◎張京男 范桃英 祝彬

縱觀美國多家新興私營航天企業(yè)發(fā)展史，可以看出其主營業(yè)務(wù)和發(fā)展路徑都遵循著同一個規(guī)律，即直面美國或全球一個或多個明確的航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，而這個需求恰是當(dāng)時僅靠傳統(tǒng)力量不易破局的產(chǎn)業(yè)發(fā)展的痛點。本文通過分析美國航天運載器（火箭）和衛(wèi)星等航天領(lǐng)域新需求的牽引和突破，探索其發(fā)展路徑與規(guī)律，為我國私企實現(xiàn)“民參軍”提供啟示與借鑒。

私營企業(yè)助推航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展

1.解決大中型運載火箭高成本難題

在獵鷹火箭出現(xiàn)以前，美國大中型運載火箭產(chǎn)業(yè)長期被老牌航天企業(yè)高度壟斷，雖然這些企業(yè)都是在紐交所上市的商業(yè)公司，且原則上遵循市場競爭機制，但其長期以來對美國火箭發(fā)射領(lǐng)域的獨占地位導(dǎo)致了美國軍方和聯(lián)邦政府對火箭研制及發(fā)射成本和價格的敏感度不強。

此外，由于大中型運載火箭的可靠性和綜合性能比較先進，能夠滿足美國甚至國際市場的需求，使得美國軍方、聯(lián)邦政府及航天企業(yè)幾乎沒有了尋求改進火箭技術(shù)和降低發(fā)射成本的動力。而SpaceX（美國太空探索技術(shù)公司）的創(chuàng)始人埃隆·馬斯克（Elon Musk）卻卻直接指出了美國火箭的高成本問題，他認(rèn)為火箭研制和發(fā)射并不需要如此大的消耗（單枚制造及發(fā)射的總價格在2億-4億美元），并提出如果以私營公司模式制造同類型的火箭，成本至少可以降至原來的1/10。作為全球首家成功發(fā)射火箭的私人航天技術(shù)公司，SpaceX（美國太空探索技術(shù)公司）制造的火箭從獵鷹1到獵鷹9，以及未來的獵鷹重型，都是要把美國大中型火箭研制發(fā)射成本中的水分充分?jǐn)D出來。對此，美國國家航空航天局（NASA）大力支持，后續(xù)美國空軍則把軍星發(fā)射合同授予了SpaceX公司。

從另一個角度來說，美國的市場機制更趨向于去壟斷、促競爭，政府和軍方希望新加入的企業(yè)能帶來更高的性價比，這也是SpaceX公司取得成功的重要原因。目前，美國私營企業(yè)藍源公司正在研制的新格倫火箭也具有同樣的運載能力，預(yù)計很快將迎來首飛。

2.建立空間站往返載人載貨運輸能力

美國“阿特蘭蒂斯”號航天飛機在2011年完成最后一飛，結(jié)束了航天飛機長達30多年的歷史使命。之后，美國就沒有了獨立從事空間站載人和載貨的運輸工具，只能依靠俄羅斯的聯(lián)盟號火箭和飛船。因此，美國航天界對獨立的空間站與地面間運輸能力產(chǎn)生了強烈需求，這也是美國從政府到工業(yè)界亟待解決的問題。隨后，SpaceX公司的龍飛船和內(nèi)華達山脈公司的追夢者一號應(yīng)運而生，且均將實現(xiàn)國際空間站載人和載貨的往返運輸作為使用目標(biāo)。2016年，兩家公司都拿到了數(shù)額可觀的委托合同。另外，傳統(tǒng)大型宇航公司波音公司也持有NASA的載人空間站運輸任務(wù)合同，但NASA在今年4月要求波音公司加快進度研制進程，直接把首次載人飛行變?yōu)檎饺蝿?wù)，也就是說要省去載人試飛的環(huán)節(jié)，這對波音公司壓力極大，因為其必須調(diào)整飛船設(shè)計中的載人數(shù)量和在軌工作時間，載人試驗和載人任務(wù)的設(shè)計要求是完全不同的，可見NASA對載人進入空間站的需求已經(jīng)迫不及待。

3.迎合衛(wèi)星技術(shù)和入軌方式轉(zhuǎn)變的發(fā)展需求

以往國際領(lǐng)先的通信星座和遙感星座同時在軌的衛(wèi)星數(shù)量較少，并且由于其集成了比較先進的通信和觀測載荷，使得衛(wèi)星載荷重量和尺寸都比較大，相應(yīng)的衛(wèi)星平臺也必然較大。傳統(tǒng)上，衛(wèi)星的載荷重量和尺寸越大往往越體現(xiàn)其技術(shù)的先進性和應(yīng)用的高價值。

然而，隨著多年的應(yīng)用發(fā)展，美國的商業(yè)界、政府和軍方發(fā)現(xiàn)單顆較大的衛(wèi)星一旦出現(xiàn)單點故障就會影響整個衛(wèi)星的應(yīng)用。而且，由于科技的發(fā)展和更新?lián)Q代十分迅速，當(dāng)一個高精尖的衛(wèi)星設(shè)計研制出來并成功入軌時，更優(yōu)的替代技術(shù)和方案或許已經(jīng)出現(xiàn)。另外，對于軍方而言，大型的軍用衛(wèi)星屬于高價值集中的載體，敵對國家可能會通過多種方式對其形成威脅甚至將其毀傷。

相較于大衛(wèi)星，小而輕的小衛(wèi)星具有先進、快速、低廉以及可靠的優(yōu)勢。一顆小衛(wèi)星的故障與發(fā)射失利不會對整個星座產(chǎn)生重大影響，而且衛(wèi)星補網(wǎng)或者升級換代都能夠?qū)崿F(xiàn)“短、平、快”。這一特性在美國商業(yè)界首先被付諸實施。

（1）小衛(wèi)星星座部署節(jié)奏加快。一是通信小衛(wèi)星星座方面。SpaceX公司自主研制的“星鏈星座”計劃已經(jīng)發(fā)射驗證星，OneWeb公司研制的OneWeb“星座互聯(lián)網(wǎng)計劃”已經(jīng)在美國和歐洲布設(shè)工廠并開始研制。二是遙感觀測小衛(wèi)星星座方面。美國行星實驗室公司自主研制的“鴿子星座”、頂尖全球公司自主研制的“狐猴星座”（Lemur）、太空飛行工業(yè)公司自主研制的“黑色天空”星座以及蜂群技術(shù)公司自主研制的“太空蜜蜂”（Spacebee）星座都有大量衛(wèi)星入軌。值得一提的是，今年4月19日，美國國防高級研究計劃局（DARPA）向工業(yè)界發(fā)布了廣泛機構(gòu)公告（BAA），公開招標(biāo)低軌小衛(wèi)星星座建設(shè)方案，該項目被命名為“黑杰克”，將同時具備軍用低軌通信網(wǎng)絡(luò)和軍用頭頂持續(xù)紅外導(dǎo)彈監(jiān)視能力，可見軍方對小衛(wèi)星星座的需求也在提升。全球類似的通信或遙感觀測星座計劃還有很多。預(yù)計未來仍將有大量由商業(yè)界參與的通信和遙感的星座陸續(xù)批量研制并通過各種方式發(fā)射入軌，部署的節(jié)奏也會進一步加快。

（2）小衛(wèi)星獨立入軌需求迫切。隨著小衛(wèi)星星座需求的不斷涌現(xiàn)，大量小衛(wèi)星短期內(nèi)迫切需要入軌的問題亟待解決。據(jù)目前不完全統(tǒng)計，國內(nèi)外未來需要入軌的小衛(wèi)星至少在10000顆以上，并因此帶動了小型運載火箭的研制需求。

美國很多企業(yè)和機構(gòu)看到了這一發(fā)展趨勢后，開始布局小型運載火箭市場。如維珍銀河公司的發(fā)射者一號空射火箭、火箭實驗室公司的電子號火箭及螢火蟲空間系統(tǒng)公司的阿爾法火箭，目前都已完成多次地面試驗和空中試射。這些小型運載火箭運載能力從幾十公斤到幾百公斤不等，能夠運送衛(wèi)星進入的軌道都是幾百公里高度的近地軌道，這也基本是當(dāng)前小衛(wèi)星、納衛(wèi)星最理想的工作軌道。因為小衛(wèi)星功率和載荷功能有限，并不適合于幾萬公里高度的高軌道。預(yù)計未來各國日益迫切的小衛(wèi)星發(fā)射需求會進一步促進小型運載火箭的研制及發(fā)射合同的簽訂速度。

4.航天系統(tǒng)核心技術(shù)與制造變革將顛覆行業(yè)發(fā)展

火箭和衛(wèi)星經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，其基本的動力模式和制造能力依然未發(fā)生實質(zhì)性變化，雖然核動力等航天器概念被提出，但由于影響因素較多，尚未得到普遍應(yīng)用。近年來，衛(wèi)星動力推進技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用突飛猛進，并在若干顆大衛(wèi)星上實現(xiàn)工程應(yīng)用，但由于平臺技術(shù)門檻高，未能向整個衛(wèi)星制造產(chǎn)業(yè)開放。

在這種背景下，美國“第四相”公司作為一家初創(chuàng)型私營企業(yè)自主研發(fā)出了可供小衛(wèi)星使用的電推進器，有望成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并在小衛(wèi)星上得到大規(guī)模使用。此項突破力求在小衛(wèi)星動力方面實現(xiàn)根本性變革，以電推力替代化學(xué)燃料使得衛(wèi)星結(jié)構(gòu)徹底優(yōu)化，從而實現(xiàn)以單點技術(shù)解決整個行業(yè)的瓶頸。同樣，美國“相對論”公司也是一家初創(chuàng)私企，目前已制造出大型3D打印設(shè)備，并完全采用自動化和3D打印的生產(chǎn)流程制造整枚火箭，徹底替代傳統(tǒng)上復(fù)雜而笨重的主要靠人工的生產(chǎn)流程，有望將成本和生產(chǎn)周期降低1-2個數(shù)量級。

“第四相”和“相對論”兩家公司發(fā)展的路徑都是對半個世紀(jì)中未能實現(xiàn)有效變革的領(lǐng)域進行突破，也可以說是將系統(tǒng)里客觀存在的成本和性能中最大的“堵點”進行了疏通。目前，政府、商業(yè)公司與高校都在尋求與這兩家公司形成長期合作的機會，同時資本界也看好這兩家公司的發(fā)展路徑，預(yù)計未來會對其進行更多的投資。

5.太空科技多領(lǐng)域反哺社會經(jīng)濟

隨著太空技術(shù)長達半個世紀(jì)的積累，太空科技對人類社會經(jīng)濟的反哺已經(jīng)非常成熟，太空元素越來越多地滲透至人們的生活，如太空科幻電影、衛(wèi)星寬帶通信與衛(wèi)星手機通信以及太空育種與科學(xué)研究等。同時，在軌飛行太空體驗、太空城、太空采礦與殖民地外行星等項目也紛紛涌現(xiàn)。其中，短時間的太空體驗相對而言是最容易實現(xiàn)的，沒有技術(shù)瓶頸，對傳統(tǒng)航天技術(shù)加以改進即可實現(xiàn)。

為滿足人們內(nèi)心的憧憬和向往，SpaceX、維珍銀河、藍源和行星資源等公司均開設(shè)了新的太空旅游和礦產(chǎn)開發(fā)等業(yè)務(wù)板塊。其中，SpaceX公司的龍飛船主要基于空間站貨運飛船研制而成，其內(nèi)部設(shè)計更多的體現(xiàn)了人機交互和體驗感觀。維珍銀河公司的太空船二號火箭飛機可載6名乘客進行約5分鐘的失重飛行體驗以及觀光太空和地球全貌。目前，預(yù)定未來太空體驗的人次非常多，外星礦產(chǎn)開發(fā)方案也正在積極制定中，有望形成新的旅游和礦產(chǎn)開發(fā)產(chǎn)業(yè)。

分析與啟示

1.探索破解產(chǎn)業(yè)鏈中的痛點

近年來，美國新興的私營航天企業(yè)發(fā)展異常迅速，新概念、新格局正在快速形成，究其原因正是世界航天產(chǎn)業(yè)經(jīng)過長期的沉淀，加上新興科技的不斷出現(xiàn)，使得企業(yè)擁有了強大的驅(qū)動力，能夠利用新科技破解產(chǎn)業(yè)鏈中的痛點。這些新興企業(yè)也只有通過這種路徑才能成功，否則與老牌航天企業(yè)開展同質(zhì)同類競爭，可能很快就會敗下陣來，占不到理想的市場份額。在美國政策、科技與資本相對開放的環(huán)境中，每個新興企業(yè)都會尋找1-3個痛點，作為自己的突破和立足之本，最為突出且最有成效的就是SpaceX的運載火箭。

此外，產(chǎn)業(yè)鏈痛點恰恰也是老牌航天企業(yè)無暇顧及的領(lǐng)域，對于它們而言，投入人、財、物突破這些約束，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如繼續(xù)發(fā)揮優(yōu)勢競爭美國政府和軍方大型系統(tǒng)或裝備項目更加經(jīng)濟實惠。

2.在巨大風(fēng)險中開辟產(chǎn)業(yè)新航道

雖然上述美國新興私營航天企業(yè)都取得了有效的突破，新概念和新技術(shù)有著美好的前景，但其發(fā)展過程中往往經(jīng)歷著無數(shù)次的生死存亡。到目前為止，相對而言最成功的SpaceX公司，也曾一度瀕臨破產(chǎn)。直到他們拿到了NASA授予的15億美元合同方才轉(zhuǎn)危為安。同樣面臨過絕境的螢火蟲宇航公司，曾在2016年遭遇歐洲投資方突然撤資，公司資金鏈斷裂后被迫裁員清算，項目停滯，后幸好有美國投資機構(gòu)Noosphere Ventures公司將其資產(chǎn)與技術(shù)全部買下重新組建并繼續(xù)開發(fā)項目。此類情況幾乎在每家新興私營航天企業(yè)都存在。

即使目前這些新興企業(yè)能夠正常運轉(zhuǎn)，但未來仍然存在很多變數(shù)，并不一定都能取得項目成功，如低軌衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡(luò)還存在著對地通信模式上的不確定性，大量衛(wèi)星入軌還存在如何發(fā)射以及經(jīng)濟性的問題，3D打印還存在部件之間材料成分差異的問題。但不論未來發(fā)展如何，美國的新興企業(yè)已經(jīng)開辟了航天產(chǎn)業(yè)的新航道，它們在不斷嘗試徹底突破瓶頸和約束，必將在未來某些領(lǐng)域帶來顛覆性影響，為人類航天的發(fā)展找到新的突破口。