美国商业航天发展新变化

商业航天已逐渐成为太空活动的主要参与者和使用者,这与冷战时代的“太空竞赛”形成鲜明对比。在“太空竞赛”时期,政府几乎完全控制了太空活动的资金和管理,但是太空已不再是过去作为超级大国争夺地缘政治霸权的舞台,而是逐渐发展成为一个由人类好奇心和征服欲所驱动的新兴产业。在这个新兴疆域之中,充满野心和壮志的勇敢者们将开启新一轮的“淘金梦”,利用私人资本进行合作和竞争,无论成功或失败都将成为人类宇宙开拓史的一部分。

美国商业航天发展新变化

作者 | 孙逊(北京中科深链空间科技有限公司)、吴季(中国科学院空间科学与应用研究中心原主任)

编辑 | 张鑫


2017年6月30日,美国总统特朗普签署行政命令,要求重新组建国家太空委员会(National Space Council, NSpC),目的在于对太空领域的国家政策、战略制定和实施方案进行整体协调和控制。根据这个总统行政命令的要求,美国第一次成立了一个用户咨询小组(Users’Advisory Group,UAG),为国家太空委员会提供来自工业界和其他非联邦机构的的建议,进而提升商业航天代表在联邦政策上的发言权。拜登政府上台以后,2021年3月29日,国家安全委员会发言人宣布,国家太空委员会将会继续在拜登政府的领导下工作,用户咨询小组也将继续发挥其咨询的作用。在美国,商业航天已经走过30多年的发展历程,尤其是近年来以SpaceX、Blue Origin和Virgin Galactic为代表的私人企业发展迅猛,引发了越来越多的关注和讨论。本文尝试从以下五个方面阐述美国商业航天发展历程以及最近呈现出的新变化和新特点。

美国商业航天发展新变化2017年6月30日,美国总统特朗普签署行政命令重启国家太空委员会

冷战后美国政府对于太空活动的政策转变过程

1958年7月,美国总统艾森豪威尔签署《美国国家航空暨太空法案》(National Aeronautics and Space Act)建立NASA的同时,将政府雇员和民间航天承包商通过太空活动所带来的全部专利归政府所有。法案让政府垄断了太空活动,进而遏止了私营太空运输业的发展。这种情况直到被里根政府1984年所制定的《商业航天发射法案》(Commercial Space Launch Act)所推翻。法案建立了私人火箭发射授权和许可制度,允许开放政府航天技术和基础设施,鼓励美国私营部门参与火箭发射活动,从而奠定了商业发射的政策基础。在美国历史上,法案第一次为私人太空活动打开了大门,此后又历经1988年和2004年的两次修正和补充,简化了火箭发射许可申请程序,允许付费旅客自担风险进入太空,并对责任赔偿、发射安全、试验许可、私人发射场运营和服务、安全标准、太空旅游等细节进行了规定。2015年11月25日,美国总统奥巴马签署了《美国商业太空发射竞争法》(The U.S. Commercial Space Launch Competitiveness Act),包括商业发射竞争、商业遥感、商业太空办公室和太空资源勘探与利用等四个部分,为商业化太空开发行动提供了法律上的支持,以及为未来太空旅游提供了有利的监管环境。法案赋予了太空采矿的合法性,明晰了太空资源的私有财产权,意味着私人开采太空资源进行商业用途在一旦具备技术可能性的基础上,获得了美国法律上的正式授权。2020年10月,美国政府与参与Artemis计划的盟友国签署了《阿特米斯协议》(Artemis Accords),对参与国之间进行以和平为目的的月球、火星、彗星和小行星等民用太空探索的合作原则做出了规范。此外,类似法案还有1992年《土地遥感政策法案》(Land Remote Sensing Policy Act),1998年《商业航天法案》(Commercial Space Act),2000年《商业太空运输竞争力法案》(Commercial Space Transportation Competitiveness Act)。这些法案从联邦政府立法层面逐步放开和简化了商业航天许可,进一步规范了各类商业太空活动的权限。

由此可见,近30多年来美国政府一直奉行总体上统筹的国家航天政策,通过连续不断的立法追踪商业太空活动的演变,以促进和鼓励商业航天的蓬勃发展。

用户咨询小组对于商业航天发挥积极作用

用户咨询小组的设立是为国家太空委员会提供咨询服务,以确保工业界和非联邦机构,以及其他参与太空活动者的利益。具体领域包括:1)现有和潜在的美国和外国政府政策、法律、法规、条约,以及其他国际文书、计划、惯例对国家安全、民用和私营部门太空活动的影响;2)国家太空安全优先事项,包括影响国土安全、国防和情报活动的事项,涉及民用、国防和商业太空部门之间的协调、合作、技术和信息交换;3)人类和机器人探索优先事项;4)提高政府和私人部门太空活动创新能力的战略,使美国人民受益,减轻纳税人的负担;5)增强公众、学术界、商业界和国际社会对于美国太空政策支持的策略;6)确保美国在太空经济发展中处于领导者地位的战略。如图2所示,用户咨询小组由小组主席组织和管理,并向执行秘书汇报。下设6个分委员会,分别为经济发展和工业基础分委会、探索和发现分委会、国家安全分委会、教育和外部服务分委会、太空政策和国际合作分委会、以及技术和创新分委会。

美国商业航天发展新变化用户咨询小组分委员会组成图

用户咨询小组委员由15-30名委员组成,任期为2年。委员选择要具有代表性,能够辐射不同领域,充分听取非联邦机构从事商业航天活动的专业人士的建议。目前用户咨询小组主席由退役海军上将詹姆斯·埃利斯(James Ellis)担任,委员不仅包括前宇航员柯林斯(Eileen Collins)、奥尔德林(Buzz Aldrin),前众议院议员克里斯阿福利(Steve Crisafulli)等政府雇员,还包括SpaceX主席兼COO肖特韦尔(Gwynne Shotwell),Blue Origin公司CEO 史密斯(Bob Smith),VOX space的主席沃恩(Mandy Vaughn),相对论空间(Relativity Space)公司CEO蒂姆·埃利斯(Tim Ellis),Alphabet技术顾问施密特(Eric Schmidt)等私有企业的代表。这些委员计划每年召开3~4次会议,向国家太空委员会提供相关专业知识,包括:1)定期向委员会提交报告,并附有调查结果和建议;2)根据委员会的要求进行研究、审查和评估;3)按照委员会的要求提交有关活动的年度报告。

简言之,国家太空委员会直接隶属于总统行政办公室,由副总统直接领导并向总统汇报,通过下设的用户咨询小组,总统可以在制定国家顶层政策时充分听取和纳入私营企业高级管理者的建议,意图进一步扶持商业航天。

商业航天已成为美国太空活动的重要组成部分

过去,美国载人航天探索和开发的所有方面都由政府承担。随着航天技术逐渐发展成熟,展现出了广阔的民用前景和商业价值,尽管政府仍将继续发挥核心作用,但已不再是政府的独角戏了。1988年发布的《国家航天政策》(National Space Policy),首次将航天活动分为军事航天、民用航天和商业航天三部分。此后在1996年、2006年、2010年、以及2020年的《国家航天政策》中均沿用这种表述,并都明确提出鼓励商业航天的发展。

私营航天公司为政府提供廉价可靠的基础航天服务,而政府通过订单、项目合作和资金支持等方式对商业航天企业的技术研发和运营予以扶持,从而提高美国企业在国际商用航天市场上的竞争力。NASA推出一系列商业航天扶持计划,为私营航天企业无偿提供技术和服务,并允许所资助的商业伙伴保留相关的知识产权,从而激发私营企业的主观能动性。2014年12月,NASA与SpaceX、ATK Space Systems、Final Frontier Design和United Launch Alliance签订了《商业太空能力合作协议》(Collaborations for Commercial Space Capabilities,CCSC),旨在通过NASA的航天经验和专业知识来促进私营企业研发创新,以确保新兴产品或服务在五年左右的时间内可供政府和非政府客户商业使用。此外,通过商业轨道运输服务(Commercial Orbital Transportation Services,COTS)资助SpaceX,开发了“龙”飞船和“猎鹰”9火箭,向国际空间站和近地轨道提供安全可靠成本低的运输服务;通过商业补给服务计划(Commercial Resupply Services,CRS)资助SpaceX的20次、Orbital的11次国际空间站商业补给任务,用于国际空间站后勤支撑的轨道运输服务;通过推出商业乘员计划(Commercial Crew Program,CCP)资助波音和SpaceX进行载人安全测试,以利用私营航天企业的力量为进出国际空间站提供低廉安全可靠的载人运输服务。

美国商业航天发展新变化SpaceX的“龙”飞船顶层玻璃窗观察视角

随着商业航天的不断发展和壮大,美国政府的角色也在不断的转变。未来,政府将承担更多的间接角色,如作为科研项目出资人、太空服务和商品的购买者、以及涉及到公共安全或国家安全的监管者。这样做的目的在于,通过在商业、民用和国家安全三个不同但相互依存的领域中进行太空活动的合作、信息共享和一致行动目标,来确保美国在太空领域的主导优势。

可持续性随着商业航天发展得到重视

阿波罗计划约有40万人参与,成本高达250亿美元,目的是为了在与苏联的军备竞赛中,树立美国高新技术领先地位,振奋美国全民的精神。尽管阿波罗计划使人类对月球及近月空间具备了首次直接的认知研究,也使NASA收获了一系列工程管理经验。但是传统政府主导的太空探索活动关系到国家荣誉和民族感情,出现了许多不必要的冗余设计,大量的重复试验,使得研制成本居高不下,最终导致财政无法负担,难以为继。此外,以国家计划为主导的太空活动,缺乏以创新为内在的增长引擎,其发展的持续性得不到满足。

太空活动的长期可持续性是指无限期、负责任地探索和利用太空的能力。这种能力包括财务上的可持续性、技术上的可持续性、政策的可持续性等不同的方面。在吸取阿波罗计划的经验基础上,国家太空委员会设置用户咨询小组,充分听取市场参与者——用户的意见,激活不同领域用户的参与度,最终形成以用户需求拉动创新的市场主体。2020年7月23日,国家太空委员会发布报告《深空探索和开发的新时代》(A new era for deep space exploration and development),特别强调了可持续性(Sustainability)的重要意义,提出五大可持续发展战略,包括:近地球轨道商业化、重返月球长期停留、载人登陆火星、深空科学潜力、以及教育与美国劳动力。从更长的时间角度来看,用户需求的可持续性发展才是构建太空经济的不可或缺因素。

简而言之,商业航天作为新兴战略产业,是产值、税收和工作机会的贡献者,只要消费者市场客观存在并且具有可持续性,那么商业航天的发展就是稳健而且可预期的。

商业航天从地空经济空空经济的转变

2019年全球3660亿美元的太空经济收入中,有95%来自于地空经济。地空经济(space-for-earth economy)是指在太空中生产提供给地球上使用的商品或服务,包括通信和互联网基础设施、遥感和侦查卫星等。相比之下,空空经济(space-for-space economy)是指在太空中生产供太空中使用的商品或服务,例如开采月球或小行星获取用于建造太空栖息地的材料。由政府主导的航天计划不可避免地将重点放在符合纳税人利益的地空活动上,例如国家安全、基础科学和国家荣誉。尽管地空经济正处于蓬勃发展阶段,但同时也面临着过度竞争和垄断的挑战。而私营企业投身于太空活动,通过研发创新满足不断涌现的各类市场需求,意在追求自身的经济利益,而非国家的利益。这些愿景促使众多创业公司突破地空经济的思维局限,投身于空空经济的创新大潮。例如,太空制造可以突破现有火箭货物运输空间尺寸的限制,进一步降低运输成本。成立于2010年的太空3D制造企业Made In Space获得NASA价值7370万美元的合同,用于在低地球轨上建造、组装和部署可自主运行的太阳能电池阵列。2020年2月,Maxar Technologies获得了NASA的1.42亿美元合同制造机械臂,该机械臂将在太空轨道上组装通信天线和航天器伸杆。

总之,尽管目前空空经济主要局限于为少数空间站工作人员服务,例如为太空站提供物资的运输服务,但随着发射成本的不断降低,会有更多的像SpaceX这样的公司利用规模经济把更多的人送入太空,不断增长的市场需求可以将太空旅游、太空定居这些概念,转变为可持续发展的大型工业。

综上所述,商业航天已逐渐成为太空活动的主要参与者和使用者,这与冷战时代的“太空竞赛”形成鲜明对比。在“太空竞赛”时期,政府几乎完全控制了太空活动的资金和管理,但是太空已不再是过去作为超级大国争夺地缘政治霸权的舞台,而是逐渐发展成为一个由人类好奇心和征服欲所驱动的新兴产业。在这个新兴疆域之中,充满野心和壮志的勇敢者们将开启新一轮的“淘金梦”,利用私人资本进行合作和竞争,无论成功或失败都将成为人类宇宙开拓史的一部分。

参考文献

[1]特朗普政府宣布重启国家太空委员会Presidential Executive Order on Reviving the National Space Council. https://www.whitehouse.gov/the-press-office/2017/06/30/presidential-executive-order-reviving-national-space-council

[2]拜登政府宣布沿用国家太空委员会 Biden administration to continue the National Space Council. https://spacenews.com/biden-administration-to-continue-the-national-space-council/

[3] 国家太空委员会报告《深空探索和开发的新时代》A New Era for Deep Space Exploration and Development https://aerospace.org/sites/default/files/202007/NSpC%20New%20Era%20for%20Space%2023Jul20.pdf

[4] The Commercial Space Age Is Here https://hbr.org/2021/02/the-commercial-space-age-is-here

[5] NASA Funds Demo of 3D-Printed Spacecraft Parts Made, Assembled in Orbit https://www.nasa.gov/press-release/nasa-funds-demo-of-3d-printed-spacecraft-parts-made-assembled-in-orbit

[6] Maxar wins $142 million NASA robotics mission https://spacenews.com/maxar-wins-142-million-nasa-robotics-mission/

 

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