而且由於軍方在技術攻關和經濟可承受性方面的問題，在推進獨立的軍事航天系統建設方面發展非常緩慢，獨立的軍事航天系統也越來越難以滿足軍隊的全部需求。 所以美國從80年代，就開始使用民商航天資源來補充和提升其軍事能力。 
例如上世紀90年代，美軍方開始通過採購商業遙感數據，或者直接資助等形式，對高解析度商業遙感太空飛行器的研製、發射提供支持，使得這些運營商的衛星系統能夠持續穩定地運營下去。 
3、作戰需求
美國為了鞏固其在太空的絕對戰略優勢地位，在2017年6月重新組建了國家航天委員會，把軍、民、商航天活動的統籌管理提升到國家戰略層面。 該委員會制定了太空戰略框架，提出了幾個主要目標。 
一，加強太空活動的安全性、穩定性、可持續性以及彈性。 
二，強化與商業部門的合作，即與商業公司的合作，以確保美國持續引領航天創新。 
例如，美軍在《抗毀損易分解式空間體系架構》白皮書中明確指出了美國航天系統未來轉型的發展方向，即通過結構分解、功能分散、商業太空飛行器搭載軍用載荷的手段，將太空能力分散布置在不同用途、不同軌道的不同平台上，使美軍的軍事航天能力去中心化，分散目標，提高體系的生存能力和作戰能力。 美國已將太空資產分散布置到軍、民、商不同領域，推動了太空軍民融合的深度發展。 
（二）商業航天的發展，得益於美國政府航天政策的支持和牽引
美國商業航天的迅速發展，離不開美國政府的大力支持。 美國政府無論在商業、航天立法還是政策支持方面，都極為注重支持和扶持商業航天的發展，不斷推出商業航天資助計劃。 
早在1984年，美國政府就發布了《商業航天發射法》，2003年頒布了《航天投資法》。 據不完全統計，從上世紀80年代開始，美國頒布的相關法律有11部。 川普上台以後，先後頒布了1號、2號、3號航天政策指令，主要內容還是要求簡化各類審批程序。 
此外，美國政府對商業航天企業給予了多項技術支持和轉移，以SpaceX為例，在成立初期，NASA利用自身的技術優勢，直接派駐技術人員，或者通過專利轉讓的方式，幫助SpaceX的發展和驗證關鍵技術，獵鷹系列火箭發動機的針栓式噴注器技術，就源自阿波羅登月時期的技術。 此外，NASA還將原本用來發射土星5號的工位，以1美元的費用近乎無償的讓SpaceX公司使用。 據不完全統計，SpaceX公司這些年先後從政府拿到的各項經費大約有80億美元。 
除了SpaceX，其他商業航天公司也得到了美國政府在政策、商業訂單等方面或多或少的支撐。 
二、美國航天發展的趨勢趨勢1：低軌衛星發射市場和國際空間站貨運飛船與發射的開放。 低軌衛星市場是當今世界發展最迅猛、最具活力和潛力的航天領域，受到國際社會的廣泛關注，也是軍事航天發展的熱點和商業航天、民營航天創投的熱點。 2016年，時任美國航天局局長的博爾登先生指出，美國政府要把航天活動和資產轉向深空，把低軌留給商業公司。 於是，美國逐步把低軌衛星發射市場開放給了商業公司，同時也把國際空間站的貨運飛船和發射向具有發展能力的民營公司開放，從而形成互為備保的空間站補給能力。 
空間站的太空人一般6個月左右需要補充一次物資。 如果貨運飛船的運載火箭是一家公司生產的，一旦出現了失利，故障的排查、歸零往往需要半年到一年的時間，所以如果只用一家火箭向空間站運送貨物是極其危險的。 因此，國際空間站選用了日本、俄羅斯以及美國的多家補給飛船供貨商，這麼做的目的，就是為了確保空間站的太空人能夠按時得到補給，保證正常生活及生存。 
趨勢2：軍民協同開展衛星數據共享和運行管理。 
美國最大限度地整合了民間資源，以降低成本、減少內耗。 美國鼓勵共享資源、共用信息，鼓勵競爭。 據統計，美國政府和50多家商業航天公司簽署了太空態勢感知數據的共享協議。 可以說，美國太空態勢感知開始融入商業數據，以便美國軍隊能夠利用商業和盟國的太空態勢信息。 
此外值得注意的是，2015年，美軍在國防部的太空機構行動中樞——聯合太空作戰中心，嘗試增加了商業代表的席位。 這是美國首次把商業公司納入到聯合作戰中心內部參與某些工作。 同時軍民協同開展衛星的運行管理工作，商業公司參加了美國的十幾項太空戰演習。 
趨勢3：低成本模式的火箭發射熱潮。 
這幾年來，美國一批具有經濟和技術實力的私營航天企業迅速成長起來，特別是大家耳熟能詳的SpaceX、藍色起源、軌道ATK、火箭實驗室等為代表的公司。 這些公司從設計、試驗、驗證、製造到發射、運營的能力都已經全部具備了。 而且已經切實為政府、軍方、科研機構、商業用戶等提供了商業化的發射服務，使發射市場成本顯著降低。 例如SpaceX的獵鷹九號火箭的商業發射報價是6120萬美元，應該說SpaceX公司把商業衛星發射的價格大幅度降低，甚至可以說拉低了一個數量級，這也使它迅速成為商業發射市場的領頭羊。 
總之，商業航天是航天事業發展到一定階段，特別是從滿足軍隊、政府的應用需求發展到與大眾應用相結合階段的一個必然產物。 美國商業航天的崛起和發展，源動力是國家安全戰略的需要。 我想強調的是，商業航天的本質還是航天，高投入、高風險的屬性永遠不會改變。 商業航天的最終指向是形成成熟的商業模式。 
作者介紹：
毅強博士，研究員，中國科學院空天飛行科技中心主任，中科宇航公司董事長，長征11號火箭首任總指揮，原空射運載火箭行政總負責人，多年從事我國固體戰略型號，固體運載火箭研製管理和航天系統工程管理工作，先後參加和負責4個國家航天型號研製工作，獲航天科技集團科技進步一等獎等多項成果，獲中國航天基金會授予的航天獎、國防科工委授予的個人二等功，多次獲得中國運載火箭技術研究院授予的長征獎。 
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編輯：林紫、娜娜
主筆記者：李剛、張雪松、樂瑜、朝天椒、黑法絲、刀子
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楊毅強：再論美國商業航天，

及對我國的啟示（上）

楊毅強博士，研究員，中國科學院空天飛行科技中心主任，中科宇航公司董事長，長征11號火箭首任總指揮，原空射運載火箭行政總負責人。

通過簡單介紹美國商業航天，或者說美國太空方面軍民融合的發展情況，以及世界航天行業發展趨勢，針對我國目前商業航天的現狀，提出一些想法。一、美國商業航天發展的驅動力

毫無疑問，美國是當今世界最大的航天強國。在美國，商業航天和太空的軍、民、商融合，可以說是同一件事情的兩種表述。回顧從美國80年代至今，整個商業航天的發展過程是一個逐步加強、逐步深入的過程。既有美國政府、軍方、企業的共同作用，也有航天科技本身發展規律的影響，受到了經濟形態、戰略形態、技術形態、政治形態等多種因素的合理驅動。

（一）三大驅動力催生太空領域軍民商融合1、經濟利益

航天活動的複雜性，航天技術要求的特殊性，以及航天技術發展的前沿性，決定了人類開展空間活動需要付出巨額的費用，研發、研製、發射、維護的成本不斷攀升。另一方面，隨著航天系統逐步發展成熟，航天技術展現出了廣闊的民用前景和商業價值。通過提供民用服務來挖掘市場潛能，可以大大降低軍費的開支，從而有效降低軍事航天活動的各項成本。由此開拓出了巨大的軍民兩用市場。

美國商業航天起步早、發展快、效果好，主要目的就是為了緩解美國軍方的經濟負擔，同時對商業公司拓展市場利益也有積極的貢獻。這種重疊的利益，成為驅動太空軍、民、商共同發展的力量，最終走向深度的融合。例如，在美國造一顆通信衛星大概需要2億美元，如果是有特殊用途的軍用衛星採購價約為10億美元。而2012年9月，美國空軍在一顆商業衛星上搭載了飛彈預警傳感器載荷，搭載費用僅2500萬美元。

再以SpaceX為例。在SpaceX成為國防供應商之前，由波音和洛馬組成的聯合發射聯盟給美國政府和軍方的火箭發射報價是1.5-4億美元一枚。而SpaceX的5枚獵鷹一號火箭、2枚獵鷹九號火箭和1艘龍飛船的研製和發射費用總共不到8億美元，其中獵鷹九號火箭僅耗費3億美元，遠低於美國傳統的一次性運載火箭。在商業發射市場，獵鷹九號火箭的商業發射報價是6120萬美元。而獵鷹火箭最引人注目的就是火箭回收和重複使用的能力，其一級早已穩定實現重複使用，目前整流罩也已實現了海上、陸上的回收和重複使用。

火箭的重複使用和回收本身可以大大降低整個火箭的發射費用。但也不可否認，回收火箭要增加三個方面的費用：①勢必會降低一些運載能力；②為了實現回收，火箭本身需要增加相應的測量裝置和控制設備；③火箭回收以後，要對箱體和發動機進行相應的檢測，而從回收點運回也會增加部分費用。通過分析測算，業內普遍認為一枚火箭如果能重複使用10次，就會具有絕對的價格優勢和比較好的盈利空間。

2、技術創新

近年，隨著新技術的發展，大家逐漸認同了小衛星能辦大事。而此前行業內一般不認為小衛星，特別是微小衛星、皮衛星、納衛星能發揮真正的實用價值。但近幾年小衛星通過星座組網，能夠和過去幾噸重的大型衛星發揮同樣的或者相似的作用。

對美國來講，由於新技術的發展，民用商業航天系統在規模上和技術上都呈現出了井噴式的進步。事實上，美國的軍事行動對太空系統依賴程度非常高，特別是信息化戰爭下，美軍對觀測範圍、圖像的解析度、通信帶寬傳輸速率和導航覆蓋等方面的要求急劇提高。而且由於軍方在技術攻關和經濟可承受性方面的問題，在推進獨立的軍事航天系統建設方面發展非常緩慢，獨立的軍事航天系統也越來越難以滿足軍隊的全部需求。所以美國從80年代，就開始使用民商航天資源來補充和提升其軍事能力。

例如上世紀90年代，美軍方開始通過採購商業遙感數據，或者直接資助等形式，對高解析度商業遙感太空飛行器的研製、發射提供支持，使得這些運營商的衛星系統能夠持續穩定地運營下去。

3、作戰需求

美國為了鞏固其在太空的絕對戰略優勢地位，在2017年6月重新組建了國家航天委員會，把軍、民、商航天活動的統籌管理提升到國家戰略層面。該委員會制定了太空戰略框架，提出了幾個主要目標。

一，加強太空活動的安全性、穩定性、可持續性以及彈性。

二，強化與商業部門的合作，即與商業公司的合作，以確保美國持續引領航天創新。

例如，美軍在《抗毀損易分解式空間體系架構》白皮書中明確指出了美國航天系統未來轉型的發展方向，即通過結構分解、功能分散、商業太空飛行器搭載軍用載荷的手段，將太空能力分散布置在不同用途、不同軌道的不同平台上，使美軍的軍事航天能力去中心化，分散目標，提高體系的生存能力和作戰能力。美國已將太空資產分散布置到軍、民、商不同領域，推動了太空軍民融合的深度發展。

（二）商業航天的發展，得益於美國政府航天政策的支持和牽引

美國商業航天的迅速發展，離不開美國政府的大力支持。美國政府無論在商業、航天立法還是政策支持方面，都極為注重支持和扶持商業航天的發展，不斷推出商業航天資助計劃。

早在1984年，美國政府就發布了《商業航天發射法》，2003年頒布了《航天投資法》。據不完全統計，從上世紀80年代開始，美國頒布的相關法律有11部。川普上台以後，先後頒布了1號、2號、3號航天政策指令，主要內容還是要求簡化各類審批程序。

此外，美國政府對商業航天企業給予了多項技術支持和轉移，以SpaceX為例，在成立初期，NASA利用自身的技術優勢，直接派駐技術人員，或者通過專利轉讓的方式，幫助SpaceX的發展和驗證關鍵技術，獵鷹系列火箭發動機的針栓式噴注器技術，就源自阿波羅登月時期的技術。此外，NASA還將原本用來發射土星5號的工位，以1美元的費用近乎無償的讓SpaceX公司使用。據不完全統計，SpaceX公司這些年先後從政府拿到的各項經費大約有80億美元。

除了SpaceX，其他商業航天公司也得到了美國政府在政策、商業訂單等方面或多或少的支撐。

二、美國航天發展的趨勢趨勢1：低軌衛星發射市場和國際空間站貨運飛船與發射的開放。低軌衛星市場是當今世界發展最迅猛、最具活力和潛力的航天領域，受到國際社會的廣泛關注，也是軍事航天發展的熱點和商業航天、民營航天創投的熱點。2016年，時任美國航天局局長的博爾登先生指出，美國政府要把航天活動和資產轉向深空，把低軌留給商業公司。於是，美國逐步把低軌衛星發射市場開放給了商業公司，同時也把國際空間站的貨運飛船和發射向具有發展能力的民營公司開放，從而形成互為備保的空間站補給能力。

空間站的太空人一般6個月左右需要補充一次物資。如果貨運飛船的運載火箭是一家公司生產的，一旦出現了失利，故障的排查、歸零往往需要半年到一年的時間，所以如果只用一家火箭向空間站運送貨物是極其危險的。因此，國際空間站選用了日本、俄羅斯以及美國的多家補給飛船供貨商，這麼做的目的，就是為了確保空間站的太空人能夠按時得到補給，保證正常生活及生存。

趨勢2：軍民協同開展衛星數據共享和運行管理。

美國最大限度地整合了民間資源，以降低成本、減少內耗。美國鼓勵共享資源、共用信息，鼓勵競爭。據統計，美國政府和50多家商業航天公司簽署了太空態勢感知數據的共享協議。可以說，美國太空態勢感知開始融入商業數據，以便美國軍隊能夠利用商業和盟國的太空態勢信息。

此外值得注意的是，2015年，美軍在國防部的太空機構行動中樞——聯合太空作戰中心，嘗試增加了商業代表的席位。這是美國首次把商業公司納入到聯合作戰中心內部參與某些工作。同時軍民協同開展衛星的運行管理工作，商業公司參加了美國的十幾項太空戰演習。

趨勢3：低成本模式的火箭發射熱潮。

這幾年來，美國一批具有經濟和技術實力的私營航天企業迅速成長起來，特別是大家耳熟能詳的SpaceX、藍色起源、軌道ATK、火箭實驗室等為代表的公司。這些公司從設計、試驗、驗證、製造到發射、運營的能力都已經全部具備了。而且已經切實為政府、軍方、科研機構、商業用戶等提供了商業化的發射服務，使發射市場成本顯著降低。例如SpaceX的獵鷹九號火箭的商業發射報價是6120萬美元，應該說SpaceX公司把商業衛星發射的價格大幅度降低，甚至可以說拉低了一個數量級，這也使它迅速成為商業發射市場的領頭羊。

總之，商業航天是航天事業發展到一定階段，特別是從滿足軍隊、政府的應用需求發展到與大眾應用相結合階段的一個必然產物。美國商業航天的崛起和發展，源動力是國家安全戰略的需要。我想強調的是，商業航天的本質還是航天，高投入、高風險的屬性永遠不會改變。商業航天的最終指向是形成成熟的商業模式。

作者介紹：

毅強博士，研究員，中國科學院空天飛行科技中心主任，中科宇航公司董事長，長征11號火箭首任總指揮，原空射運載火箭行政總負責人，多年從事我國固體戰略型號，固體運載火箭研製管理和航天系統工程管理工作，先後參加和負責4個國家航天型號研製工作，獲航天科技集團科技進步一等獎等多項成果，獲中國航天基金會授予的航天獎、國防科工委授予的個人二等功，多次獲得中國運載火箭技術研究院授予的長征獎。