国际空间站经营模式转变：商业化低成本航天时代来临

作者 | 未名

本文刊登于《卫星与网络》杂志2017年4月刊

空间站：

国际空间站运营成熟，2024年或转为私人运营

国际空间站

现代空间站的雏形，美国空间站的试验阶段

“天空实验室”

天空实验室基于“土星”火箭的S-IVB第三级设计制造，是美国的第一座空间站，也是当时曾经运行在地球轨道上的最大的飞行器。第一批宇航员于天空实验室发射后11天到达。共有三批宇航员访问了天空实验室，他们分别进行了为期28天、59天和84天的三次任务。进行了紫外线天文学实验与太阳x射线研究、地球遥感和生物与医学研究。“天空实验室”一共执行了四次任务，其中三次实现了载人任务，最后于1979年坠毁。在这四次试验过程中，载人航天技术得到了显著的发展，同时也为空间站的建立积累了经验，为之后的国际空间站的建立打下了良好的基础。

美国空间站的成熟阶段

多国合作，共建国际空间站

国际空间站（简称ISS）是一个由六个国际主要太空机构联合推进的国际合作计划。这六个太空机构分别是美国国家航空航天局、俄罗斯联邦航天局、欧洲航天局、日本宇宙航空研究开发机构、加拿大国家航天局和巴西航天局。参与该计划的共有16个国家或地区组织，以美国、俄罗斯为首，其他4个重要成员是欧空局、日本、加拿大和巴西。欧空局成员国中参与到国际空间站计划的国家有：比利时、丹麦、法国、德国、意大利、挪威、荷兰、西班牙、瑞典、瑞士和英国，其中英国是项目开始之后参与进来的。

国空间站未来经营模式转变

由国家经营转向私人经营

由美国、俄罗斯、欧盟等共同建设的国际空间站原定2024年退役，但美国国家航空航天局（NASA）官员近日表示，该机构考虑届时把国际空间站移交给私营企业继续运营。为维持空间站运行，NASA每年支付约40亿美元，约占航天局总预算的20％。NASA现在已把空间站货运任务交给两家私企，下一步将把空间站载人任务也交给私企，以把工作重点转向火星，其目标是本世纪30年代实现载人登陆火星。除了传统的科技研发之外，航天事业还可以更加商业化，实现较大的商业利益，而通过将其承包给私有企业，将更好的迸发出新的活力。太空，向来是最能激发人类好奇心和探索欲的地方，而人类也一直都在将这种好奇转化为更为强大的技术能力，创造出全新的商业机会和产业市场。

货运飞船：

近年发展迅速，呈现商业化、低成本化趋势

各国积极参与

美国实现商业化

目前，成功发射货运飞船的国家除了我国外，还有俄罗斯、欧洲、日本以及美国。近年来，货运飞船得到了快速的发展。其中，美国的货运飞船成功实现了商业化。近些年，欧洲、日本、美国相继发射了货运飞船。

现有技术成熟

进一步控制成本成为趋势

目前，在国外，货运飞船的相关技术都较为成熟。目前，在国外货运飞船更倾向于利用现有制造的技术，尽可能控制成本，并拓展其他相应的技术，例如火箭回收技术，进一步的降低发射成本。目前，美国Space X 公司已经成功实现了一级火箭的回收以及再发射。据称，此技术的实现可以降低发射成本30%以上。随着火箭回收技术的进一步发展，成本进一步降低，货运飞船完全实现商业化指日可待。

运载火箭回收技术发展，进一步控制成本

龙飞船

标志着商业化、低成本的货运航天时代来临

龙飞船由太空民企-美国太空探索技术公司（SpaceX）牵头研发，是全球屈指可数的商用太空飞船之一，是世界上第一艘由私人公司研发的航天飞船。第一代货运龙飞船于2010年12月8日试飞成功，2012年5月22日发射成功，2012年10月7日发射升空，首次向国际空间站运送重达455公斤的货物。SpaceX的目标是将航天运输的成本降到最低，为了降低成本，SpaceX甚至从网上购买过二手仪器，找最便宜的打捞公司打捞火箭残骸。该公司单次费用为1.33亿美元，是目前发射成本最低的公司。

火箭动力：

固体发动机助推器、液体发动机主机已然是首选，火箭技术稳步发展，成本不断降低

固体火箭发动机结构简单、成本低

依然是助推器首选

货运飞船的动力系统包括助推器和运载火箭。助推器的基本元件有发动机（含壳体，推进剂，点火器和喷管），主结构体，分离系统，飞行控制仪器，设备减速系统推力矢量控制器，回收系统，安全自毁系统。目前，助推器主要分为固体助推器和液体助推器。两者各有优缺点，固体火箭发动机结构简单、造价便宜，便于回收。液体火箭发动机安全性较高，可紧急关机，比冲高。可以看出，除了苏联和欧洲使用过液体推进器外，其余国家基本使用的是固体推进器。就目前来说，固体推进器依然是货运飞船的首选。这主要是因为固体推进器的技术成熟，成本低。这也说明目前大家的关注点依然在如何降低成本以及提高稳定性上。

美俄处于运载火箭霸主地位

主级动力采用大推力高能量的液体火箭发动机

运载火箭末级有仪器舱，内装制导与控制系统、遥测系统和发射场安全系统。有效载荷装在仪器舱的上面，外面套有整流罩。它每一级都包括箭体结构、推进系统和飞行控制系统，级与级之间靠级间段连接。美俄两国在运载火箭的实力上依然处于霸主地位，各运载火箭主级动力方案大多采用成熟的液体火箭发动机，可以降低火箭总体的总质量、提高可靠性和保证研制进度。

运载火箭回收技术取得突破

可进一步控制成本

目前的运载火箭都是一次性使用，发射成本很高。美国太空探索技术公司（SpaceX）于美国东部时间2015年12月21日成功发射并且成功回收一级火箭，并与2017年3月31日实现了回收火箭的再发射。猎鹰-9火箭标准报价为6200万美元，发射至近地轨道最大载荷22.8吨；发射至地球同步转移轨道最大载荷8.3吨。回收“猎鹰-9”火箭第一级并重复使用，火箭的成本将再降低70%，如果回收第一级和第二级，火箭的发射成本将降低98%，SpaceX公司多次海上回收火箭，对于降低航天发射成本具有巨大的推动作用。