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空间站应用与发展专题(四):美国为什么要把国际空间站商业化?
    日期:2020年07月02日    字体:【】【】【

最近美国宇航局突然开始积极推动国际空间站商业化,这让人有点诧异却又在情理之中。在人们的印象中,载人航天商业化这种事情,美国应该是当仁不让的先行者,但实际上至少在国际空间站的商业化问题上,走出第一步的并不是美国人,而是俄罗斯人。2001年,俄罗斯将世界上第一位太空游客送入国际空间站,这位游客还是个美国人——曾经报考美国宇航局航天员落选的富翁蒂托。国际空间站接待太空旅客的事情持续到2008年,然后被美国政府硬生生地阻止了,理由是空间站是多国政府联合投资建设的公益性设施,俄罗斯不能拿来赚钱。所以美国宇航局在这个节骨眼儿上忽然开始大力推崇国际空间站商业化,多少有一点出尔反尔的味道。

一、国际空间站商业化的初步论证

实际上,美国宇航局把国际空间站商业化的想法由来已久。我们在美国宇航局网站上能找到的最早的一份国际空间站商业化的文件,是在1999年发布的。也就是在国际空间站尚未建成时,美国宇航局就在考虑怎么把它推向商业市场了。但是在国际空间站还没有建成的那些岁月,商业化也只能是一个想法而已。

与国际空间站商业化相关的实质性活动,是从哥伦比亚号航天飞机失事之后才展开的。从那以后,美国宇航局启动了国际空间站商业运输服务,从私营公司那里采购国际空间站运送补给品的空间运输服务。这份合同让马斯克太空探索技术公司得到了发展壮大的机会,同样也让轨道科学·ATK公司获得了持续的采购合同。与此同时,美国宇航局还在推动载人飞船的商业化工作,所催生的载人龙飞船星际线载人飞船,即将在今明两年实施第一次载人飞行。

▲载人龙飞船

国际空间站每年只要花30亿美元,在美国政府的预算总表里并不是什么大户。但是由于国际空间活动的特殊性和它所代表的美国宇航科研实力,美国国会对这个项目还是相当重视的。哪怕是一些很小的步骤,国会也要认真问责。另外,美国宇航局现任局长吉姆·布里登斯汀原本就是众议院的议员,他以共和党议员、特朗普爱将的身份执掌这个举世瞩目的美国政府科技局,自然受到国会两院的高度关注。所以涉及到国际空间站商业化的活动,也几乎是每一个步骤都要向美国国会报批。

2018年,美国宇航局就向国会提交了国际空间站转型计划。其中是这样解释国际空间站商业化目的的:第一,保持美国宇航局在低地球轨道升空、研发和探索活动,以及太阳系探索活动中的持续性。第二,扩大美国在低轨道载人航天活动中的领先地位,同时继续保持相关的国际合作。第三,寻找更多的国际空间站转型路线,确保美国宇航局有更多的低轨道载人航天飞行冗余能力,开发工业企业用于支持美国宇航局深空探索需求的能力。第四,通过向私营企业采购和实施竞争性采购战略,不断降低美国载人航天活动的长期费用。第五,通过在国际空间站上开展基础研究及应用研究,为人类社会提供更好的回报。

在国际空间站论证期间,美国宇航局组织一批企业提供了一份市场调查报告,其中包括:公理航天公司、蓝色起源公司、波音公司、德罗伊特咨询公司、KBRWyle咨询公司、洛·马公司、McKinsey &Company咨询公司、NanoRacks宇航公司、诺·格公司、内华达山脉公司、空间进步公司、麦克萨尔公司(前劳拉空间公司)。

这些企业为美国宇航局撰写了一份国际空间站商业化报告,但是从公开的报告内容来看,这实际上是一份“你的公司打算在低轨道上干些啥”的调查问卷。这些公司各自给出了自己的想法,比如公理航天公司给出了自己的独立空间站和国际空间站舱段构想,蓝色起源公司给出了自己的低轨道载人空间站设想,波音公司给出了一个完整的低轨道载人航天体系构想,洛·马公司提出了从国际空间站走向深空的体系设想,Nanorack公司提出了一系列用简易空间站开展载人航天科学活动的构想,诺·格公司提出了一个基于天鹅座飞船 的可扩展大型空间站的构想,内华达山脉公司提出了基于其小型航天飞机的天 地往返客货运输系统构想,麦克萨尔公司提出了基于空间站的超大容量通信节点舱构想。部分咨询公司则提出了自己 的战略研究构想,其中涉及了关于空间制造、空间生物工程研究等方面的问题,时间跨度多数设置在2020-2030年。

▲国际空间站的温室中培养的豌豆,可以准备收获了

有点让人意外的是,太空探索技术公司没有进入上面的列表。然而要开展国际空间站的商业化,太空探索技术公司几乎是一个绕不过去的存在。那么,是人们有意排斥这个特立独行的钢铁侠,还是马斯克本人看不上这种调查问卷?暂时还不得而知。

二、为重返月球省钱?

更进一步的举动是由特朗普推动的。特朗普虽然没有给美国宇航局太多的预算增幅,但是这位美国近几十年来最特立独行的总统好大喜功,坚持要求美国宇航局用最快的速度把美国人再次送上月球。虽然他在口出狂言几天之后,就发现美国政府的预算根本支撑不了这样雄心勃勃的计划,不再提起这件事情了,但是无论美国宇航局,还是整个美国航天界,都不打算放弃这个机会。美国宇航局立刻拿出了重返月球所需要的计划和预算申请,作为其中的一部分,把国际空间站推向商业化运营,也顺理成章地向前迈出了实质性的一步。

国际空间站的商业化与载人重返月球有什么关系呢?美国宇航局在有关公关材料里是这样解释的:

美国宇航局每年要投入大约30亿美元用于国际空间站,其中16亿美元用于国际空间站的日常运营,11 亿美元用于采购商业货物运输,还有一部分钱用来推动相关的科研项目。如果国际空间站能够商业化,美国宇航局就不需要再承担国际空间站的日常运营工作,不需要不间断地派航天员驻扎在国际空间站上,这样可能就会省出一大笔钱用于重返月球。到底能省多少钱,美国宇航局并没有公开。但至少在前几年,这个数字不会太大。

▲国际空间站的温室中培养的豌豆豆荚已经干燥了

当然按照美国宇航局公开的说法。推动国际空间站商业化的逻辑并不是完全为了节省经费,而是为了开辟一个全新的产业领域。按照公开文件的说法,低地球轨道已经成为一个具有相当规模的经济发展区域,除了我们常见的遥感卫星以外,与载人航天相关的一些活动也逐渐呈现出商业化的前景。

为了理解美国宇航局的概念,我们首先要树立起这样一种观念。那就是说科研本身也是一种经济活动,科研活动的成果是具有经济价值的。如果一项科研活动得到了资金的支持,那么把这笔钱花到国际空间站上去,以国际空间站为基础开展研究和探索,正如前文所述,用国际空间站的场地、电力数据处 理能力和动力传输能力以及航天员的工作时间,就可以认为是国际空间站的商业收入了。

三、国际空间站挣钱的四种模式

在国际空间站商业化的早期,美国宇航局决定,每年只接纳两名私人航天员,从事不超过30天的空间飞行,每一天都要向美国宇航局支付大约35000美元的费用。应该说,这个费用并不算太出格。美国宇航局向俄罗斯采购联盟飞船的天地往返运输任务,要支付每人8000万美元的票价,每天35000美元的驻站费用真的不多。

▲对接在国际空间站上的比格罗充气实验舱

第二种模式是,由美国宇航局的航天员为商业公司照料一些科研活动。在目前的模式下,如果商业企业要想在国际空间站上开展某些活动,所采取的模式就是向美国宇航局提出申请,如果美国宇航局觉得这样的研究项目确实具有价值,就会提供全部的资金和其他资源,由体制内航天员在空间站里操作。但是对于一些高价值的研究项目,有些企业可能会提出,我们自己出钱来做这件事情,但是在现行的模式下,这种想法是不可能实现的,那么国际空间站商业化的一个重要方向,就是把这种想法变为现实,让它具有可操作性。

第三种模式就是直接向商业企业出租国际空间站相关的资源,用于商业或者市场营销活动。这样的工作未必需要航天员直接介入,可能是无人化的,甚至是不消耗任何资源的。我们打个比方,在国际空间站舱段的外壳上刷一个标语用于广告,那么只要标语刷好之后就不需要航天员再去介入了。

▲航天员在命运号实验舱中连接专用实验架上的电线。这种专用实验架可以用来运送、存放国际空间站上的实验设备,并为其提供电力支持

第四种模式也是最重大的举动,应当算作批准开放一个国际空间站的对接口给商业飞行器使用。实际上这也不是什么新生事物,著名的比格罗宇航公司就已经在国际空间站上对接了一个充气式舱段。这个舱段在过去几年的空间飞行中表现良好,没有漏气,也没有漏水,目前作为国际空间站的小仓库,依然挂在空间站上飞行。美国宇航局这次提出开放一个端口,就等于是把这种模式的商业化正式固定下来,那么除了比格罗公司之外,其他公司也可以提出租用对接口来安装自己的太空舱。但是我们估计第一个用上这个对接口的还是比格罗公司,因为其他一些创业公司目前还没有把自己的太空舱制造出来。虽然有相当多创业企业雄心勃勃地说“我自己要制造一个太空旅馆,我自己要制造一个全新的商业化空间站”,但是他们的PPT距离最终实现还远得很。

四、天时、地利、人和

美国人现在启动国际空间站商业化,有天时地利人和三个方面的因素。

我们先来说天时。按照美国航天发展规划,今后的重点是载人前往月球建立基地,最终前往火星,也就是所谓的超越低地球轨道。在这样的一张蓝图当中,国际空间站作为一个低轨道载人航天设施,它的存在与否没有什么影响。但是美国宇航局如果打算继续维持 国际空间站的运行,就需要付出大概每年30亿美元的成本。美国现在的预算环境并不宽松,所以如果多付这30亿美元,势必严重影响载人重返月球的进度。但是这样一个花费了上千亿美元及许多国家之力才建成的人类文明奇迹,不能因为美国人自己打算不干了就把它报废。为国际空间站找一个出路,也是其中应有之意。

在地利的方面,国际空间站运行在距离地球表面 400多公里的轨道上。这个高度不算太高,相当多的私营航天企业和私营火箭都可以抵达,至少比月球基地的商业货运要现实多了。事实上已经有太空探索技术公司、轨道科学公司等两家企业实现了把货运飞船送上国际空间站,还有多家企业正在考虑把载人飞船送上国际空间站,而且成功的希望很大。

说到人和问题,就复杂多了。首先不得不谈的就是现任美国总统特朗普先生。他上台之后立刻推翻了民主党政府曾经决定的行政政策, 把上一任共和党政府制定的星座计划重新翻了出来,也就是先载人重返月球,然后再前往火星。在这项计划里,其实并没有给国际空间站留出什么位置。实际上无论在哪一届美国政府的计划当中,国际空间站的拨款都截止到2024 年为止。然而很显然,国际空间站各舱段的寿命不会到2024年就走到终点。所以从很早开始,美国政府就在讨论2024年之后是不是把国际空间站交给私人公司去运营。只是在那些岁月里,这个问题的调门还不算太高而已。然后就是现任的美国宇航局长接过官印后,忠实地执行着特朗普的国家航天政策。特朗普说要重返月球,他就把星座计划捡回来;特朗普说要把登月的日期提前到2024年,他就制定了一项5年计划。有这样听话的下属来做事,那么把国际空间站私有化也不是什么不可想象的事情。

▲蒂托在国星辰号服务舱中与航天员合影

人和的最后一项因素就是诸多的美国私营航天企业及其创业者。从现在的情况看,太空探索技术公司的载人龙飞船和美国波音公司的星际线飞船,都有希望在2024年之前具备载人前往低 地球轨道的能力。美国内华达山脉公司 的小型航天飞机也在不断推进,虽然在2024年之前实现载人航天的可能性存疑,但是到2028年,或许他们真的能把航天员送进太空里。

来源:《太空探索》2019年第8期,作者为迟惑

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