從工業化的角度系統看,流程格命對於商業航天發展十分重要,解決成本、效率問題最終還得依賴源源不斷的技術創新。而良性迴圈的市場環境是科技創新的根本土壤,建立由終端市場需求驅動的迴圈機制是相關機構的首要任務。
在當前階段,至少有兩個問題亟需重視:一是雙向技術轉化的路徑機制;二是機制本身的效率。這就涉及到發展與監管的關係。
從美國商業航天看,產業發展上主要是以NASA為超級介面,基於傳統航天科研成果,為眾多商業航天企業提供技術、資金、基礎設施服務支援,培育類似SpaceX這樣的下蛋雞;在監管層面,則以隸屬於美國交通部的FAA(美國聯邦航空管理局)為統一歸口,收攏相關的戰略、安全管理要求;另外就是政策、產業體系相關的制度環境。這幾個方面共同構成美國商業航天的發展基礎。
所以,雙向技術轉化,看SpaceX與NASA的關係就可以很清楚;而監管效率,從SpaceX與FAA的矛盾看,顯然是不符合馬斯克的需求的。
01
美國商業航天涉及部門及其監管邏輯
網上有一張圖流傳很廣,我認為是商業航天專案實際操作複雜性,以及跨部門協同監管難的現實寫照。
圖1:SpaceX與美國各官方機構
我們先看一下圖中這些部門分別是什麼,以及他們的監管邏輯。
NASA(美國國家航空航天局):主要負責美國民用太空探索和研究,包括載人航天、科學任務、深空探索等.
USSSF(美國戰略衛星辦公室):負責美國軍事太空資產的採購和整合,確保軍事太空系統的安全和防禦。
SDA(美國太空發展局):推動美國在太空的軍事能力,包括太空武器和防禦系統。涉及太空戰略相關的事項需要獲得SDA審批。SDA還負責監管太空交通管理,包括軌道分配和太空碎片減緩標準等。
NOAA(美國國家海洋和大氣管理局):提供氣象資料,監管衛星發射的環境影響評估,以及管理地球觀測衛星。
FAA(美國聯邦航空管理局):隸屬於美國交通部,負責監管民用航空和太空發射活動,包括髮射許可證和航空安全。相關許可事項由旗下商業航天辦公室(AST)主管。
FCC(美國聯邦通訊委員會):監管通訊頻率的使用,確保衛星通訊服務的公平性和可靠性。
EPA(美國環境保護署):評估和監管航天活動對環境的潛在影響,確保遵守環境法規。
ITAR(美國國際貿易管理局):監管航天器的國際貿易,確保遵守國際貿易法規。
FWS(美國魚類及野生動物管理局):通常與野生動物保護相關,某些情況下可能涉及評估航天活動對特定物種的潛在影響。
TCEQ(美國消費品安全委員會):主要負責消費品安全,某些情況下可能涉及評估航天器部件的安全性。
按照網上資料,美國航天專案發射審批的一般流程是:專案計劃(衛星設計、軌道選擇和任務目標,符合ITAR、TCEQ有關貿易和相關消費服務的標準)—>頻率和軌道資源申請協調(FCC以及國際電信聯盟ITU)—>環境影響評估(EPA、FWS、NOAA)—>涉及國家安全的需要透過安全審查(USSSF、SDA)—>發射許可證申請(FAA旗下的AST)—>與發射場運營商協調發射時間和場地—>發射前檢查(FAA、USSSF、NOAA、EPA、美國太空司令部、海岸警衛隊等)—>向美國海岸警衛隊和其他相關機構發出發射通知—>獲得所有必要許可、完成準備工作後,執行發射任務—>發射後按照監管要求確保軌道維護和空間碎片減緩措施(NOAA)—>按國際慣例通報發射計劃和執行結果。
整體看,美國商業航天專案被歸屬在運輸業務範疇,全生命週期的監管事項比較清晰,監管內容主要涉及市場準入,法律法規,從國家戰略、太空資產、航天器到專案資料等各級各類安全要求,資源協調,資料共享與公共利用等。
市場準入
透過聯邦航空管理局(FAA)旗下商業航天運輸辦公室(AST)整體統籌,主要看是否符合民用航空和太空發射的安全標準,包括髮射場的安全、發射操作的合規性、環境影響評估等等。
太空法律法規
包括國際的和國內的,美國國內相關法律包括著名的“沃爾夫條款”,以及《國家航空航天法》《商業航天發射法》《發射服務購買法》《地球遙感政策法》《商業空間法》《商業航天運輸競爭法》《商業航天競爭力法》《航天實體責任法案》等;國際的包括聯合國頒佈的《外空條約》《營救協定》《損害責任公約》《登記公約》《月球協定》。
國家戰略安全
相關評估標準主要看:1、該航天專案是否符合美國國家安全利益,確保不會對國家安全、美國太空資產和防禦能力造成威脅。2、航天器的設計、製造和發射技術必須達到一定的成熟度,以確保任務能成功執行,且專案經過充分測試驗證。3、必須有明確的風險管理計劃,能夠識別、評估和緩解潛在風險,必須有應急響應計劃,以應對可能的事故和緊急情況。4、航天器的操作必須符合安全標準,包括髮射、在軌執行和退役全生命週期。5、必須保護敏感資訊,防止資料洩露或被未授權訪問。6、必須有足夠冗餘,在發生故障時仍然能完成任務。此外,專案供應鏈、參與人員必須是經過審查的,沒有安全漏洞和和潛在風險。
航天業務安全
側重於確保商業航天器的設計、製造和操作符合嚴格的安全標準。
資源協調
一是太空軌道、無線電頻率的申請協調,涉及國際資源和國內統籌兩方面。
二是多部門的監管協調,確保監管的一致性和有效性,歸口在發證機關FAA這裡。
資料共享與安全邊界
商業航天專案與zf機構共享資料,以支援科學研究和公共利益。對敏感資訊的防洩漏要求較為嚴格,包括USSSF、NRO(美國國家偵察局)都會涉及相關的審查。
02
SpaceX與NASA
圖一比較奇怪的一點,NASA主要是一個科研機構,可能會參與一些專案的技術評估,但不像其他幾個機構擔負監管許可職責。而且,NASA和美國國防部是美國商業航天主要的採購方,與其他幾個監管機構的角色性質完全不同。將NASA放到一起似乎有些不合理。
NASA雖然也叫航天局,但和國內航天局(CNSA)的角色不是一個概念,某種程度有點類似中科院,但與中科院差別也很大:
NASA是一個與國防部、C/I/A等同級別的部級獨立機構。負責制定和實施美國的航天政策,進行太空探索和航空科學研究,涵蓋了航天器研製、太空探測、國際空間站建設等多個領域,名義上是民用機構,但大部分專案都服務於軍事目的。
CNSA是工信部下面的副部級單位,對中國航天事業主要起行政指導、宣傳、國際合作協調作用,不負責科研。火箭、航天器的研發製造由央企航天科技、航天科工等負責。發射場、測控船由戰略支援部隊負責。應用科研由中科院、高校等機構負責。載人航天相關由專門的載人航天工程辦公室負責。國家級航天專案立項由更高層zy機構協調論證。
中科院是一個綜合性的科研機構,部級單位,負責基礎和應用研究,涵蓋多個科學領域。
圖2:答案應該是都不像,不是一回事
NASA從角色上看,更像是一個空天領域科研體系的超級介面,既是航天技術的輸出方,也是美國商業航天企業主要的技術服務採購暨資金來源方,可以說美國商業航天的技術雙向轉化通道,是由NASA構建和維繫的。
根據網上獲取的資訊:NASA的科研經費由美國國會撥款決定,國內航天專案資金劃撥則由發改委、財政部、科技部、教育部、中科院等共同決定,民用航天專案資金由航天局分配,軍事航天專案資金由戰略支援部隊負責分配,科研航天專案資金由中科院、科技部等分配;航天專案立項由發改委、國家航天局、軍委、財政部、科技部、中科院等參與決策。
如果以上資訊無誤的話:國內決定商業航天發展(產業政策、總體預算資金和重大專案立項)的是發改委等部門;國內對標NASA在航天預算內執行立項和分配這塊角色的,是國家航天局(民用航天)、戰略支援部隊(軍事航天)和中科院、科技部、教育部(科研航天)等;在技術輸出與轉化這塊角色能夠對標的應該是航天科技+航天科工+中科院航空航天研究所。
總體來說,國內與航天有關的決策機構是比較分散的。相較而言,美國在航天發展層面以NASA為超級介面,舉國體制特徵更明顯。
對於美國商業航天發展,NASA提供的支援包括資金、技術支援和基礎設施服務等。
根據網上資料:SpaceX早期估值200億美元的時候,從美國zf拿到的80多億美元經費中,其中NASA就佔了72億美元,此外就是美國空軍的9.6億美元;在SpaceX創業初期連續3次發射失利的時候,得到NASA近4億美元的資金支援,遠高於當時拿到的商業投資;另外,SpaceX在NASA“商業乘員計劃”中曾拿到高達31.44億美元的資助。
NASA為SpaceX提供的技術支援則更為關鍵,涉及運載火箭研製、發動機建模、增材製造技術、乘員艙顯示和控制技術、衛星再入分析、航天器結構的表面化學和材料分析、載人飛船試車監控所需的協調鐳射光譜技術等領域。在NASA“商業軌道運輸服務”計劃和“商業乘員計劃”下,雙方協議明確表示,NASA會給SpaceX提供必要的技術支援,而且相關技術成果和專利所有權歸屬SpaceX。
NASA除了為SpaceX提供肯尼迪航天中心LC-39A發射工位及完整的配套服務,還有斯坦尼斯航天中心的發動機試車設施和技術支援,格林研究中心的電源試驗支援,戈達德太空飛行中心的無線電(射頻)試驗支援等等。
此外,NASA與FAA合作開發了太空交通管理系統,美日兩國合作共同打造了一個覆蓋全空域的太空交通管理局,搶佔先機,為美國商業航天的發展創造了良好的制度空間和國際資源環境。
很顯然,SpaceX等於是NASA親手扶持起來的,SpaceX就是NASA借雞生蛋的那隻最優秀的下蛋雞,SpaceX成熟起來以後兩者就是一個雙向互哺關係。(這可見網上把NASA和SpaceX分別作為傳統航天和商業航天代表對立起來的觀點有多荒謬,這樣荒謬的觀點能大行其事,也說明我們最基本的科普和資訊傳播差了十萬八千里。)
03
SpaceX與FAA矛盾的深層原因
行業相關法律法規、監管體系都是產業發展的制度基礎,是維護行業安全、健康、有序發展必不可少的,但監管效率跟不上市場變化在各國都是個比較常見的問題。SpaceX與FAA的矛盾似乎主要聚焦在環境評估上,而對於相關的安全稽核,SpaceX甚至比FAA更重視:
SpaceX負責建造和飛行可靠性的副總裁比爾·格斯特邁爾(Bill Gerstenmaier)說,“AST的角色對於實現安全的太空運輸至關重要,但我們正處於崩潰點——包括環境評估放行在內的發射許可,通常比火箭開發需要的時間還長。這根本就不應該發生,而情況只會變得更糟。”
SpaceX 稱,飛行許可被延誤的原因並不是由於新的安全隱患,而是“過多的環境分析所致”。“不幸的是,我們沒有將資源集中在關鍵的安全分析上,也沒有合作制定合理的措施來保護公眾和環境。相反,許可程式一再受到各種問題的干擾,從無關緊要到明顯荒謬的問題。”
國內對雙方矛盾事件的解讀中,FAA多半被描述成一個關僚主義的典型代表。但如果我們關注到2020年初AST為簡化規則、提高工作效率完成的重組,應該能理解AST已經很努力了。要知道這個時間我國衛星網際網路才剛剛被納入新基建。
2020年AST重組正是美國為發展商業航天、面對不斷增長的商業航天活動而採取的一系列響應措施之一。它的調整方向包括對辦公機構、規則及流程進行簡化,增加預算和擴充人員,使用自動化手段改造申請流程等等。
FAA對媒體表示,自2012年以來,經許可開展的商業發射活動已增加了1000%,而AST的預算及人員只增長了約40%。此外,FAA還認為商業發射活動到2021年可能會繼續增長100~500%,而其人員數量可能只增加約20%。
圖3 FAA:1989-2022年美國商業航天發射次數(藍色為許可發射,橘色為試驗發射)
目前看,AST對美國商業航天的發展還是有預期的,SpaceX的發展速度超過了AST的能力,這算是美國商業航天幸福的煩惱。國內傳播和解讀這個事件,恐怕從中吸取經驗為我所用才是最佳姿勢:
一是關注到監管效率對全產業發展的乘數效應;
二是建立產業發展的整、全視角,而非單一將發展責任放在企業或zf一方,必須清楚地知道要發展商業航天應該要做哪些事,這些事具體是誰來負責的。
只有全行業和關注商業航天發展的吃瓜群眾都能形成這樣的思考邏輯,才能幫助行業更快更好地建立發展基礎。
前面一直說我們中國最大的優勢是舉國體制,舉國體制的本質就是能夠快速組織動員、達到較高的政策落地效率。但在商業航天領域,看起來美國的舉國體制特徵似乎更明顯,這個領域也是在美國去工業化、世界整體東昇西降大勢之下,美國最後的優勢領域之一。
有意思的是,在業內某基金會專業分析師口中,舉國體制是造成NASA沒落、以及我國商業航天發展不利的最大原因。在SpaceX這個由NASA手把手扶持的下蛋雞發展如日中天的時候,這些邏輯如此擰巴的言論是如何大行其事的,令人費解。
所以,我國商業航天要發展,首先還得達成基本共識。
既然市場化是必須的,敢不敢按照市場化機制辦事?大膽創新,甭管什麼招數管用就行,只要能給我們留出超車的時間和資源空間,畢竟市場就在那裡,不是美國的就是中國的。敢不敢、能不能接受中間過程出現失敗、出現碎片,被國際碎嘴子和國內的離岸美國人陰陽幾句……?
>End
本文轉載自“數字時代全景窗”,原標題《商業航天之路:從馬斯克與FAA的恩怨史,談市場化機制的兩個要點》。
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