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中国商业航天的发展路径及重点

来源:中工云网   2020-01-07 09:52   浏览:3743

        近年国内商业航天的火爆似乎超乎所有人的想象,各种商业航天企业如雨后春笋般涌现,不少都要争当中国的SpaceX”。但在一片繁荣之下,还有些本质的东西需要厘清,不过俗话说的好——忠言逆耳,即使预料到可能会挨骂,今天这位作者有些话还是要说

一、商业航天的定义

商业航天的定义较多,根据美国联邦航空管理局(FAA)的定义,商业航天活动是指按照市场规则配置技术、资金、人才等资源要素,以盈利为目的的航天活动。按照以上概念,与我国的传统航天相比,商业航天更加强调市场竞争、盈利以及商业化的市场行为。

商业航天产业涵盖范围广、包括运载火箭研制与制造、卫星研制与制造、卫星运营及应用、地面设备制造与服务等多个领域。

二、发展商业航天的必要性

传统的航天往往始于国家意志,在市场经济发展的今天,航天产业在国家经济发展、军事建设以及不断增强的太空经济活动的需求下,显得越来越重要。从美国商业航天的发展结果来看,发展商业航天具有非常重要的现实意义。

1)商业航天是人类冲出地球的必由之路

纵观人类的发展史,从爬行到行走、从陆地到海洋、从空中到空间,人类必将走出地球,迈向遥远的星球。

航天产业发展到一定程度,体量越来越大,单纯依靠国家投入已经无法承担从地面走向近地空间,再走向深空的人类活动。发展商业航天是解决这一限制的必有之路。

2)商业航天是军民融合发展战略的具体体现之一

军民融合的发展战略可以合理配置和有效利用各种资源,实现国防建设和经济建设良性互动,有效地避免军民重复建设、分散建设,最大限度地节约资源,提高国家整体建设效益,确保实现富国强军的统一。

航天产业作为国防军工建设的重要一极,通过商业化的方式发展航天,是军民融合发展战略的具体体现之一。

3)商业航天是军工院所改制的结果

军工科研院所起源于计划经济年代,采取事业单位的管理制度,在当前市场经济大环境下,事业制的军工科研院所逐渐显现出一些管理体制的局限性,只有尽快、有序改制为企业,才能够盘活存量资产、引入市场竞争,从而加快科技成果转化、产生更大的经济效益

科研院所改制给商业航天的发展带来市场发展因素,是其改制必然的结果。

三、商业航天的发展现状及美国发展经验

近年来,国外商业航天产业发展迅猛,一批创新性强的商业航天公司脱颖而出,航天商业化进程在航天运输、空间应用等领域拓展,其中尤其是美国商业航天产业的蓬勃发展。

3.1 美国商业航天发展

美国商业航天的发展是随着航天的政府主导转向政府主导与向政府采购并行而逐渐发展起来的,而商业航天公司从最初近地轨道的空间活动逐渐向深空方向发展

从1962年美国颁布《国家通信卫星法》为卫星通信系统的商业化应用奠定基础开始,经过几十年的发展,美国在商业航天领域已建立起健全的政策法律,形成了涵盖火箭发射、卫星制造、卫星应用等产业的完整商业产业链。同时,在发展的过程中培养了大量具有工程经验的航天人员

对于现在的SpaceX而言,型号并非最宝贵的遗产,而是这些已有丰富经验的研发、制造、发射团队

在商业航天产业链的发展方面,在运载火箭、卫星制造以及卫星应用产业的各个环节已形成多家私营企业良性竞争的局面。除了老牌航天传统企业以外,在火箭发射环节,诞生了SpaceX、OrbitalSciences等企业,已成功完成多次火箭发射商业合同;在卫星制造产业,有OneWeb、DigitalGlobe、PlanetLabs等公司;卫星应用领域,产生了OneWeb、OrbitalInsight、SkyboxImaging等公司。

美国部分商业航天公司

3.2 国内商业航天发展

随着国外商业航天公司的兴起,自2015年国内在火箭研发、卫星制造、卫星应用等领域在政策上向民间资本开放以来,国内商业航天公司如雨后春笋般的出现,如表所示。

国内部分商业航天公司

与美国商业航天的发展现状对比,除了国有背景的商业航天公司,如科工火箭公司、长光卫星公司,其他民营商业航天公司都处在技术积累的初始阶段,在运载火箭领域尚不具备发射火箭入轨的能力,在卫星制造领域能自主研发并进入轨道正常运行的微纳卫星也寥寥无几,而且都是立方星。暂不考虑其他原因,最关键的是我国目前没有一条完整的商业航天产业链以及缺乏有经验的航天工程师

另外,通过对上述商业航天公司的业务以及已公开的技术方案来看,市场上绝大多数的民营商业公司,主要聚焦在系统的总体集成方面,鲜有企业去关注产业链下游配套的产业发展,同时与现役部分运载火箭存在同质竞争的无序发展局面

3.3 美国商业航天发展的经验

航天产业的特征决定了它是一个高技术、高投入、高风险、长周期的产业,通过分析美国商业航天的发展过程,总结以下经验供我国借鉴。

1) 不断完善的法律政策为商业航天提供行为准则和法律政策支持

美国政府为支持商业发射的发展,从上世纪70年代就开始制订和颁布了一系列相关的法律法规和政策,为火箭发射、卫星制造及卫星应用等领域的商业化提供了行为准则以及有力的法律和政策支持。特别是近20年,完善的政策法规,催生了一大批商业航天公司,SpaceX、蓝色起源、OneWeb等公司获得了发展机遇。

商业航天发展的政策与法律

2) 政府购买航天服务支持商业航天公司发展

美国政府为支持商业航天公司的发展,制定了一系列支持商业航天发射和运输的资助计划,包括商业轨道运输服务(COTS)、商业补给服务(CRS)、商业载人开发计划(CCDev)、商业载人综合能力(CCiCAP)、认证产品合同(CPC)、商业乘员运输能力(CCtCap)等。

SpaceX等商业航天公司获得这些商业合同,获得大量经费,继续持续稳定发展。据FAA数据统计,SpaceX到2016年获得NASA授予的商业合同金额超过46亿美元。

NASA一系列商业合同的成果——左下角的除外

3) 商业航天的发展是一个长期的过程,美国航天70多年的发展,不但形成了发展商业航天完备的产业链,还培养了发展商业航天的人才技术储备

从1962年颁布了《国家通信卫星法》开始,到2015年来颁布的《鼓励私营航空航天竞争力与创业法》,美国商业航天今天的蓬勃发展,是半个多世纪不断发展的结果,并非外界所说的十年二十年的发展,因此商业航天的发展是一个循序渐进的过程。

在这个过程中,美国在运载火箭、卫星、载人航天、航天飞机、深空探测等多个领域开展了众多的航天计划,大大促进了航天技术的进步与发展,并在各个环节形成多家私营企业互相竞争的局面,形成了完整的产业链。同时,美国航天的发展为商业航天的发展不但为商业航天的发展积累了技术,还为商业航天的发展提供了完备的人才储备。

4)为降低成本和缩短研制周期,商业航天公司高度重视技术创新、新技术应用以及研制模式和管理模式的创新

以运载火箭为例,从国外已经公开的产品方案来看,商业航天公司非常重视技术创新和新技术的应用,如SpaceX公司在技术集成的基础上进行集成创新、火箭实验室(Rocket Lab)采用的电动泵火箭发动机、ARCA航天公司采用气动塞式喷管发动机的火箭方案、向量空间系统公司(Vector Space System)的挤压式发动机、西班牙Zero2infinity公司采用的三级并联构型等等。

在研制模式和管理模式上,SpaceX公司采用“研制-试验-改进”的方案,以低成本、高可靠为目标,在尽量短的时间内研制可以飞行并提供发射服务的运载火箭、飞船等产品,比如猎鹰9从Block1版本到最新的Block5版本,经过几轮循环迭代,火箭各项性能指标越来越好、性价比越来越高。

5)政府向商业航天公司开放航天基础设施

SpaceX崛起过程中,受益了NASA和美国空军给予的技术扶持和转让。另外,在输出技术的同时,美国政府与军方的里根试验中心发射场、卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心以及范登堡空军基地的SLC-40发射场提供给SpaceX用于发射猎鹰火箭。

曾用于土星五号和航天飞机发射的LC-39A发射台也已租借给SpaceX

6) 卫星应用产业的蓬勃发展是拉动运载火箭和卫星商业化发展的主要因素

从商业航天经济结构来看,卫星应用产业的经济规模占整个商业航天经济规模的70%以上。卫星应用产业的蓬勃发展,是推动运载火箭和卫星商业化发展的主要因素。

四、中国商业航天的发展路径及发展重点

4.1 中国商业航天的发展路径

对比中美两国商业航天各方面的情况,两者之间的差异如表所示。从发展现状来看,中美两国商业航天的发展基础差距较大,美国商业航天的迅猛发展得益于三个因素:一是完善的商业航天法律法规;二是政府对航天基础设施的开放和对航天服务的购买;三是成熟的商业航天产业链和大量的市场化航天人才。

美国商业航天快速发展的前两个因素属于政策和法规,在这方面我国政府也正在制定并出台相关政策法规。相比第三个因素,我国传统航天产业链和人才自成体系,基本封闭在体制之内

因此,从我国商业航天发展现状以及美国商业航天发展的几个重要因素的对比来看,我们认为中国商业航天实现快速发展的途径是将60多年来积累的技术体系、产品体系、人才体系等传统航天基础快速的转化成商业航天产业链体系和人才体系,实现商业模式、研制流程、供应体系的再造,以适应商业航天发展的需求。

基于这一点,我们判断国家队是中国商业航天的主力军,商业航天的发展就是传统航天企业转为化商业航天企业的过程民营航天企业对自己的角色一定要有清晰的认识,商业航天产业的补充、补充、补充!

4.2 商业航天的发展重点

中国航天在自力更生、艰苦奋斗的道路上,从前苏联P-2导弹的彷制开始,历经60余年,从无到有、从小到大,建成了种类齐全、体系配套完整的航天工业体系,在运载火箭及发射服务、卫星及其应用、载人航天、深空探测等方面取得了世界瞩目的成就。

在运载火箭方面,我国有三个运载火箭总体设计单位,目前在役型号多达近20个,实现了从低轨到高轨、从常温到低温、从串联到捆绑、从单星到多星、从无人到载人的突破发展;在卫星设计方面,成规模的卫星设计总体单位有8家,研制了返回式遥感卫星系列、“东方红”通信广播卫星系列、“风云”气象卫星系列、“实践”科学探测与技术试验卫星系列、“资源”地球资源卫星系列和“北斗”导航定位卫星系列等卫星。但从产品的技术水平和性能来说,我们距离航天强国还有一定的距离。

从实际情况来看,不管是运载火箭研制及发射服务,还是卫星研制及制造,我国并不欠缺,甚至可以说过剩的,因此发展商业航天必须考虑这一现实问题。与世界航天强国相比,用一句比较通俗的语言来表述,就是“别人能造的我们都能造,别人有的我们都有了”,在产业发展、技术性能、创新能力等方面,距离航天强国的目标差距较大。

正如以上所述,我国的航天产品在技术水平和性能上与航天强国有相当的差距,因此我们认为我国发展商业航天以围绕这一核心问题开展,而不是另起炉灶,重复建设一套航天工业体系,复制类似产品,在市场上无序竞争。

综上所述,我国商业航天应解决的主要问题如下:

1)提高产品性能

①运载火箭性能及发射服务价格

近年来,美国SpaceX公司通过技术集成创新和新技术应用,大幅降低了火箭发射服务费用,目前其全球商业发射市场份额已达30%以上。与其相比,我国长征系列运载火箭已不具备竞争优势,目前主要以国内发射服务市场为主。另外在运载效率、发动机性能、结构系数等反应火箭性能的指标或参数方面,与国外同类运载火箭也无优势

因此,对于运载火箭的商业发展来说,其重点是通过商业化发展方式,促进技术创新、提高火箭性能,进一步降低发射服务价格,提升运载火箭的竞争力,扩大全球发射市场份额。

②在卫星研制及制造方面

自1970年4月我国发射第一颗人造卫星“东方红一号”以来,覆盖了通信、导航、海洋、气象、遥感等种类的卫星。但与国外先进水平相比,卫星性能指标差距仍然较大:在总体指标方面,如寿命短、供电能力弱等;在成本方面,达到同等性能的成本较高;在制造方面,如集成度较低、制造一致性较差等

卫星性能的差距,具体反映在性能参数方面,实则体现在系统设计能力、芯片、材料以及工业基础等方面。

因此,对于卫星研制及制造方面,商业航天的发展应围绕卫星性能的提升以及技术创新等方面。同时,与运载火箭一样,卫星在降本增效方面也有很大的空间

2)卫星应用

经过多年发展,广播通信、导航、对地观测已广泛用于经济、科技、文化和国防建设各个领域,取得了显著的社会效益和经济效益。但从总体层面上看,产业仍然处于产业链不完整、“好用的用不起,用的起的不好用”、应用深度不足等现实问题。

对于卫星应用来说,目前主要体现在广播通信、导航等方面,与国外相比,商业应用明显不足,商业航天要解决的是完善产业链、应用领域拓展、产业深度挖掘以及对经济发展的推动和发展。

3)创新

近年来,航天科技集团以“建成国际一流大型航天企业集团、推动航天强国建设、成为国家科技创新的排头兵”的三大战略目标,以推进“两个体系、两个机制”建设为抓手,在全面深化改革上自我加压,通过改革创新赢得红利、获得发展。”

在当前军民融合发展和科研院所改制的大环境下,中国商业航天应该借鉴美国商业航天的发展经验,加大航天系统工程管理体系、新技术创新体系、成果转化机制以及人才发展机制的创新力度,在实践中推进“两个体系、两个机制”的建设。

五、小结

美国商业航天发展的过程和结果反应了其内在拥有完整的“国家主导、民为军用、以军带民”的商业航天发展体系,商业航天公司与政府之间形成了正面的闭环反馈。商业航天公司通过为政府或商业客户提供廉价可靠的基础航天服务盈利,而政府则通过订单、项目合作和资金支持等方式对商业航天企业的技术研发及运营予以扶持。

从商业航天的发展现状以及中国两国商业航天发展内在因素的差异来看,我们判断国家队是中国商业航天的主力军,比较符合国情的商业航天发展途径就是将传统航天企业转为化市场化的商业航天企业,民企航天企业作为市场补充者存在

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