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國際空間站空間應用領域商業化做法及對我國的啟示

時間:2019-04-11  來源: 文本大小:【 |  | 】  【打印

一、引言

目前,世界范圍內航天商業化蓬勃開展。航天商業化是指原本只為政府、軍隊、國家安全需求服務的航天基礎設施向商業市場開放,原本只為政府服務的航天制造企業、航天系統運營企業也向商業市場尋求合同,而政府和軍隊作為大客戶進入市場,按商業規律進行招標和采購。在載人航天領域,以Space X為首的新興火箭發射公司迅速發展,取得舉世矚目的成就,獲得政府的大量訂單。除了軌道運輸外,國際空間站(ISS)空間應用領域也蘊藏著很多商業元素。ISS空間應用項目主要包括醫學與生物學研究、生物工程、空間技術、材料科學、教育活動、地球物理學及對地觀測等7個方面的科學研究和應用。通過征集商業項目,或吸引商業公司參與與空間應用相關的任務活動,國際空間站空間應用領域的商業化成就顯著。

國際空間站在取得豐富應用成果的同時,也給其主導國美國帶來了沉重的財政負擔,NASA平均每年花在國際空間站上的費用大約為40億美元,約占NASA總經費的五分之一。正因為如此,美國航天局在2018312宣布將于2025年終止對國際空間站的直接支持,并將其交給商業公司運營。國際空間站給我們的啟示是,單靠國家財政支持的空間站運營很難一直延續,載人航天的商業化,尤其是空間站的商業化是維持其長久運營的有效途徑,是發展的必然。

我國空間站預計2022年建成,并計劃在軌運行10年,這為大規模的微重力研究和其他空間科學研究的發展提供了契機,也為商業項目的開展提供了契機。如果能在空間站運營之初便介入一些商業化運作,不僅能降低建設和運行的成本,提高空間站的經濟、社會效益,還能孕育商業模式、創新項目等,對空間站的持續發展大有裨益。在我國,載人航天空間應用領域的商業化的探索還比較少。通過借鑒國際空間站商業化的做法,本文適當超前規劃,并針對空間站空間應用領域的特點、國家戰略和社會商業化需求提出適當的做法建議,具有重要的現實意義和深遠的社會效益。

二、國際空間站吸引商業項目的做法

2.1 國際空間站商業化項目的管理

為了充分利用國際空間站的美國艙段,NASA委托空間科學促進中心CASIS面向全美的研究所、高校及企業和個人公開招標或征集各類空間科學項目和商業項目。CASIS綜合分析各種因素,確定要重點支持的領域,對空間條件有需求的機構可以申請重點領域以內,甚至重點領域之外的項目。CASIS對申請項目的可操作性、科學價值、經濟價值和合規性進行綜合評估。對特別有價值的項目,如果無法自籌資金,CASIS可以對其進行資助。另外,為了獲取更多的社會資金支持,CASIS也會積極尋求第三方機構合作發布項目指南,由第三方機構對遴選出的項目進行資助。對遴選出的項目,根據與NASA的協議,CASIS負責項目的總體管理,即從項目申請到載荷集成、在軌實驗及最終返回后的處理等全流程工作。CASIS在飛行前、飛行中、飛行后對各商業項目提供的具體支持如圖1所示:

1 CASIS為有潛力的商業項目提供的具體服務

2.2 國際空間站空間應用商業化的重點領域

從上世紀70年代開始,NASA就委任一些機構進行空間商業化的研究,其中,研究的主題就包括分析空間研究的哪些領域適合搞商業化,并對其市場潛力進行分析。2002年,NASA總部的國際空間站商業發展計劃項目組委托其他機構發布的《國際空間站商業市場推廣計劃》,重點分析了微重力研究在生物醫療、農業技術、先進材料制造三個領域的應用前景,以促進相關領域的公司在ISS微重力研究中的投資32013年,在國際空間站發布的最重要的十大科學成果中,上述三個領域的成果占據了5項。現階段,據CASIS發布的信息,國際空間站美國艙段重點發展的是醫學(Good Health Campaign)和遙感 (Good Earth Campaign) 領域。CASIS期望能通過Good Health Campaign與公私營機構、學術機構或其他政府機構聯合,最大化的利用ISS微重力平臺構建開源的綜合多組學的系統生物學數據庫,為航天員健康和地球上人類疾病的早期診斷和精準治療提供依據。CASIS發布的Good Earth Campaign文件詳細闡述了ISS支持的遙感設施類型以及供安放遙感設備的外部實驗平臺的參數,以吸引研究機構或企業的參與,目標是充分利用ISS上的遙感資源為人類服務。。目前,CASIS已經征集到重點領域的若干項目,如Teledyne Brown Engineering公司于2017年在國際空間站上安裝了遙感平臺MUSES,該平臺預計將具備430億美元的市場規模,除了進行地球觀測外,還可以進行環境監測和技術驗證工作。

2.3 國際空間站空間應用商業模式的探索

國際空間站雖計劃在2024年后要成為商業空間站,但其在空間應用領域的商業化也并不成熟,只是一些初步的探索。

國際空間站的商業項目主要包括以下5個大類:1)吸引商業公司合作開展醫學、生物、材料領域的研究;2)吸引商業公司為國際空間站開發硬件設施,如外太空研究平臺、氣閘艙、遙感相機等;3)作為星載設備的試驗田;4)開發太空旅游;5)商業空間站。每一類都有一些嘗試的例子,下面表1中選取了部分例子進行說明。

1 國際空間站商業項目的分類及對應事例

大類

細分領域

國家

事例

吸引商業公司合作開展醫學、生物、材料領域的研究

納米材料生長

日本

資生堂有限公司聯合高校開展納米材料生產研究

蛋白質晶體生長

日本

國際蛋白質公司、中外制藥有限公司與愛科來公司分別參與空間站蛋白質晶體生長實驗

吸引商業公司為國際空間站開發硬件設施

開發商業應用平臺

美國

NanoRacks公司在國際空間站上安裝了兩個NanoRacks研究平臺,客戶只需要支付相應的費用,即可以利用其中的部分空間開展空間科學實驗

開發商業氣閘艙

美國

NanoRacks公司與波音公司共同開發氣閘艙,客戶能夠通過該平臺部署更多人造衛星和商用化的空間站載荷

開發遙感或對地觀測的相機

加拿大

加拿大UrtheCast公司通過與俄羅斯航天局合作,在國際空間站外安裝了兩部對地觀測相機,并依托存儲觀測數據的互動式網絡云平臺,利用應用軟件開發商的軟件,探索類似于移動應用商店的商業模式

星載設備的試驗田

 

歐洲

國際空間站為挪威的Kongsberg公司開發的NORAIS接收機和盧森堡LuxSpace公司研發的LuxAIS接收機提供試驗AIS數據接收能力的機會,成功后,兩臺接收機均應用到了衛星上,并被成功商業化

開發太空旅游

 

俄羅斯

俄羅斯計劃新建太空旅游艙段,并設想通過送富豪上太空旅行的方式籌集資金

商業空間站

 

美國

比格羅公司開發可膨脹充氣式商業空間站,并與日本、英國等7個國家簽訂了諒解備忘錄。2016年,該空間站的雛形已被對接到國際空間站上進行測試

我們可以充分借鑒國際空間站已經實施的商業模式。對第一大類 吸引商業公司合作開展醫學、生物、材料領域的研究,日本JAXA有很豐富的經驗。日本從參與空間站任務之初,即積極探索和推動國際空間站空間應用領域的商業化,并成功實施了很多商業項目。JAXA匯總整理了國際空間站上具有商業應用前景的研究領域,積極挖掘現有的商業潛力,并且不斷增強實驗艙的服務能力,面向熱門領域定向推廣,取得了顯著的成績。日本在國際空間站空間應用領域的商業項目很多,主要分布在高質量膠體晶體的生長、高性能納米材料生長、蛋白質晶體生長、商業衛星部署方面。對第二大類吸引商業公司為ISS開發硬件設施方面,美國、加拿大、歐洲等國有很多案例值得我們借鑒。2017年,ISS美國艙段新上76個載荷,其中35項以上的載荷是由NASA的商業合作公司制造。ISS上的很多商業載荷已經取得顯著效益,如NanoRacks公司在國際空間站上部署的NanoRacks平臺已成功實施了多個商業項目,包括我國北理工的一個生物研究實驗。另外,在星載設備方面,歐洲已經有較為成熟的經驗;在開展太空旅游方面,俄羅斯一直興趣濃厚;在商業空間站的發展方面,美國已取得階段性成功,比格羅公司的商業空間站雛形已經對接到國際空間站上,并且已有7個國家對此表示感興趣6。在這些商業模式的探索都可以為我國空間站所參考。

三、針對空間站的商業化做法建議

3.1、管理協調方面,建議成立專門的空間應用商業項目工作辦公室,統籌載人航天空間應用商業項目的全部實施流程

我國空間站建成之后,將成為國家級太空實驗室,將滾動實施上千項空間科學實驗。參考國際空間站的運營情況,我國空間站的運營階段每年也將花費數十億人民幣。為減輕國家財政負擔,提升空間站應用效益,空間站的空間應用領域的商業化是一種有效途徑。空間應用商業項目工作辦公室作為空間站應用商業項目管理的專門機構,統籌、整合空間站資源,最大限度的促進空間站資源為學術界、工業界共享,拓展空間應用領域的范圍,推動空間技術、空間資源、數據信息、人才、資本等在學術界和工業界的流通,從而促進空間站空間應用系統的硬件設施建設和科技創新,實現空間應用效益的最大化。空間應用商業項目工作辦公室主要為各類商業項目提供服務,可提供的服務包括:

§ 確定重點領域:根據國家戰略需求或社會需求、我國空間站資源特點,明確重點扶持的商業領域,力求在重點領域取得突破;

§ 商業項目征集、遴選和評估:征集符合國家戰略需求、有應用價值、體現技術創新的應用項目,評估其科學價值、預期效益、可操作性,并遴選報批。對自籌經費的商業項目,重點對其科學或應用價值、可操作性及安全性進行評估,對無法自籌全部資金的商業項目,對其項目的必要性及項目申請方的能力、實驗方案的考察要更加嚴格;

§ 探索商業模式,拓展資金渠道:制定相應投資回報規則,吸引社會上的商業資本,成立專門的商業項目基金,以資助有潛力但無法自籌資金的商業項目。

§ 專業咨詢:解決申請方在載荷設計、研制方面的問題,協助他們完成載荷研制任務;

§ 行政手續辦理:幫助企業應對和辦理各類行政性手續,盡量簡化行政流程;

§ 科教與商業化推廣活動:為高校、中小學、各類教育結構、科技公司提供開展教育拓展的機會,以及開展科普教育的視頻、文字材料等。舉辦空間站商業創意大賽,激發空間站商業應用的新創意。

§ 應用前景和成果宣傳:一方面做好空間站資源與社會的銜接,將空間站的資源和應用優勢廣泛的推廣到有需求的企事業單位,另一方面要及時的將各種商業項目的階段性進展和成果進行宣傳報導,以激發和保持社會對空間站商業項目的興趣和熱情。

2 空間商業項目工作辦公室的組成結構圖

在人員組成方面,空間商業項目工作辦公室除了一般工作人員組成的辦事處,還需要成立空間商業項目專家委員會,委員會成員由工程類、科學類及工業界的專家組成,主要負責確定商業項目的重點領域,以及進行項目遴選。現有的空間應用系統已具備了工程專家庫、科學專家庫,除此之外,商業項目工作辦公室還需要籌劃組建工業界專家庫,主要由航天、互聯網、金融機構等企業的CEO或高管組成。商業項目的遴選、評估工作主要由辦事處協調專家庫中相關專家完成,科學專家評估商業項目的學術價值,工程專家評估其可操作性,工業界專家對其經濟價值和應用前景進行評估。另外,工程專家庫的相關專家也負責為商業項目的載荷研制提供專業咨詢。辦事處工作人員負責協助商業項目申請方完成行政手續辦理及進行科教、商業化推廣活動。對于價值重大,而又無法自籌經費的商業項目,辦事處需幫助其從空間應用系統的專項基金或外部企業等機構爭取經費。圖2中,工業界專家庫是新提出的專家庫,需要空間應用商業項目辦公室協調組建。黃色方框中列出的機構或專家庫是辦事處要負責聯絡的,并不需要空間應用商業項目工作辦公室重新組建。

3.2、確定商業化的重點領域,有針對性的選拔或邀請一些商業項目

商業企業的參與可以帶來高水平的商業項目,提高空間站商業項目的成果產出和縮短成果市場化的周期。我們需要依據國家戰略、社會需求以及空間站的實際條件,確定我國空間站每個時期的重點領域方向,并主動邀請相關領域的具有成熟技術的公司參與。參考國際空間站商業化的做法經驗,遙感領域是容易成功實施商業化的領域。目前國內商業航天發展迅速,以地方命名的衛星相繼發射,為當地提供遙感和測繪數據,助力當地智慧產業的發展。空間站目前沒有規劃遙感載荷,這為滿足需求的商業遙感載荷提供了機會。另外,空間站在先進材料制造和制藥領域也蘊藏著很大的商業化潛能。航空航天材料、太陽能電池材料等材料制造行業以及生物制藥領域對微重力、高真空、高輻射的太空環境也有需求,通過在相關的公司中對空間站的實驗資源進行定向推廣,有助于吸引更多的商業項目,提高空間站的應用效益。重點領域的確立應報相關部門審批,并根據具體情況不斷調整。

3.3、探索與商業公司開展合作的辦法

1)通過眾籌或者發動大型商業公司設立基金,扶持空間應用項目

空間應用實驗耗資巨大,單純的由國家承擔,容易造成很大的財政負擔,因此有必要設立相應的基金扶持有潛力的空間應用項目。美國通過CASIS征集商業項目,CASIS設立專門的基金扶持有價值的項目,該基金有一部分來源于NASA,另一部分通過募捐、眾籌及聯合基金的形式獲得。

我國空間站預計在2022年建成并開始運營,為了資助那些無法自籌經費但又具有重要價值的商業項目,需要設立相應的基金。目前來講,單獨的發動對空間站應用項目的眾籌活動很難得到普通百姓的支持,通過事先進行大規模的太空實驗的科普宣傳,提高他們對空間實驗的熱忱,激發青少年們對科學的探索熱情,在此基礎上開展互聯網眾籌活動,以聚大家之力支持空間應用研究的發展。另外,吸引大企業家或富豪為空間站應用項目設立基金,扶持有潛力的空間應用項目開展,可以有效推動空間站商業化水平。號召那些擁有太空夢想的企業家為空間應用項目捐助基金,也為他們提供一些相應的獎勵政策,如基金冠名權、太空廣告的機會,以及從商業項目的實驗成果中獲得相應的專利等。

2)與互聯網公司合作,使用它們的云存儲能力進行數據的存儲和應用

空間站空間應用領域的研究包括空間生命科學、空間材料科學、基礎物理、流體和燃燒科學、空間天文等8大研究領域方向,預計在軌運行10年,屆時將積累EB級別的數據。這些數據的存儲和應用將會耗費大量的服務器資源。互聯網公司具有強大的網絡云計算能力,通過合作或者是租用對方存儲空間、網絡帶寬的方式進行空間應用數據的存儲、處理和應用,有助于節省資源。專業的網絡云可以確保數據的安全、保證高性能和高質量、高速度,提高用戶的使用體驗。這種方式在國內已有先例,2017122日,國家天文臺-阿里云簽訂合作協議,成立了“天文大數據聯合研究中心”,共同推進大數據時代的天文學科學研究和科普教育事業。2017年,雙方戰略合作取得豐碩成果。另外,除了利用互聯網公司的云存儲平臺,空間站數據處理團隊還可以開發一些專門用于數據的下載、處理、分析的軟件并上傳到相應的平臺,借鑒Urthecast公司的模式,探索應用商店的服務方式。

3)培育中國的空間站硬件設施生產商

CASIS與近40家商業公司合作,共同開展商業項目的研究。這些商業公司為ISS提供相應的硬件設施,或幫助空間站的用戶完成載荷研制過程,并且與CASIS共同資助第三方進行空間商業實驗。2017年,共有76個新載荷被運送到ISS,其中一半以上的載荷包含有商業公司的貢獻。目前,ISS在軌運行的硬件設施中,其中12項設施是由商業公司提供。

我國空間站建成之后,并計劃在軌運行10年之久,核心艙和兩個實驗艙中除了已經立項并研制完成的實驗載荷,還剩余很多載荷空間,這也為國內空間載荷研制公司提供了機會。參考國際空間站的做法,我國可以根據空間站艙內的設施需求,面向市場招標,有能力的國內外商業公司自籌經費進行設施開發,并通過向使用這些設施的客戶收取費用營利。可供參考的商業硬件設施包括外太空實驗平臺、衛星部署平臺、遙感相機、增材制造設施、集成的學科實驗室載荷等,甚至可以通過對接商業空間站來擴大我國空間站的可利用面積。對使用這些硬件設施進行空間實驗的新客戶,對應的商業公司還可以協助他們開發與硬件相匹配的載荷。這種全流程的商業化運作將顯著減少空間站給政府造成的財政負擔,提高應用效益。

4)充分挖掘空間站的宣傳功能,拓寬與商業公司的合作模式

中國載人航天取得的成就舉世矚目,也讓每一位國人為之自豪。載人航天自帶的質量管理標簽也為合作伙伴提升了產品的品質地位。參與載人航天項目,將給商業企業帶來巨大的廣告效應,尤其是那些直接面對消費者的企業,與載人航天的關系將顯著提升其在消費者心中的位置。中國空間站建成之后,航天員在太空停留時間將長達數月,為保證航天員的生活質量,很多日用品或食品應針對空間環境進行一些改進設計,這就為相應公司提出了研究太空產品的需求。例如,日本就曾經將乳酸飲料企業的研究項目送到太空,以專門開發適應太空環境的的菌株和飲料來改善航天員的腸道菌群,也可以研發長時間保存乳酸菌的方法應用到地面生產中。我國空間站建成后,應努力打通與非傳統太空合作企業的交流渠道,一方面吸引他們到太空中開展研究提升產品品質,另一方面也可以利用空間站提升產品的品牌效應,同時也拉近空間站與人們日常生活的距離。

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