你以為美國商業航天那麼牛隻是因為馬斯克?更多原因在這裡

2020-08-29 銀河航天

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2020年5月31日,SpaceX的載人龍飛船成功將兩位太空人成功送往國際空間站,成為有史以來第一家將人類送入太空軌道的私營企業。美國商業航天領域的進展有目共睹。


載人龍飛船起飛瞬間

這次成功發射打破了傳統航天領域以國家力量為主的局面,凸顯出商業航天公司在技術創新、運行效率和成本控制等方面的巨大優勢。


事實上,不僅是SpaceX,近年來,美國商業航天蓬勃發展,在空間運輸、衛星遙感、衛星通信等多個方面,湧現出以太空探索公司(SpaceX)、軌道科學公司、藍色起源(Blue Origin)為代表的一批商業航天公司。

藍色起源官網

此外,全球資本正在加速湧入美國商業航天公司。數據顯示,2019年,全球商業航天領域55%的投資都流向了美國的創業公司。其次是英國(24%)和法國(7%)。「1」


為什麼美國商業航天產業如此領先?


這要從半個多世紀前,美國商業航天政策的演變開始說起。


一、萌芽與管制


1957年10月4日,蘇聯斯普特尼克1號發射升空,成為了人類第一顆人造衛星。當時正值冷戰,斯普特尼克1號的成功在美國引發了極大的恐慌。


斯普特尼克1號

為此,1958年7月29日,美國第34任總統艾森豪籤署了《美國公共法案85-568》,創立了國家航空和太空管理局(NASA),取代了其前身美國國家航空諮詢委員會(NACA)。NASA的成立及運作,使美國的航天技術研發與生產逐漸系統化和規模化。「2」


《美國公共法案85-568》

但艾森豪同樣也在制度層面上進行了制約,艾森豪在《美國航空與航天聯邦法案》中,規定將民間承包商的發明和它所帶來的與航空航天相關的權利均收歸政府所有。該法案的出現,使上世紀60年代到80年代間,美國所有的商業發射因為專利權的限制,都必須通過政府指定的太空飛行器來搭載。「3」


1965年,國際通訊衛星(Intelsat)發射第一顆商業通信衛星,拉開了美國商業航天的時代巨幕。這個時期的商業航天項目投資來自政府,由NASA負責項目管理,由商業公司承包製造。


「晨鳥」(Early Bird),又稱為「國際通信衛星-Ⅰ( Intelsat 1)「

此後,洛克希德·馬丁、波音、軌道科學作為NASA任務的主製造商,投入太空梭研發,以幫助美國從發射報價和技術先進性方面全面領先於其他國家。但太空梭受技術、管理、效率以及壟斷等多種因素制約,成本居高不下。據統計,美國太空梭總計發射了135次,花費了1960億美元,平均每次發射費用高達15億美元。「4」


為收回太空梭的高昂的研發成本,美國設定政策,要求美國研製的衛星必須由太空梭進行發射,同時對太空梭發射費用提供巨額補貼。


哥倫比亞號太空梭

對太空梭的政策傾斜,極大程度的打擊了美國私人商業運載火箭的行業前景。


在1986年挑戰者號太空梭出事之前,國際商業航天(其實也包括軍事發射)市場上,美國所佔的份額在95%以上。後來,隨著阿麗亞娜系列運載火箭的崛起,美國的市場份額縮減為36%,而法國的市場份額佔到60%。


二、鼓勵與逐漸開放


在上述背景下,第40任美國總統裡根上任後,宣布了美國的「星球大戰」計劃,一個是鼓勵私營企業投身太空事業,二是開拓太空的商用價值。隨後美國的一系列政策法規,均圍繞這兩方面展開。


星球大戰計劃

1984年,在裡根總統的推動下,美國國會通過了《商業太空發射法案》,允許私人發射火箭,並要求NASA盡最大可能尋找和鼓勵最大化太空商用。


隨後,1990年,《發射服務購買法案》也隨之頒布,一大批私人發射服務供應商湧現而出,他們為NASA提供了較為廉價的發射服務。其中,最大的兩家企業是波音和洛克希德·馬丁。在提供發射服務前期,NASA通過向波音和洛克希德·馬丁分別招標來壓低價格。但到了2006年,波音和洛克希德·馬丁合夥成立合資企業「聯合發射聯盟」,又反過來壟斷了美國空軍、NASA和其他政府機構的火箭發射項目。

聯合發射聯盟logo


在壟斷與反壟斷的博弈中,新一代商業航天公司的機會來了。2000年,亞馬遜CEO 貝索斯創立藍色起源,2002年馬斯克創立SpaceX,越來越多的玩家入場。


彼時,1984年頒布的《商業航天發射法》在2004年迎來第三次修訂,修訂後,該法對商業發射中許可證制度、政府職責、保險制度等都進行了全面的規範。

1984商業航天發射法

除了政策規範外,此後美國推出了「商業補給服務計劃」等資金扶持政策,例如 2008 年 12 月 28 日,NASA 將總額高達 35 億美元的「商業補給服務」合同授予太空探索技術公司和軌道科學公司(OSC),其中太空探索技術公司合同金額為16億美元,計劃向「國際空間站」提供 12 次飛行,總計運送貨物20t。


值得注意的是,此種項目聚焦於完成運輸補給服務,而非此前的具體航天產品的生產。這種模式賦予了企業更靈活的運營模式:承包商可以利用火箭的富餘運載能力搭載部分其他載荷獲取收益,也可以通過對箭體的重複使用降低成本而獲取更大的收益。「6」


獵鷹九號火箭

事實上,這段時間全球金融危機的衝擊,使得NASA的預算吃緊,降低成本的需求更加強烈。在減少政府投入、提高效益的需求驅動下,政府也期望通過商業航天,從技術相對成熟、風險相對較低的傳統航天項目中解放出來,而專注於前沿技術開發、未知領域探索,如載人深空探測等,航天的商業價值也逐漸凸顯。


2010 年,時任美國總統歐巴馬發布了《美國法典》的第 51 編(國家和商業空間項目),正式將《聯邦空間法》編入法典,使空間法成為了獨立的部門法。其使私人航空航天企業的成立和運營得到了規範,同時明確了政府與企業的權利與責任,使得私人航天發射活動在法律上得到了保障,在保險理賠方面也得到了規範。「7」


歐巴馬

2013年,歐巴馬政府推出的《國家太空戰略》更是強調,應當儘可能購買和使用市場上提供的商業航天能力和服務來滿足美國政府需求,積極開發創新型、非傳統途徑獲取的商業航天產品和服務,給予私營公司技術支持,以有償、不幹涉和公平為基礎最大限度地確保美國政府航天技術和基礎設施保障商業航天活動的發展。明確除涉及國家安全利益的發射任務不可私營化外,尋求一切機會將日常的航天任務轉至可帶來高效費比的私營公司。


至此,美國航天產業政策已完成了由管制到開放的轉變,隨後進入全方位扶持期。


三、全方位扶持


【商業】正在成為美國航天政策中的重點詞。2013年11月,美國發布了新版《國家航天運輸政策》,該政策中「商業」一詞出現了27次、「私營」一詞出現了11次,並專門提出要鼓勵並採取切實可行的措施推動商業航天運輸業的發展。「8」


在政策的推動下,近五年來,進入美國商業航天領域的風險投資公司數量增長迅猛,平均增長數量達到了50家,遠遠高於其他類型的投資者。「9」


在川普政府上臺後,商業航天公司的地位進一步提升。2017 年 6 月 30 日,川普籤署總統行政命令恢復「國家航天委員會」,國家航天委員會設立「用戶諮詢小組(UAG)」, 由航天領域的非政府代表和相關從業人員組成,為委員會提供來自外界的建議。

川普

實際上,美國商業航天政策的變革也是在實踐中不斷摸索,比如,2017年4月,美國衛星新創公司Swarm申請實驗性無線電服務許可證,美國聯邦通信委員會(以下簡稱FCC)以衛星體積太小難以追蹤為由,拒絕了該申請。之後,Swarm仍發射了衛星。但美國聯邦通信委員會(FCC)高高揚起,輕輕落下,僅宣布對該公司罰款90萬美元,並要求補齊預發射通報要求等文件。「10」


此後,美國針對小型商業公司推出了一系列措施,簡化頻率軌道申請流程,為小型商業航天公司的發展降低了準入門檻。


2018 年 2月,川普提出了「美國優先」的《國家太空戰略》),川普政府既在《戰略》中將商業航天提升至與軍用、民用航天一致的高度,要求軍民商三者間加強協作交流,確保美國在太空保持絕對的領先優勢,又以「政策令」形式大力推動商業航天力量在太陽系探索、太空交通管理等具體領域發揮作用,為商業航天企業在載人登月、星際探索、太空旅遊、太空態勢感知、太空碎片清理等方面釋放技術活力搭建新的舞臺。「11」


川普出席太空司令部成立典禮

美國政府出臺了一系列支持商業航天發展的具體規則和一攬子資助計劃,主要包括空間行動協議、商業載人航天與貨物運輸計劃、商業軌道運輸服務、商業補給服務、商業載人航天方案和商業載人一體化能力計劃等。美國太空探索技術公司僅從美國航空航天局(NASA)的「商業補給服務」(CRS)項目就獲得了16億美元的經費。2014年12月,NASA還向美國太空探索技術公司、阿連特技術系統公司(ATK)、終極前沿設計公司(FFD)、聯合發射聯盟公司(ULA)4家美國公司授予了《商業太空能力合作協議》。正是在這些資助計劃下,美國太空探索技術公司、軌道科學公司等新興航天企業得以不斷發展。「12」


此外,美國國防部高級研究計劃局(DARPA)也在支持利用商業方法建造衛星星座,並發布「黑傑克」(Blackjack)項目從商業公司處購買支持可在低軌應用的小型軍事通信衛星。美國空軍對「星鏈」計劃已贊助2870萬美元,將其應用場景拓展到軍用,並在2019財年撥款2.15億美元的專項軍費,向商業航天公司購買高速軍用網際網路服務。


星鏈衛星

SpaceX在成立十餘年時間內,極大降低了火箭發射成本,目前獵鷹9火箭的發射價格只有主要競爭對手阿里安五號的30%。SpaceX以每2~3周進行一次60顆衛星發射的速度,部署其星鏈計劃,有望到2020年年底成為全球最大的衛星網際網路運營公司,創造了一個又一個奇蹟。


在過去半個多世紀,在一個又一個的政策推動下,美國商業航天產業已經在低成本、高效率、高可靠實現客戶需求方面,展現出強大的創新力、競爭力,迅速在國際航天市場中佔據了一席之地。


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