过去15年间，全球商业化航天活动日益活跃，为新兴航天市场的创建和发展带来了新的机遇和挑战。近年来，我国的商业航天公司如雨后春笋般涌现，商业航天市场也在快速发展中。本书的目的是介绍过去15年全球的商业航天活动及其商业化过程，探讨新兴商业航天市场的目标、细化分类、未来客户和商业模式等关键问题以及可以从中得到的启示和经验，内容涉及天地往返运输、在轨服务、太空环境治理、星际移居、亚轨道飞行、航天港等新兴需求和方向。

前言 本书的目的是介绍过去15 年的商业航天活动及其商业化过程，使正在开发商业航天市场的新型航天公司对必须要面临的挑战有所了解。在此期间，商业航天市场发生了什么新变化？商业航天中有没有私营公司的商业案例？商业航天市场的目标是什么？仅凭新型航天公司的目标市场能否激励商业轨道运输服务的发展？商业航天运输市场的未来客户是谁？新型航天公司如何吸引投资者？是否存在一种商业模式鼓励这种发展，它是什么？是否可以从传统航天工业或其他工业中得到启发？从国际空间站商业化中可以得到什么经验教训以鼓励创建可持续的新兴航天市场？过去15 年的商业航天活动对航天市场的发展产生了哪些影响？空间站商业化服务的未来在哪里？这些问题将会在本书中讨论。 商业航天活动 在过去的20 年里，各航天机构一直在探索如何鼓励私营公司参与商业化航天市场的发展。商业发射服务、太空旅游、卫星在轨服务、空间碎片减缓和太空资源开发皆是一些值得探索的市场。这些年里，各航天机构已认识到为科学目的而建立的航天技术的商业化是有挑战性的、困难的。但是这也带来了新的市场机会，即发展新航天运输系统和新航天应用。 国际空间站商业化的早期，各航天机构制定的共同目标和政策是为了鼓励非航天公司（例如，药业、生物技术、医疗器械公司等）对国际空间站搭载资源进行商业利用。然而，近几年来，国际空间站的合作伙伴已开展截然不同的商业化航天活动，如美国航空航天局（NASA，也称美国宇航局）、俄罗斯联邦航天局（ROSCOSMOS，也称俄罗斯国家航天集团）、欧洲空间局（ESA，也称欧空局）、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）、加拿大国家航天局（CSA，也称加拿大航天局）。 美国决定继续走鼓励发展具有竞争力的商业化航天运输行业与强化美国在航天相关科学、技术和行业方面的领导力地位的道路。这使美国创建了一个“强大而有竞争力的商业航天部门”来提高确保进入太空的能力（《美国国家航天政策》，2010 年6 月28 日）。由于2012 年航天飞机退役及有限的预算等原因，促使NASA 依赖于ROSCOSMOS 将美国宇航员送上国际空间站。 NASA 的商业轨道运输服务项目（COTS）和商业乘组开发计划（CCDev）的实施，促进了美国商业航天运输行业和轨道（如 Dragon、Cyngus、CST-100 Starliner）、亚轨道运载器（如XCOR Lynx 等）的发展。当NASA 鼓励在未来的月球任务（如月球货运与软着陆计划，也称月球催化剂计划）、未来的火星任务或小行星采矿任务（如小行星重定向任务）中实施类似的项目时，这条成功的道路得以继续向前发展。 在欧洲，ESA 采取了一种“自下而上”的方法，执行“以科学、经济、全球合作等为目标，以客户为主导”的空间探索战略。因此，在航天工业和非航天工业，与私营企业的战略合作伙伴关系可能会引导产品或服务瞄准长期的商业可行性目标。 这种“自下而上”集思广益的方法将帮助ESA 创建未来的项目，以鼓励对国际空间站研究利用途径的持续探索与开发（如降低成本、缩短进入时间、增加商业化公司的数量），以及进一步促进太空4.0计划的未来开发和规范欧洲客户群体利用好国际空间站。为了应对正在变化的全球航天竞争环境，2017 年ESA 发起了重大挑战倡议，目的是提出想法、促进创新、支持具有效费比的研发，积极应对开发新航天应用面临的巨大挑战。 在过去的35 年里，由于阿里安运载火箭的成功，欧洲在商业卫星发射市场已经成为公认的参与者。为了维持这一竞争优势，欧洲正在开发阿里安6 型运载火箭，在具有价格竞争优势的前提下，可提供较高的火箭发射可靠性。由于来自美国新型航天公司在商业化航天发射市场的竞争日益激烈，欧洲的航天工业将不得不在政策力量和市场力量之间寻找平衡点。尽管如此，欧洲太空探索战略实施“自下而上”的集思广益的方法将形成新的观念，这将不但为航天公司，也将为非航天行业提供独一无二的商业化市场机会（如制药、生物技术等）。 背景 国际空间站的成功组装鼓舞了各航天机构开始研究各种确保低成本到达空间站的途径，以及开发利用微重力环境的新途径。近几年来，美国改变了对商业载人航天的策略，将专注于通过降低发射成本，确保可持续和高效地进入太空，从而重新夺回商业航天运输市场的领导地位。为满足可靠、长期、低成本地向国际空间站运输的需求，以及消除对俄罗斯运载火箭的依赖，2005 年NASA 启动了COTS 和CCDev两个计划，将会在第1 章中讨论。 随着这些计划的启动，NASA 希望鼓励开发私营航天运载器，并促进商业航天运输市场的发展。过去10 年，这些项目的成功实施不仅促进了新运载火箭（如猎鹰火箭和阿里安火箭）的开发，还创造了第一批商业航天运载器如“龙”飞船（Dragon）和“天鹅座”飞船（Cygnus）。它们均多次与国际空间站成功对接，给国际空间站的宇航员运输实验器材和食物。所有涉及投资、开发、建造轨道和亚轨道航天运载器，或提供商业服务和产品的私营公司均被称为新型航天公司。 然而，商业航天活动的出现并不是新生事物。例如，在20 世纪80年代末至20 世纪90 年代初，美国一家私营公司Spacehab 开发了用于开展实验的商业化模块。1995 年，NASA 与该公司签署5400 万美元的合同，以支持航天飞机/ 和平号空间站的后勤补给飞行。20 世纪90年代中期，源于吸引资金以维持和平号空间站运行的需求，俄罗斯首 次尝试商业化利用和平号空间站。在向市场经济转型过程中的不可避免的困难，迫使俄罗斯航天工业面临巨大的航天预算压力。俄罗斯航天官员很快发现了新市场并鼓励建立太空娱乐项目。例如，1990 年将日本新闻记者送到和平号空间站，启动乐事、必胜客的品牌推广项目等。 欧洲对商业化载人航天服务的兴趣始于美国和俄罗斯在国际空间站开展的商业活动。他们有一个潜在的承诺，在2001 年ESA 制定了一项政策，以促进“哥伦布”实验舱的商业利用率达到30%。一些研究与开发项目均是由ESA 安排开展在轨飞行的，涉及骨密度测试仪、人体成分分析仪、新一代节能灯（如高强度放电灯），以及一些使用新的食品加工技术生产的促销产品（如Mediet 食品托盘）。 与国际空间站的其他合作伙伴相比，日本开始商业化航天活动的时间相对较晚。2004 年，JAXA 开展了针对创造新项目和发展航天品牌的开放空间实验室项目。ASICS 太空鞋就是该商业化项目的一个例子。其他有趣的商业活动均与太空产品的开发相关，例如，搭载在国际空间站俄罗斯舱段上的太空清酒和太空酸奶。这些商业化项目展示了商业航天市场的潜力，例如，货物和宇航员的运输市场、太空旅游、卫星在轨服务和微重力研究开发。自2000 年以来，商业航天创业公司或所谓的新型航天公司，已经吸引了超过80 个天使投资人和风险投资公司逾133 亿美元的投资。在21 世纪初，平均每年成立3 家这样的航天公司；而近5 年来，新型航天公司成立的数量已经达到平均每年8 家，2015 年是创纪录的一年，投资总额为23 亿美元，拥有投资者数百名，其中超过66% 的公司位于美国，而其他34% 的公司分布于其他25 个国家和地区。 这些乐观的数字可能会被欧洲商业航天初创公司所质疑，因为这些初创公司在欧洲很难得到私人风险投资。一些公司在竞争环境中蓬勃发展，而其他像Rocketplane 和Excalibur Almaz 的公司则将不得不宣布终止他们的活动。 风险投资者着眼于寻求投资回报快、利润高和周期短的太空产品和服务进入市场。新型航天公司需要发掘、识别和定位商业航天市场并吸引新客户，而非吸引传统的航天机构。突破性的技术创新将是这些公司赢得新市场和保持竞争力的唯一途径。在国际空间站上使用充气式空间站模块（如BEAM）和发射可重复使用的运载火箭就是发挥想象力并实现创新的例子。例如，美国太空探索技术公司（SpaceX）的猎鹰9 号火箭发射的几分钟后，第一级火箭返回发射场。这些创新正在彻底改变传统航天工业的业务。以下问题随之出现：可重复使用的运载火箭会更便宜吗？一级火箭翻新费用是否足够低，使每次发射都有利可图？市场对可重复使用的运载火箭是否有足够的需求？可重复使用的运载火箭对环境会有怎样的影响？风险投资者是否理解并愿意投资于开发这些火箭及充气模块？ 商业航天运输市场的发展可能会增加对可重复使用的运载火箭的需求，并鼓励建立自我可持续发展的商业航天市场。 随着NASA的商业轨道运输服务项目和商业乘组开发计划的实施，美国已经展示出新的愿景，即鼓励近地轨道（Low Earth orbit ，简称LEO）载人航天活动从由政府主导向由私营企业主导转型。在NASA COTS 和 CCDev 项目的背景下，商业运载火箭的发展会对欧洲航天工业产生直接影响。这种演变会出现两个方向：可能为欧洲商业航天运输服务的出现创造机会，但也可能会约束其发展。 由于美国的新型航天公司具有竞争力的价格和成熟的运载火箭技术，需要发射服务的欧洲客户可能会直接向他们购买发射服务，这将反过来增加欧洲航天工业对非欧盟技术的依赖。理解欧洲利益相关方在新兴商业航天市场发展中面临的挑战，是分析风险并为在欧洲创建商业航天市场提供不同途径的第一步。另一方面，欧洲航天公司可能开始与新型航天公司合作并建立合资公司，获得新的竞争力并进入新的市场。这样一来，欧洲航天公司将会减少对非欧盟技术的依赖。 开发新型运载火箭所具有的开拓性，新型航天公司开发商业太空飞行市场所面临的风险，通过提供解决方案以确定独特的销售地位，以及解决各种困难以吸引私人投资者，这些都与私营公司和航天机构在推动空间站商业化（如和平号空间站、国际空间站）过程中遇到的挑战和风险类似。 传统意义上，航天机构是空间站开发和利用的最大公共投资者。从历史上看，由于商业化有效载荷的高市场风险和较长的进入太空周期，私人投资者不愿投资于空间站的商业利用和相关项目。私人投资者主要投资于通信、导航和对地观测系统（如DigitalGlobe、RadarSat、Deimos Imaging、exactEarth、Skybox）。传统意义上，私人投资者认为在运载火箭和载人航天活动上的投资是有风险的和昂贵的。 结论 从航天飞机诞生之初起，航天技术的商业化利用就是摆在航天工业面前的一项商业挑战。20 多年来，各航天机构一直在探索各种方法以鼓励和吸引私营公司参与发展商业航天市场。这些年来，航天机构认识到推动为科学目的而开发的航天技术的商业化是具有挑战性和困难的，但它蕴含着新的市场机会、新的运载火箭的开发需求和新的航天应用。 未来潜在的商业航天市场包括商业发射服务、太空旅游、卫星在轨服务、空间碎片减缓和空间资源开发。自2000 年以来，商业航天初创公司已经吸引了超过80 位天使投资者和风险投资航天公司超过133 亿美元的投资。然而，风险投资者将持续关注投资回报快、利润高、时间短的航天产品和服务进入市场。新型航天公司需要发掘、识别和定位 商业航天市场并吸引新的客户而非传统的航天机构。突破性的技术创新将是提供竞争优势的驱动力。在国际空间站上使用充气式太空舱模块（如毕格罗可扩展式活动模块BEAM）和发射可重复使用运载火箭是发挥想象力并实现创新的例子。这些创新正在改变传统航天工业的业务。以下问题随之出现：可重复使用的运载火箭会更便宜吗？一级火箭翻新费用是否足够低，使每次发射都有利可图？市场对可重复使用的运载火箭是否有足够的需求？可重复使用的火箭设备对环境会有怎样的影响？风险投资者是否理解并愿意投资与开发这些火箭和充气模块？ NASA 的商业轨道运输服务项目和商业乘组开发计划现阶段的成功为美国载人航天计划提供了一个范例，并为成功利用国际空间站上的资源创造了可能性。ESA 等其他航天机构采取了一种“自下而上”集思广益的方法，以收集持续利用国际空间站的创新想法（如降低成本、缩短接入时间等）。这些项目的成功实施和自我可持续发展的商业航天市场的形成会鼓励航天机构在未来的月球或火星任务中实施类似的项目。 Stella Tkatchova 比利时 布鲁塞尔

第1章 航天机构商业航天运输项目 / 001 1.1 简介 / 002 1.2 背景介绍 / 002 1.3 商业货运和宇航员乘组发射服务需求 / 006 1.4 亚轨道发射服务需求 / 009 1.5 NASA商业航天运输项目 / 012 1.6 世界范围航天活动协定 / 013 1.7 商业轨道运输服务项目 / 014 1.8 商业乘组开发计划 / 016 1.9 NASA CCP项目 / 020 1.10 NASA飞行机会项目 / 021 1.11 商业航天能力合作项目 / 023 1.12 NASA商业数据中继卫星 / 025 1.13 经济影响 / 027 1.14 结论 / 030 第2章 商业航天市场和利益相关方 / 033 2.1 简介 / 034 2.2 背景 / 034 2.3 市场细分的挑战 / 038 2.4 商业航天市场概述 / 039 2.5 未来新兴航天市场分类标准 / 044 2.6 商业航天市场类型 / 046 2.7 新航天产业利益相关方 / 047 2.8 结论 / 050 第3章 商业化的经验教训 / 053 3.1 简介 / 054 3.2 背景介绍 / 054 3.3 航天飞机商业化 / 055 3.4 空间站商业化的经验教训 / 058 3.5 结论 / 069 第4章 星际移居和原位探测 / 071 4.1 引言 / 072 4.2 利益相关方 / 073 4.3 星际移居 / 075 4.4 原位资源和行星资源开发 / 077 4.5 月球探测 / 080 4.6 目标市场 / 090 4.7 火星探测 / 097 4.8 挑战 / 100 4.9 结论 / 102 第5章 空间站商业活动 / 105 5.1 简介 / 106 5.2 利益相关方 / 109 5.3 空间站商业化的经验教训 / 112 5.4 目标市场 / 116 5.5 以市场为导向的趋势 / 122 5.6 结论 / 130 第6章 空间碎片减缓 / 133 6.1 简介 / 134 6.2 利益相关方 / 139 6.3 空间碎片和航空安全 / 141 6.4 ESA空间碎片项目 / 142 6.5 JAXA的研究 / 144 6.6 目标市场和服务 / 145 6.7 卫星在轨服务 / 146 6.8 结论 / 148 第7章 亚轨道市场 / 151 7.1 简介 / 152 7.2 利益相关方 / 152 7.3 可重复使用亚轨道飞行器的经验教训 / 156 7.4 亚轨道目标市场 / 159 7.5 结论 / 167 第8章 航天港 / 169 8.1 简介 / 170 8.2 利益相关方 / 170 8.3 目标市场/服务 / 174 8.4 结论 / 179