运输系统案例集/商业太空飞行

摘要

商业太空飞行是指货物、卫星、科学有效载荷和乘客从地球海平面以上62英里的近地轨道（LEO）开始，通过私营航天器和火箭进行的移动。商业是指私营部门运营的业务，使用他们拥有的车辆、航天器或服务。 该行业作为公私合作伙伴关系运作，商业运营公司设计和生产NASA为其太空任务租赁的运输工具。这些公司还可以追求自己的非政府商业利益，例如太空旅游。商业太空飞行为太空探索、科学发现和商业企业带来了新的机遇。随着这些机遇的到来，也带来了一系列具有国家和国际影响的政策发展和问题。

参与者注释列表

美国国家航空航天局（NASA）

NASA的商业载人计划（CCP）促进了与私营航天产业的强大公私合作关系，以鼓励商业太空运输计划的创新发展，该计划通过使用私营公司或组织为盈利而拥有和运营的航天器来执行。

联邦航空管理局（FAA）

FAA的商业太空运输办公室（AST）成立于1995年，负责监督、授权和监管商业发射和再入活动，以确保公众、财产、国家安全和美国外交政策利益得到保护，并鼓励、促进和推动商业太空运输。

美国商业太空产业

美国私营公司正在设计和开发往返近地轨道和国际空间站（ISS）的运输能力，供NASA的CCP计划选择。NASA已选择波音和SpaceX公司建造和运营系统，用于将宇航员运送到国际空间站和从国际空间站返回，以及塞拉利昂内华达公司的航天器将设备和货物运送到空间站。此外，SpaceX和Orbital ATK与NASA签订合同，将货物运送到国际空间站。其他私营公司正在开发航天器，以争夺新兴的商业载客飞行到近地轨道的市场，用于旅游，包括维珍银河和蓝色起源。

美国太空小组委员会

美国众议院太空小组委员会对所有与太空研究和开发有关的事项（包括商业太空活动）拥有立法管辖权、一般监督权和调查权。

商务部

太空商务办公室负责太空运输商务政策活动，其使命是为美国商业太空产业的经济增长和技术进步创造条件。

商业太空运输咨询委员会（COMSTAC）

该咨询委员会由行业、政府、学术界和倡导组织组成，向FAA提供有关美国商业太空运输行业事宜的信息、建议和推荐。

商业太空飞行联合会（CSF）

美国航空航天工业委员会，其使命是促进商业载人航天飞行发展，追求更高水平的安全，并在整个行业分享最佳实践和专业知识。

事件时间轴

1962年 - 通信卫星法

提供扩展的电信服务，并建立一个响应公众需求和国家目标的商业通信卫星系统。美国的参与将采取私营公司的形式，并受政府监管。

1967年 - 联合国在联合国外层空间事务办公室（UNOOSA）下制定了“五项太空条约”)

1. 外层空间条约（1967年）
2. 救援协定（1968年）
3. 责任公约（1972年）
4. 登记公约（1976年）
5. 月球协定（1984年）

《外层空间条约》（1967年），是五项条约中最重要的一项，也是所谓的“非军备”条约中的第二项；它旨在防止“一种新的殖民竞争”以及自私的开发可能造成的损害。本文从两个方面限制了外层空间的活动。

首先，它包含一项承诺，不将核武器或任何其他大规模杀伤性武器送入地球轨道、安装在月球或任何其他天体上，或以其他方式部署在外层空间。

其次，它限制将月球和其他天体专门用于和平目的，并明确禁止将其用于建立军事基地、设施或防御工事；试验任何种类的武器；或进行军事演习。

五项空间条约，使空间计划能够遵循一套国际商定的标准，并促进了合作参与，最终导致各国允许私营商业组织接管空间计划的部分职能。如果没有联合国外空司等政府组织的早期参与，像商业航天联合会（CSF）这样的组织今天将不可能存在。

1984年 - 商业航天飞行法案

该法律规范和促进美国的私营航天飞行产业。该法律负责向私营公司和美国公民发放发射许可证。

1990年 - 国家航空航天局多年授权法案

第一条：国家航空航天局授权

• 在商务部内设立了一个空间商务办公室，以协调与空间相关的议题、计划和举措，并授权拨款。

• 修正了商业空间发射法案，以授权拨款执行该法案。

• 商务部长负责促进私营部门参与商业空间运输活动，并促进公私伙伴关系。

第二条：1990年发射服务采购法案:

• 要求美国宇航局从商业供应商处购买其主要有效载荷的发射服务。

• 允许美国宇航局获取或拥有运载火箭，但历史展示品除外，仅在这些例外情况或进行发射技术的研究、开发和测试时才需要。

• 要求根据完全、公平、公开的竞争原则授予向美国宇航局提供发射服务的合同。

• 要求美国宇航局限制其对支持投标或建议书提交成本或价格数据的要求。

• 要求使用性能规范，而不是详细的政府设计或施工规范。

1998年 - 商业空间法案

要求联邦政府从美国公司采购商业空间运输服务，以促进私营部门的商业空间机会。该法案实施了八年前1990年发射服务采购法案中的许多条款。

2004年 - 商业空间发射修正法案

允许更多私人投资开发能够将人类送入太空的商业运载火箭。该法案赋予联邦航空管理局（FAA）监管载人航天飞行的权力。它还建立了监管框架以及将乘客送入太空的乘客协议规则。

2004年 - 宇宙飞船一号

第一个到达近地轨道的非政府载人航天器。该航天器在同一年成功完成了另外两次飞行，从而诞生了第一个私人生产的可重复使用航天器。

2010年 - 美国国家空间政策

“为了支持其关键的国内航空航天产业，美国政府将在满足政府需求时使用商业空间产品和服务，投资于新的和先进的技术和概念，并利用与工业的广泛合作伙伴关系来促进创新。美国政府将在国际合作协议中积极促进购买和使用美国商业空间产品和服务。”

2013年 - 国家空间运输政策

该政策的目标是美国通过促进创新驱动的创业精神和有利于美国经济的国际竞争力来鼓励和促进美国商业空间运输产业的发展。该政策支持载人航天运输计划，包括往返国际空间站的近地轨道以及深空探测。该政策还加强了美国商业航天飞行的发展，以服务于私人载人航天市场。

2015年 - 2015年商业空间发射竞争法案

将“学习期”法规延长至2023年，因此联邦航空管理局不能制定任何关于商业载人航天飞行的安全法规，并将赔偿（空间发射责任）延长至2025年，以适用于美国发射提供商因发射失败导致第三方损失的情况。

案例叙述

是什么促使立法者支持商业太空运输？

商业航天飞行的前提是，当私营企业在人才、资源以及以创新的方式满足数字化时代对信息和服务日益增长的需求方面有如此多的优势时，美国宇航局不应该垄断航天飞行。直到里根总统于1984年签署《商业空间发射法案》之前，美国政府一直垄断着航天飞行。在此之前，商业卫星发射是被禁止的，但即使在该法案通过之后，由于监管和繁琐的流程，商业发射也证明是困难的。仅仅两年后的挑战者号航天飞机灾难迫使美国宇航局和联邦政府暂停航天飞机飞行，并重新评估允许商业航天飞行提供此类服务的可行性。1990年《国家航空航天局多年授权法案》中《发射服务采购法案》的通过有效地结束了美国宇航局的垄断。它首次要求美国宇航局从商业供应商处购买其主要有效载荷的发射服务，且例外情况最少。它还要求美国宇航局给出完成所需任务的必要规范，而不是直接给出具体的施工要求或设计，从而使商业发明和创新能够找到解决问题的最佳方案。

美国宇航局对俄罗斯的依赖

在美国于2004年退役航天飞机项目后，在波音和SpaceX公司通过其商业载人计划（CCP）开发航天飞机将宇航员运送到国际空间站的过渡期间，俄罗斯一直在运送美国宇航员前往国际空间站。美国宇航局设定了2015年开始独立航天飞机服务的目标日期，但在2011年至2015年期间，国会从CCP中削减了10亿美元。随后，发射日期被推迟到2017年。因此，美国宇航局被迫与俄罗斯续签合同。2015年，美国宇航局局长查尔斯·博尔登致函国会，告知议员续签合同的情况。

“我写信通知您，美国宇航局再次修改了其与俄罗斯政府现有的合同，以满足美国对机组人员运输服务的需要。根据这项合同修改，这些服务对美国纳税人的成本约为4.9亿美元。我请求我们放下过去的争端，集中我们的集体努力，支持美国工业——波音公司和SpaceX公司——完成其载人飞船的建造和认证，以便我们能够从佛罗里达州的太空海岸在2017年开始发射我们的机组人员。”

美国依赖一个外国国家和以前的竞争对手来执行其太空任务，这使得商业太空运输发展工作变得更加紧迫。少数几家公司已成为该领域的早期领导者，并在研发方面处于领先地位。他们的活动集中在补给服务和太空旅游这两个领域，这两个领域对政府和私人利益都具有巨大的潜力。

商业航天产业发展

自2005年以来，已有100亿美元的私人资本投资于与太空相关的行业。仅在2015年，风险投资家就向商业航天飞行公司投资了18亿美元。这笔资金比过去15年投资于航天飞行公司的总和还要多。这表明投资者愿意以他们以前从未考虑过的方式投资商业航天飞行，同时也表明投资者认为商业航天飞行的回报远远超过风险。由于市场上有如此多的不同公司，而且竞争如此激烈，因此进步水平正在突飞猛进。每一次成功或失败都为行业内部积累共享经验铺平了道路。SpaceX和Orbital ATK是两家开发并发射了首个将补给货物运送到国际空间站的商业航天器的公司。SpaceX还为全球商业通信公司提供卫星发射服务。蓝色起源目前正在开发用于轨道载人航天飞行的航天器，该航天器将宇航员运送到国际空间站。这些公司目前正在开发和测试将为乘客提供商业旅行工具的航天器。这些旅行将从近地轨道开始，然后扩展到中地球轨道（MEO）和轨道飞行，再次吸取经验教训。两家公司的长期目标都是进行外层空间飞行，包括前往月球和火星的旅行，以及在两颗星球上建立长期殖民地的可能性。

商业补给服务（CRS）

2004年，美国国家航空航天局（NASA）宣布将于2011年结束其航天飞机计划，并退役其三艘定期为国际空间站（ISS）补给物资的现役航天飞机（发现号、亚特兰蒂斯号和奋进号）。NASA 结束该计划是为了将更多资源分配给技术开发、科学研究以及超越近地轨道的探索任务，例如前往火星。在宣布这一消息后，NASA 启动了商业轨道运输服务 (COTS) 计划，该计划将允许私营公司接管近地轨道 (LEO) 的运营，并执行对国际空间站的补给任务。2008年，SpaceX 和 Orbital ATK 赢得商业补给合同，为国际空间站提供货物发射服务，标志着从公共部门向私营部门的过渡开始。

2012年，SpaceX 设计制造的自由飞行航天器龙飞船成为首艘将货物送往国际空间站的商业航天器。 2013年9月，Orbital ATK 的天鹅座飞船完成了对国际空间站的 COTS 演示任务。紧随这次成功的演示任务之后，天鹅座飞船于2014年1月完成了其首个商业补给服务 (CRS) 任务。

太空旅游

2004年《商业太空发射修正法案》促进了太空旅游业的发展，维珍银河和蓝色起源等公司正在引领太空旅游业。维珍银河的载人太空飞行器是白骑士二号和太空船二号，这两款飞行器都为平民提供了体验近地轨道失重状态的机会。 SpaceX 的龙飞船最初设计用于载人，但目前仅获准向国际空间站运送货物。 目前，还没有美国商业公司使用其航天器进行旅游。SpaceX 正在进行载人试飞，以确保所有航天器在载人进入太空前都安全并获得联邦航空管理局 (FAA) 的许可。

现状

由于 NASA 无法满足政府和私营企业的所有发射需求，因此为商业企业和创新型企业家快速扩张打开了大门。政府政策从 NASA 作为航天器唯一生产商转变为商业公司为 NASA（作为客户）提供多种选择的政策，带来了巨大的变化。现在，商业太空运输行业可以利用其强大的创新解决方案和资源来解决政府的复杂问题。仍然存在许多政策辩论和技术问题需要解决，但如果政府在制定未来政策和法规时保持灵活，该行业将继续在其成功基础上发展，并推动整个太空行业向前发展。

政策问题的明确识别

政策问题

围绕商业太空飞行的政策问题是由于其作为一个新兴行业以及正在塑造它的公私合作伙伴关系而产生的。政府和私营公司在利用强大的商业太空运输部门所带来的机遇方面拥有不同的利益。关于政府对这些私营公司的管辖权和责任范围，仍然存在疑问。下面将考虑其中一些最紧迫的问题。

何时以及如何规范太空乘员安全

为了促进商业太空产业的增长和发展，《商业太空发射竞争法案》（CLSA）禁止联邦航空管理局 (FAA) 在 2012 年之前规范乘员和太空飞行参与者的安全。 此禁令现已延长至 2023 年。 该禁令造成了政府在太空乘员安全方面应发挥何种作用以及如何发挥作用的持续不确定性。政府和私营企业参与者之间对于禁令应持续多长时间存在分歧。

美国政府问责局 (GAO) 在 2015 年的一份报告中发现，“9 家商业太空发射公司中的 6 家……3 位专家、商业太空运输咨询委员会主席和商业太空飞行联合会主席都建议延长关于乘员和太空飞行参与者安全的监管暂停”。 他们这样做的主要原因是为太空旅游提供继续有效发展的机会，并让行业找出合适的安全标准。联邦航空管理局在同一份报告中表示，支持让禁令到期，但在到期后没有计划发布任何关于太空乘员安全的法规。

该机构表示，他们更希望看到商业太空运输公司制定自己的安全行业标准。然而，联邦航空管理局认为，由于一项看似无限期的规则禁止政府规范商业太空乘员安全，因此公司几乎没有实际动机这样做。取消禁令将使该机构能够在发现系统性问题时制定法规。根据现行规则，他们只能在事故发生后制定法规，并且法规将仅限于识别为事故原因的任何设计特征（如果有）。

2013年，联邦航空管理局发布了一份名为“载人太空飞行乘员安全既定实践”的指南草案。 该文件借鉴了 NASA 的商业载人计划要求。在 NASA 计划中，NASA 指定了一套乘员安全要求和标准，私营航天器开发商必须满足这些要求和标准才能将其用于 NASA 任务。这种安排的挑战之一是在使航天器足够安全以供 NASA 用户使用，以及使航天器价格足够低廉以供其他商业用途之间取得适当的平衡。

联邦航空管理局许可

联邦航空管理局负责商业太空发射以及 NASA 商业载人计划发射的许可（NASA 认证发射载具）。鉴于商业太空运输部门是一个处于早期阶段的相对较新的行业，该机构不得不努力获得足够的资源并培养有效发放许可所需的专业知识。发射数量逐年稳步上升。根据美国政府问责局的数据，“在 2015 财年，联邦航空管理局许可并批准了 14 次发射和再入”，而大约 10 年前只有 7 次。 一旦 NASA 的商业载人计划投入运营，并且公司开始将小型卫星发射到轨道上，这个数字可能会大幅增加。

发射次数的增加自然增加了联邦航空管理局的工作量，要求该机构进行更多检查。检查包括发射前和再入活动以及发射场运营的安全检查。他们在 2015 财年进行了 216 次商业发射检查，而在 2006 财年仅进行了 27 次，2006 年至 2015 年间的平均检查次数为 90 次。 此外，联邦航空管理局还在处理新型太空发射载具的许可问题。像太空船二号这样的系统融合了飞机和火箭动力技术的特征，并且具有无需人工操作的飞行终止系统。 这些新系统需要更多时间、资源和人员，不仅要检查这些载具，还要获得了解这些系统在现实情况下如何工作以及预测它们可能带来的潜在危害的知识。

与太空发射载具一样，联邦航空管理局还负责许可越来越多的发射场。 这些发射场的复杂性已从传统的沿海地区联邦发射设施增加。商业公司正在提交申请，以从其自己的非联邦场所发射。内陆发射增加了干扰其他空中交通和障碍物的风险。商业太空发射、再入和发射场的增加将增加政府面临的第三方责任索赔和联邦赔偿的风险。 这种风险的增加凸显了联邦航空管理局许可要求必须足够全面，以确保商业太空发射作业在其所有阶段的安全运行。

目前，联邦航空管理局许可商业太空发射载具的发射和再入。它不许可其在“太空”中运行的活动。《外层空间条约》第四条和《商业太空发射竞争法案》(CSLCA) 第 108 条都要求美国政府监测和确保在太空进行的商业太空活动的安全性。 该机构尚未发布有关其将如何履行这一责任的详细计划。

空域拥堵和轨道碎片

美国《国家太空运输政策》规定，交通部拥有“专属权力……通过其许可程序解决美国许可的商业发射的轨道碎片缓解实践，包括发射载具组件（如上面级）”。 轨道碎片不仅对太空发射载具及其乘客的运行构成明显的危险，而且对载具在近地轨道 (LEO) 以下再入后地球上的居民也构成危险。目前，关于如何缓解轨道碎片的法规很少。商业太空发射参与者必须避免有意产生碎片、发射系统组件碰撞以及“通过耗尽推进剂、增压气体和电池储能来钝化发射载具”。 发射公司可以考虑多种方法来钝化发射载具，包括被动或增强被动处置、受控脱轨或使用单独的部署总线。

除了减缓太空垃圾增长的措施外，政府和商业航天发射公司还需要考虑轨道碎片清理问题。碎片清理是指防止大型废弃物体之间发生碰撞。主动碎片清除 (ADR) 是碎片清理的主要手段，它要求清除轨道碎片。根据美国国家航空航天局 (NASA) 的轨道碎片项目办公室的说法，降低对现有航天器群体的风险需要清除小型碎片。然而，从长远来看，ADR 必须侧重于大型碎片，例如“完整的火箭助推器和失灵的卫星”。这些大型物体的碰撞构成了轨道碎片长期增长中最大的危险，研究表明，仅清除五个最大的物体就可以稳定轨道碎片的增长。世界各地的政府和私营公司仍处于开发能够可靠地检测和防止此类碎片碰撞的技术的早期阶段。

与轨道碎片一样，人们也高度重视开发技术来检测运载火箭彼此之间的接近程度，以及在美国商业空域内与轨道以下的飞机之间的接近程度。空间数据集成器 (SDI) 系统是联邦航空管理局 (FAA) 在这方面的主要技术。它旨在监控商业航天运载火箭的运动，以确保它们不会干扰空中交通、地面上的任何人或任何事物，以及地面和太空之间的任何物体和活动。具体而言，SDI 将“支持当前和即将到来的运营场景，包括那些与 NASA 的商业载人计划、返回助推器、从轨道返回陆地以及其他复杂任务设计相关的场景。” 该系统的具体目标是实现态势感知自动化、监控穿越国家空域系统 (NAS) 的发射以及检测和应对异常事件。FAA 计划将 SDI 与其一些其他空中交通管制系统结合使用，但该机构仍在确定是否要解决或找到解决方法的一些限制。

国家安全政策

如今，美国比以往任何时候都更加依赖太空计划来维护国家安全，同时国际社会在太空中的作用也越来越大。太空资产提供了对美国国家安全至关重要的能力，而商业太空资产则承担了其中许多能力。国防工业倡议报告指出，“美国政策需要得到加强，以确保关键商业有效载荷能够进入太空。” 商业卫星发射客户报告称，在获取和安排发射方面存在挑战。

美国国家安全关键的太空能力包括提供指挥与控制、通信、情报收集和武器瞄准的卫星能力。太空系统对于监测潜在威胁、管理军事力量和执行作战行动越来越重要。太空也是美国经济的重要组成部分，例如股票市场数据、电信、自动取款机，现在已成为数百万美国居民日常生活中不可或缺的一部分。

国家安全总统指令 (NSPD) 40《美国太空运输政策》认识到健康的商业航天发射产业对于支持美国国家安全利益的重要性。维持美国在太空的技术优势是美国国家安全利益，而建立和维护强大的美国工业基础是发展优势的重要因素，报告指出，如果主要依赖外国能力，实现这一目标是不现实的。

出口管制政策

美国的出口管制政策确保对出售给外国和行业的某些技术和商品进行控制，以确保国家安全。出口管制政策是一个许可计划，控制着根据《武器贸易条例》(ITAR) 和《出口管理条例》(EAR) 受监管的物品。美国国务院、国防部和贸易部管理 ITAR 计划，该计划控制着列在美国军火清单 (USML) 上的军火物品。EAR 条例控制着列在《商业管制清单》(CCL) 上的物品，这些物品既有商业用途也有军事用途。

许多美国组织报告称，ITAR 对与太空相关的商品的控制使美国公司在国际太空市场上处于竞争劣势。反对该政策的人赞成将出口管制置于《出口管理条例》(EAR) 和总统 2009 年出口管制政策改革倡议之下。2014 年美国商务部出口管制政策调查的受访者估计，由于出口管制政策，2009 年至 2012 年期间损失的销售机会在约 9.88 亿美元到 20 亿美元之间。

商业太空运输咨询委员会发现，EAR 下的许可流程会更快、为行业提供更多灵活性，并且 ITAR 在国际太空界存在负面影响。国防部提出了国家安全问题，即 EAR 条例下的出口管制计划可能会向外国实体提供具有反卫星 (ASAT) 能力的技术和系统。 当前政策的批评者表示，更多的出口将使美国公司能够拓展市场并增加销售额，并且在不确定的美国政府预算环境下，组织可能会寻求更多机会向美国境外的企业出售产品和服务，以保持盈利和竞争力。

经验教训

1. 美国政府以在灾难发生后制定应急立法而闻名。然而，商业航天产业并非如此。随着 FAA 将“学习期”延长至 2023 年，商业公司可以自行承担风险并开发创新的系统，以帮助未来的载人航天飞行。将私营公司与政府监管相结合的决定导致了一种新的、更具信任感的文化的发展，这种文化完全支持公私合作。
2. 政府政策的平衡方法对于创造有利于风险资本家创业和商业成功的环境至关重要。过多的监管会限制创新并抑制竞争。监管不足会导致标准松懈以及系统互操作性问题。
3. 航天器灾难的一些共同特征是管理失败以及在预算限制的压力下坚持不切实际的发射计划。商业航天产业是一个新的、复杂的产业，在一个理想的世界里，灾难是可以避免的。当事故发生时，该行业必须彻底调查所有可能的原因，以防止将来发生此类事故。在以往成功和失败的基础上，每一次后续的商业航天飞行都能够变得更便宜、更可靠，并以指数级的速度提高效率。

讨论问题

1. 发射场位置的确定因素是什么？
2. 国会是否应该设定一个官方日期来规范商业载人航天飞行？或者是否应该基于其他标准？
3. 你和你家人会付费进入太空吗？多少钱？
4. 谁应该对商业太空运输的安全和成功负责？
5. 你认为当选总统特朗普的新政府会继续支持商业航天产业的发展吗？
6. 联合国或其他国家在确定美国商业太空政策中应该发挥什么作用？

地点地图

美国发射场和太空港地图 - FAA

美国太空运输产业站点和位置 - FAA

太空和卫星 3D 地图 - Stuffin.space

卫星跟踪地图 - Space.com

其他阅读材料

1. 全球十大最具创新力的太空公司 - FastCompany
2. 2015 年太空产业史诗般的一年 - Space Angel Network
3. 关于 FAA 新无人机规则的五件事 - USA Today
4. SpaceX 火箭着陆对商业太空旅行意味着什么 - 华盛顿邮报
5. 商业航天产业寻求特朗普政府的监管改革 - SpaceNews
6. 国家太空学会博客