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2019年航天专题之美国:航天产业商业化程度最高

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20 肖蕴轩 • 2019-05-01 11:30:21  来源:前瞻产业研究院 E4464G0

目前,美国稳居世界航天第一梯队领头羊的位置。美国如此强悍的航天实力很大程度得益于其实施的航天模式,即公私合作模式 。美国航天局通过公私合作,对航天企业进行资金和技术投入,培育商业月球探测力量快速崛起,而同时航天企业也为政府主导的探月活动提供了有效支撑。

航天政策为行业商业化松绑

进入21世界,美国开始逐步通过刺激商业航天发展来提升国家整体航天实力,特别是奥巴马政府上台后推出的《国家航天运输政策》,进一步鼓励航天发射的商业发展及国际合作,使得如太空探索技术公司(space x)、蓝色起源公司(Blue Origin)、SNC、Virgin Galactic、等私营商业航天公司获得了相应的政策支持和技术、人力及物力的支柱,得到了蓬勃发展。美国商业航天市场由于国家政策的挑战杯彻底激活,私营商业航天公司以其创新意识受约束较少和扁平高效管理模式的特点,刺激和逼迫传统航天公司不断革新,从而提升了整个国家的航天综合实力,实现了商业航天发展的正循环。

图1:美国主要航空政策汇总

除了在《国家太空战略》中一系列原则性的政策导向之外,美国政府与国家航空航天局(NASA)推出了一系列投资协议举措,为包括太空探索技术公司在内的商业航天公司研制商业空间运输系统提供了巨大帮助。其中,“商业轨道运输服务”(COTS)计划主要正对航天器或运载器的涉及开发;而“商业补给服务”(CRS)计划主要针对产品或服务的交付、“商业轨道运输服务”计划包含了一批与“里程碑”计划紧密相关的资金与合同;“商业乘员开发”(CCDev)计划仅涉及载人航天服务。这三类项目都由NASA的商业乘员和货物项目办公室负责管理。

图2:美国主要航空投资协议

登月模式:公私合作模式

由于美国商业公司的深空探测能力仍然有限,美国政府选择通过公私合作,扶持商业深空探测发展。目前,美国航天商业公司自筹经费、全权负责探测器研制工作,而NASA可以免费提供技术、设施设备等支持,双方共享技术成果。

此外,商业公司自主开发成熟产品和技术,NASA经过严格认证后,采购商业公司的产品和服务。NASA在商业公司既有技术成果的基础上,投入资金、技术、基础设施等资源,与商业力量合作开展技术研发,加快研制进度、共享创新成果。近年来,NASA与商业企业开展了一系列合作,为实现商业月球探测奠定了坚实的技术基础。

图3:美国登月模式图解

航天综合实力TOP1

作为世界经济总量排名第一的超级大国,美国航天能力水平与国家经济发展水平高度契合,目前美国仍然稳居世界航天第一梯队领头羊的位置,不存在明显的航天能力短板,总体竞争优势仍然显著。但其航天能力的发展出现“天花板”现象而趋于稳定,因而相对其他国家的优势有所缩小。2017年据世界知名杂志《国际太空》(英文名space international)的综合评估,美国航天能力评估总分94.22分,位列全球第一,并且在政府支持、技术能力、保障能力、产业发展、创新发展等多个维度均具备优势。 

 图4:美国航空航天业综合实力情况

      从航天发射次数来看,2013-2018年,美国航天发射数量呈波动上升的趋势。至2018年,美国航天共计发射31次,同比上年增长6.90%。

图5:2013-2018年美国航天发射次数(单位:次)

横向对比来看,2018年,全球航天发射共计114次,其中,美国航天发射次数占总发射次数的29.82%。

图6:2018年全球航天发射情况(单位:%)

航天产业链商业化程度高

目前,美国航天产业链商业化程度较高,行业内民营企业较多。产业链上游主要是一些基础材料和元器件,这一环节,主要以美国铝业、美国钢铁公司、3M等企业为代表。

产业中游的主要工作是分系统进行研制,这一环节中,火箭结构主要以雷诺兹金属、北美航空为代表;发动机制造以洛克达因和道格拉斯飞行器公司为代表;电子设备以福特仪器和IBM为代表。

产业下游即主要负责航天设备的总装与集成。其中,总体设计主要以ULA、轨道ATK等公司为代表;总体集成与测试主要以通用电力与蓝色起源为代表。

图7:美国航天产业链图解

从当前发展看,美国已具备开展商业月球探测的条件。一是美国商业公司的技术研发与运行管理较为先进,有能力掌握相对成熟的月球探测技术,在政府的有效监管下参与探月活动,可大大降低政府投入成本,企业也能获得利润回报。二是从管理角度看,美国政府的航天基础设施、试验设备、测控手段、技术成果等能够提供给商业公司使用,保证商业任务实施。

主要商业公司月球探测项目最新进展

近年来,NASA与商业企业开展了一系列合作,为实现商业月球探测奠定了坚实的技术基础。在向商业公司购买相关月球数据信息的基础上,2014年1月,NASA发布“月球催化剂”(LunarCATALYST)计划信息征询书,与美国企业合作开发“可靠和经济划算的商业性无人月球着陆器”,最终选择月球快车公司、太空机器人技术公司、马斯腾太空系统公司三家企业,共同开发“商业无人月球着陆器”,联合发展月球有效载荷运输技术,促进商业企业月球运输能力提升。2016年8月,美国联邦航空管理局(FAA)批准月球快车公司向月球表面发射着陆器,开创了商业公司开展深空探测的先例。

在NASA“月球催化剂”计划的资助和扶持下,一批美国企业具备了开展商业月球探测的初步能力,正在实施多个月球探测项目。美国NASA于2018年9月公布了“商业月球有效载荷服务”(CLPS)的最终招标文件,美国月球快车公司、宇宙机器人公司和马斯腾空间系统公司均提交了投标方案。2018年11月,NASA宣布有9家公司获得了CLPS竞标资格,除了包括上述3家公司外,另6家公司是深空系统公司(DeepSpaceSystem)、德雷珀公司(Draper)、超越轨道公司(OrbitBeyond)、直觉机器公司(IntuitiveMachines)、萤火虫宇航公司(FireflyAerospace)和洛马公司(LM)。NASA表示,首批CLPS月球任务预计将在2020年发射。可以预见,在未来空间探测活动中,商业民营公司、非政府机构的空间探测活动将呈现活跃和快速发展的态势。

图8:美国主要航空投资协议最新情况

深空探索与空间运行为NASA未来发展主要方向

从近些年的数据来看,美国在航天领域的预算一直稳定在195亿元左右。据NASA官网数据显示,2018年,NASA的预算金额为195.198亿美元,2019年预算略有增加,为198.922亿美元。未来几年,航天预算预计不会有太大波动。

图9:2017-2023年美国航天预算金额情况(单位:亿美元)

从NASA预算的用途来看,未来美国航天的研究方向主要在深空探索以及空间飞行两岸面。据统计,2019财年NASA预算分配给“深空探索系统”领域45.59亿美元,占比达21.29%;“低地球轨道与空间飞行运行”领域46.25亿美元,占比达25.15%;“科学”领域58.95亿美元,占比达29.32%。

图10:2019年美国航天预算情况(按项目)(单位:%)

2018年9月,NASA发布了《国家太空探索活动报告》,规划了从近地轨道到月球再到火星的载人探索路线图。该报告提出了美国未来太空探索的5个战略目标: 

图11:美国登月战略目标

以上数据来源参考前瞻产业研究院发布的《中国卫星导航与位置服务产业市场前瞻与应用前景预测分析报告》。

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