【原】國際空間站經(jīng)營模式轉(zhuǎn)變：商業(yè)化低成本航天時代來臨

太空與網(wǎng)絡 2020-11-04

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本文刊登于《衛(wèi)星與網(wǎng)絡》雜志2017年4月刊

空間站：

國際空間站運營成熟,，2024年或轉(zhuǎn)為私人運營

國際空間站

現(xiàn)代空間站的雛形，美國空間站的試驗階段

“天空實驗室”

天空實驗室基于“土星”火箭的S-IVB第三級設計制造,，是美國的第一座空間站,，也是當時曾經(jīng)運行在地球軌道上的最大的飛行器。第一批宇航員于天空實驗室發(fā)射后11天到達,。共有三批宇航員訪問了天空實驗室,，他們分別進行了為期28天、59天和84天的三次任務,。進行了紫外線天文學實驗與太陽x射線研究、地球遙感和生物與醫(yī)學研究,?！疤炜諏嶒炇摇币还矆?zhí)行了四次任務，其中三次實現(xiàn)了載人任務,，最后于1979年墜毀,。在這四次試驗過程中，載人航天技術(shù)得到了顯著的發(fā)展,，同時也為空間站的建立積累了經(jīng)驗,，為之后的國際空間站的建立打下了良好的基礎。

美國空間站的成熟階段

多國合作,，共建國際空間站

國際空間站（簡稱ISS）是一個由六個國際主要太空機構(gòu)聯(lián)合推進的國際合作計劃,。這六個太空機構(gòu)分別是美國國家航空航天局、俄羅斯聯(lián)邦航天局,、歐洲航天局,、日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)、加拿大國家航天局和巴西航天局,。參與該計劃的共有16個國家或地區(qū)組織,，以美國、俄羅斯為首,，其他4個重要成員是歐空局,、日本,、加拿大和巴西。歐空局成員國中參與到國際空間站計劃的國家有：比利時,、丹麥,、法國、德國,、意大利,、挪威、荷蘭,、西班牙,、瑞典、瑞士和英國,，其中英國是項目開始之后參與進來的,。

國空間站未來經(jīng)營模式轉(zhuǎn)變

由國家經(jīng)營轉(zhuǎn)向私人經(jīng)營

由美國、俄羅斯,、歐盟等共同建設的國際空間站原定2024年退役,，但美國國家航空航天局（NASA）官員近日表示，該機構(gòu)考慮屆時把國際空間站移交給私營企業(yè)繼續(xù)運營,。為維持空間站運行,，NASA每年支付約40億美元，約占航天局總預算的20％,。NASA現(xiàn)在已把空間站貨運任務交給兩家私企,，下一步將把空間站載人任務也交給私企，以把工作重點轉(zhuǎn)向火星,，其目標是本世紀30年代實現(xiàn)載人登陸火星,。除了傳統(tǒng)的科技研發(fā)之外，航天事業(yè)還可以更加商業(yè)化,，實現(xiàn)較大的商業(yè)利益,，而通過將其承包給私有企業(yè)，將更好的迸發(fā)出新的活力,。太空,，向來是最能激發(fā)人類好奇心和探索欲的地方，而人類也一直都在將這種好奇轉(zhuǎn)化為更為強大的技術(shù)能力,，創(chuàng)造出全新的商業(yè)機會和產(chǎn)業(yè)市場,。

貨運飛船：

近年發(fā)展迅速，呈現(xiàn)商業(yè)化,、低成本化趨勢

各國積極參與

美國實現(xiàn)商業(yè)化

目前,，成功發(fā)射貨運飛船的國家除了我國外，還有俄羅斯、歐洲,、日本以及美國,。近年來，貨運飛船得到了快速的發(fā)展,。其中,，美國的貨運飛船成功實現(xiàn)了商業(yè)化。近些年,，歐洲,、日本、美國相繼發(fā)射了貨運飛船,。

現(xiàn)有技術(shù)成熟

進一步控制成本成為趨勢

目前,，在國外，貨運飛船的相關技術(shù)都較為成熟,。目前,，在國外貨運飛船更傾向于利用現(xiàn)有制造的技術(shù)，盡可能控制成本,，并拓展其他相應的技術(shù),，例如火箭回收技術(shù)，進一步的降低發(fā)射成本,。目前,，美國Space X 公司已經(jīng)成功實現(xiàn)了一級火箭的回收以及再發(fā)射。據(jù)稱,，此技術(shù)的實現(xiàn)可以降低發(fā)射成本30%以上,。隨著火箭回收技術(shù)的進一步發(fā)展，成本進一步降低,，貨運飛船完全實現(xiàn)商業(yè)化指日可待。

運載火箭回收技術(shù)發(fā)展,，進一步控制成本

龍飛船

標志著商業(yè)化,、低成本的貨運航天時代來臨

龍飛船由太空民企-美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）牽頭研發(fā)，是全球屈指可數(shù)的商用太空飛船之一,，是世界上第一艘由私人公司研發(fā)的航天飛船,。第一代貨運龍飛船于2010年12月8日試飛成功，2012年5月22日發(fā)射成功,，2012年10月7日發(fā)射升空,，首次向國際空間站運送重達455公斤的貨物。SpaceX的目標是將航天運輸?shù)某杀窘档阶畹?，為了降低成本,，SpaceX甚至從網(wǎng)上購買過二手儀器，找最便宜的打撈公司打撈火箭殘骸。該公司單次費用為1.33億美元,，是目前發(fā)射成本最低的公司,。

火箭動力：

固體發(fā)動機助推器、液體發(fā)動機主機已然是首選,，火箭技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展,，成本不斷降低

固體火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡單、成本低

依然是助推器首選

貨運飛船的動力系統(tǒng)包括助推器和運載火箭,。助推器的基本元件有發(fā)動機（含殼體,，推進劑，點火器和噴管）,，主結(jié)構(gòu)體,，分離系統(tǒng)，飛行控制儀器,，設備減速系統(tǒng)推力矢量控制器,，回收系統(tǒng)，安全自毀系統(tǒng),。目前,，助推器主要分為固體助推器和液體助推器。兩者各有優(yōu)缺點,，固體火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡單,、造價便宜，便于回收,。液體火箭發(fā)動機安全性較高,，可緊急關機，比沖高,?？梢钥闯觯颂K聯(lián)和歐洲使用過液體推進器外,，其余國家基本使用的是固體推進器,。就目前來說，固體推進器依然是貨運飛船的首選,。這主要是因為固體推進器的技術(shù)成熟,，成本低。這也說明目前大家的關注點依然在如何降低成本以及提高穩(wěn)定性上,。

美俄處于運載火箭霸主地位

主級動力采用大推力高能量的液體火箭發(fā)動機

運載火箭末級有儀器艙,，內(nèi)裝制導與控制系統(tǒng)、遙測系統(tǒng)和發(fā)射場安全系統(tǒng),。有效載荷裝在儀器艙的上面,，外面套有整流罩。它每一級都包括箭體結(jié)構(gòu)、推進系統(tǒng)和飛行控制系統(tǒng),，級與級之間靠級間段連接,。美俄兩國在運載火箭的實力上依然處于霸主地位，各運載火箭主級動力方案大多采用成熟的液體火箭發(fā)動機,，可以降低火箭總體的總質(zhì)量、提高可靠性和保證研制進度,。

運載火箭回收技術(shù)取得突破

可進一步控制成本

目前的運載火箭都是一次性使用,，發(fā)射成本很高。美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）于美國東部時間2015年12月21日成功發(fā)射并且成功回收一級火箭,，并與2017年3月31日實現(xiàn)了回收火箭的再發(fā)射,。獵鷹-9火箭標準報價為6200萬美元，發(fā)射至近地軌道最大載荷22.8噸,；發(fā)射至地球同步轉(zhuǎn)移軌道最大載荷8.3噸,。回收“獵鷹-9”火箭第一級并重復使用,，火箭的成本將再降低70%,，如果回收第一級和第二級，火箭的發(fā)射成本將降低98%,，SpaceX公司多次海上回收火箭,，對于降低航天發(fā)射成本具有巨大的推動作用。

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