美國(guó)在“國(guó)際空間站”上的技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證應(yīng)用研究

張蕊 （北京空間科技信息研究所）

美國(guó)在“國(guó)際空間站”上的技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證應(yīng)用研究

Study on U.S. Technology Development and Verification Application on International Space Station

張蕊 （北京空間科技信息研究所）

作為全球最大的在軌航天器，“國(guó)際空間站”（lSS）已實(shí)現(xiàn)連續(xù)有人駐留超過15年，并在空間應(yīng)用領(lǐng)域取得了眾多成果。“國(guó)際空間站”成員國(guó)一致認(rèn)為，最大限度地提高“國(guó)際空間站”研究能力可能帶來新的探索機(jī)遇、促進(jìn)商業(yè)發(fā)展并對(duì)教育事業(yè)產(chǎn)生積極影響。“國(guó)際空間站”已在人體學(xué)研究、生物學(xué)與生物技術(shù)、物理科學(xué)、技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證、地球與空間科學(xué)、教育等六大領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用是其重點(diǎn)。由于美國(guó)對(duì)“國(guó)際空間站”應(yīng)用的組織管理、項(xiàng)目規(guī)劃和實(shí)施最為系統(tǒng)，因此本文以美國(guó)為主，介紹應(yīng)用情況。

1 概述

盡管各國(guó)航天機(jī)構(gòu)對(duì)于“國(guó)際空間站”應(yīng)用目標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)不同，但各國(guó)在一些重要的全局性目標(biāo)上是一致的。首先，“國(guó)際空間站”作為一個(gè)教育平臺(tái)，鼓勵(lì)、激勵(lì)、推動(dòng)年輕一代從事數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程領(lǐng)域的工作。其次，提高人們?cè)谌梭w生理學(xué)、生物學(xué)、材料和物理科學(xué)方面的認(rèn)識(shí)，并將這些認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化成對(duì)健康、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境有益的成果。最后，在“國(guó)際空間站”上開展的人體學(xué)研究、輻射、材料科學(xué)和工程領(lǐng)域的應(yīng)用可應(yīng)用于未來低地球軌道以遠(yuǎn)的載人探索任務(wù)中。從“國(guó)際空間站”的應(yīng)用目標(biāo)可以看出，技術(shù)開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用是其重點(diǎn)。技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證領(lǐng)域的應(yīng)用管理遵循“國(guó)際空間站”總體應(yīng)用管理。

目前，針對(duì)美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和國(guó)際合作開展的研究，美國(guó)采取由國(guó)家航空航天局總部載人探索和運(yùn)行任務(wù)部指導(dǎo)，由位于約翰遜航天中心的“國(guó)際空間站”計(jì)劃辦公室和位于肯尼迪航天中心的空間科學(xué)促進(jìn)中心分別管理，由美國(guó)國(guó)家航空航天局相關(guān)領(lǐng)域中心、非盈利組織和各國(guó)航天合作機(jī)構(gòu)分別實(shí)施項(xiàng)目管理的管理結(jié)構(gòu)。

當(dāng)前，“國(guó)際空間站”研究任務(wù)和項(xiàng)目的實(shí)施經(jīng)歷五個(gè)步驟：獲得研究資助、戰(zhàn)略規(guī)劃、戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃、實(shí)施階段和飛行后運(yùn)行。其中，美國(guó)負(fù)責(zé)管理的“國(guó)際空間站”上的有效載荷，按照經(jīng)費(fèi)來源可以分為三類：第一類是美國(guó)國(guó)家航空航天局支持的研究項(xiàng)目；第二類是美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室支持的研究項(xiàng)目，包括美國(guó)商業(yè)部門、非盈利機(jī)構(gòu)以及其他美國(guó)政府部門，如國(guó)防部、國(guó)家衛(wèi)生研究院等；第三類是與“國(guó)際空間站”成員國(guó)聯(lián)合支持的研究項(xiàng)目。

“國(guó)際空間站”應(yīng)用主要集中在6個(gè)領(lǐng)域，分別是技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證、物理科學(xué)、人體研究、教育活動(dòng)與推廣、地球與空間科學(xué)以及生物學(xué)與生物技術(shù)。此外，“國(guó)際空間站”還提供了商業(yè)應(yīng)用機(jī)會(huì)。在技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證領(lǐng)域，“國(guó)際空間站”為未來低地球軌道以遠(yuǎn)的探索活動(dòng)和新技術(shù)開發(fā)提供了一個(gè)獨(dú)一無二的在軌試驗(yàn)機(jī)會(huì)。這一學(xué)科涵蓋了技術(shù)發(fā)展的許多應(yīng)用，包括環(huán)境監(jiān)測(cè)，通信，微重力環(huán)境特征，微衛(wèi)星、納米衛(wèi)星和皮衛(wèi)星，航天器系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)，重點(diǎn)領(lǐng)域包括航天器材料和系統(tǒng)、“國(guó)際空間站”上微重力環(huán)境的特性及其控制等。

2 技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證應(yīng)用領(lǐng)域規(guī)劃及效益

應(yīng)用目標(biāo)

在技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證應(yīng)用領(lǐng)域，將驗(yàn)證先進(jìn)探索能力作為重要的應(yīng)用目標(biāo)。當(dāng)前，“國(guó)際空間站”作為一個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證操作技術(shù)和能力，驗(yàn)證用于改進(jìn)空間科學(xué)能力和低地球軌道以遠(yuǎn)載人和機(jī)器人探索的技術(shù)和先進(jìn)系統(tǒng)。

目前，美國(guó)國(guó)家航空航天局正在“國(guó)際空間站”上開展“機(jī)器人燃料加注任務(wù)”（RRM）、“空間通信與導(dǎo)航”（SCaN）試驗(yàn)臺(tái)、3D打印等多項(xiàng)技術(shù)試驗(yàn)?！皣?guó)際空間站”延壽計(jì)劃的提出，一方面將鞏固美國(guó)在載人航天領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，保持以美國(guó)為核心的國(guó)際合作伙伴關(guān)系，并在更廣泛的領(lǐng)域促成美國(guó)的全球領(lǐng)導(dǎo)力；另一方面，實(shí)現(xiàn)“國(guó)際空間站”全面應(yīng)用、價(jià)值最大化的目標(biāo)；此外，還將推動(dòng)商業(yè)航天進(jìn)一步發(fā)展。

應(yīng)用規(guī)劃

“國(guó)際空間站”是目前在用的唯一長(zhǎng)期在軌試驗(yàn)平臺(tái)，可用于驗(yàn)證先進(jìn)技術(shù)和運(yùn)行概念。通過與探索團(tuán)體的密切合作，“國(guó)際空間站”上開展的技術(shù)試驗(yàn)項(xiàng)目可支持未來的探索活動(dòng)。美國(guó)國(guó)家航空航天局已經(jīng)確定“國(guó)際空間站”能夠支持的11個(gè)探索技術(shù)方向：空間推進(jìn)，乘員健康、生命保障與居住系統(tǒng)，空間電源與能源，機(jī)器人、遙機(jī)器人與自主系統(tǒng)，通信與導(dǎo)航，探索目的地系統(tǒng)，科學(xué)儀器，進(jìn)入、下降與著陸系統(tǒng)，材料結(jié)構(gòu)、機(jī)械系統(tǒng)與制造，熱管理系統(tǒng)，運(yùn)行流程與程序。

對(duì)于上述技術(shù)驗(yàn)證方向，梳理出空氣—氧氣、空氣—二氧化碳、水、廢棄物、環(huán)境監(jiān)制、火災(zāi)/防護(hù)、輻射、乘員健康與性能、發(fā)電、能源存儲(chǔ)、傳感與感知、移動(dòng)與操控、人體系統(tǒng)/自主性、自主交會(huì)對(duì)接、通信/網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、定位、導(dǎo)航與授時(shí)、飛行乘員模擬、自主任務(wù)操縱、低溫系統(tǒng)、熱控系統(tǒng)、熱防護(hù)系統(tǒng)、儀器與認(rèn)知、氣動(dòng)輔助與進(jìn)入、電推進(jìn)、可支持性與可維護(hù)性、先進(jìn)居住系統(tǒng)、遙感與敏感器、觀測(cè)臺(tái)、材料與機(jī)械系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域，從在軌、近期、規(guī)劃三個(gè)方面進(jìn)行分類，梳理已經(jīng)開展、即將開展和計(jì)劃開展的技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目。

應(yīng)用方向及重點(diǎn)項(xiàng)目

圍繞支撐低地球軌道探索活動(dòng)這一主要目標(biāo)，“國(guó)際空間站”正在開展一系列技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目，包括21個(gè)應(yīng)用方向，按照應(yīng)用類別可將這些應(yīng)用方向分為8類。

這里重點(diǎn)介紹當(dāng)前“國(guó)際空間站”開展且應(yīng)用相對(duì)廣泛的幾類技術(shù)開發(fā)計(jì)劃。

（1）衛(wèi)星在軌服務(wù)

美國(guó)國(guó)家航空航天局衛(wèi)星服務(wù)能力辦公室（SSCO）負(fù)責(zé)美國(guó)國(guó)家航空航天局在軌服務(wù)技術(shù)與能力的總體管理、協(xié)調(diào)與實(shí)施。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，正在開展以下工作：研究概念任務(wù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，建造在軌試驗(yàn)的硬件和軟件，管理技術(shù)開發(fā)活動(dòng)和服務(wù)任務(wù)。目前，正在利用“國(guó)際空間站”驗(yàn)證衛(wèi)星在軌服務(wù)所必須的技術(shù)，支持載人探索和科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

技術(shù)方向

2016年底，美國(guó)國(guó)家航空航天局將衛(wèi)星服務(wù)能力辦公室升級(jí)為包含3個(gè)專門辦公室與2個(gè)專業(yè)項(xiàng)目的衛(wèi)星服務(wù)項(xiàng)目部（SSPD），其中“衛(wèi)星服務(wù)支持技術(shù)”（SSET）辦公室負(fù)責(zé)在軌自主服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)，“衛(wèi)星服務(wù)先進(jìn)概念”（SSAC）辦公室負(fù)責(zé)開發(fā)滿足在軌服務(wù)需求的創(chuàng)新型方案，“國(guó)際空間站有效載荷辦公室”（IPO）負(fù)責(zé)管理“國(guó)際空間站”所有在軌服務(wù)的硬件開發(fā)。同時(shí)，項(xiàng)目部還負(fù)責(zé)復(fù)元-L（Restore-L）“在軌燃料加注與維修”、“小行星重定向”兩個(gè)專業(yè)項(xiàng)目。過去，衛(wèi)星服務(wù)能力辦公室是有人在軌服務(wù)和機(jī)器人多軌道在軌服務(wù)之間的重要橋梁，其業(yè)務(wù)能力也快速延伸發(fā)展。隨著任務(wù)需求的增加，美國(guó)國(guó)家航空航天局以其任務(wù)技術(shù)為基礎(chǔ)，將單一辦公室升級(jí)為多任務(wù)并行的專業(yè)項(xiàng)目部，能夠更有效協(xié)調(diào)美國(guó)國(guó)家航空航天局各個(gè)在軌服務(wù)任務(wù)，更有利地執(zhí)行針對(duì)性技術(shù)研發(fā)，同時(shí)為未來在軌組裝大口徑望遠(yuǎn)鏡和空間探測(cè)任務(wù)等儲(chǔ)備技術(shù)基礎(chǔ)。

目前“國(guó)際空間站”上支持衛(wèi)星在軌服務(wù)試驗(yàn)的技術(shù)載荷有多種，這里重點(diǎn)介紹兩類技術(shù)。

1）“烏鴉”（Raven）。它是“國(guó)際空間站”系統(tǒng)級(jí)的技術(shù)驗(yàn)證模塊，應(yīng)用于合作與非合作目標(biāo)的相對(duì)導(dǎo)航。該技術(shù)主要特點(diǎn)包括：①兩軸框架提供敏感器指向；②相對(duì)導(dǎo)航敏感器提供三個(gè)波段的跟蹤—可見光、紅外線和激光雷達(dá)；③先進(jìn)姿態(tài)算法提供到訪航天器相對(duì)每個(gè)敏感器的位置和姿態(tài)測(cè)量；④高性能電子設(shè)備提供高效、可靠和可重構(gòu)的計(jì)算環(huán)境；⑤基于所有敏感器的數(shù)據(jù)，導(dǎo)航算法提供位置、速度、姿態(tài)、速率相對(duì)狀態(tài)的最佳評(píng)估；⑥2年的任務(wù)進(jìn)行超過60次相對(duì)導(dǎo)航跟蹤試驗(yàn)（交會(huì)和分離）。

2）“機(jī)器人燃料補(bǔ)給任務(wù)”（RRM）。它是一項(xiàng)正在進(jìn)行的、用于試驗(yàn)和改進(jìn)與機(jī)器人維修相關(guān)的工具和技術(shù)的“國(guó)際空間站”載荷。“機(jī)器人燃料補(bǔ)給任務(wù)”是一個(gè)1.1m×1.1m×0.8m的模塊，包括4個(gè)機(jī)器人維修工具，若干個(gè)工具適配器，1個(gè)流體轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，多個(gè)任務(wù)板、閥門，以及現(xiàn)役衛(wèi)星上發(fā)現(xiàn)的有代表性的航天器敷層。

不同于傳統(tǒng)的機(jī)器人燃料補(bǔ)給任務(wù)，美國(guó)國(guó)家航空航天局的“機(jī)器人燃料補(bǔ)給任務(wù)”可比其他能夠進(jìn)行衛(wèi)星燃料補(bǔ)給的空間機(jī)器人驗(yàn)證更多任務(wù)。“機(jī)器人燃料補(bǔ)給任務(wù)”將驗(yàn)證機(jī)器人是如何為衛(wèi)星進(jìn)行低溫推進(jìn)劑補(bǔ)給的，這類現(xiàn)役、在軌衛(wèi)星在最初任務(wù)設(shè)計(jì)中沒有考慮到在軌服務(wù)。衛(wèi)星服務(wù)能力辦公室正在規(guī)劃第三階段“機(jī)器人燃料補(bǔ)給任務(wù)”（RRM3），將驗(yàn)證氙氣在“國(guó)際空間站”外部平臺(tái)上的傳送。該驗(yàn)證將通過機(jī)械配置閥傳送高壓、超臨界氣體，該裝置設(shè)計(jì)用于支持合作機(jī)器人在未來航天器上的移動(dòng)。這些技術(shù)的成功驗(yàn)證將為未來更大體積的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

美國(guó)國(guó)家航空航天局“機(jī)器人燃料補(bǔ)給任務(wù)”

加拿大機(jī)械臂

日本實(shí)驗(yàn)艙軌道部署器正在部署小衛(wèi)星

（2）機(jī)器人技術(shù)

“國(guó)際空間站”上的航天員承擔(dān)的任務(wù)大多依靠人和機(jī)器人系統(tǒng)的協(xié)同：一方面乘員使用艙內(nèi)活動(dòng)和艙外活動(dòng)機(jī)器人開展任務(wù)，另一方面航天器上和地面任務(wù)控制中心的自主系統(tǒng)也在提供支持。“國(guó)際空間站”上現(xiàn)有的若干空間機(jī)器人系統(tǒng)代表著該技術(shù)領(lǐng)域的當(dāng)前最高水平，包括加拿大和美國(guó)國(guó)家航空航天局聯(lián)合研制的“移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)”（MSS）、歐洲航天局（ESA）和俄羅斯聯(lián)邦航天局（Roskosmos）合作研制的“歐洲機(jī)械臂”（ERA）、“日本實(shí)驗(yàn)艙機(jī)械臂系統(tǒng)”（JEM-RMS）等，這3種系統(tǒng)均可抓取、轉(zhuǎn)移、釋放多種有效載荷，也可轉(zhuǎn)移艙外活動(dòng)航天員并用作其工作平臺(tái)。

此外，美國(guó)國(guó)家航空航天局最新研制并發(fā)射的第二代人形機(jī)器人航天員（R-2）于2011年進(jìn)駐站上，采用當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的控制、傳感和視覺技術(shù)，具備與人類相近的操縱能力，其機(jī)械手和前臂的設(shè)計(jì)近似實(shí)現(xiàn)了人手功能，主要用于驗(yàn)證類人形機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用，探索零重力下的靈巧操作，測(cè)試人類-機(jī)器人安全系統(tǒng)，以輔助人類乘員執(zhí)行未來的探索任務(wù)。

（3）小衛(wèi)星釋放

當(dāng)前，“國(guó)際空間站”提供了一個(gè)獨(dú)特的平臺(tái)在低地球軌道部署小衛(wèi)星。目前主要通過日本希望號(hào)（Kibo）氣閘艙內(nèi)的機(jī)械臂完成小衛(wèi)星部署，該小型氣閘艙可用于立方體衛(wèi)星在低地球軌道的部署?！皣?guó)際空間站”逐漸成為“天基發(fā)射場(chǎng)”，豐富了微納衛(wèi)星發(fā)射手段，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星在軌批量?jī)?chǔ)備、按需發(fā)射和及時(shí)補(bǔ)網(wǎng)，同時(shí)低成本也使得更多小運(yùn)營(yíng)商擁有利用空間的機(jī)會(huì)。2016年5月，日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）與菲律賓聯(lián)合研制的迪瓦塔-1（DIWATA-1）微衛(wèi)星成功釋放，這是日本宇宙航空研究開發(fā)機(jī)構(gòu)首次從“國(guó)際空間站”的希望號(hào)實(shí)驗(yàn)艙上部署50千克級(jí)微衛(wèi)星。

（4）在軌制造技術(shù)

在軌制造的目標(biāo)為：開發(fā)并促成用于探索任務(wù)（飛行中和在星體表面）急需的、可持續(xù)運(yùn)營(yíng)的制造技術(shù)和流程。這種在軌制造技術(shù)覆蓋領(lǐng)域廣泛，不僅僅指3D技術(shù)，還包括重復(fù)使用、打印的電子組件、可打印衛(wèi)星和多材料3D打印等。目前，實(shí)現(xiàn)探索任務(wù)的在軌制造路線圖分3個(gè)階段：依賴地球、試驗(yàn)場(chǎng)和脫離地球。

這個(gè)路線圖包括3個(gè)方面：基于地球、“國(guó)際空間站”和探索。其中，“國(guó)際空間站”技術(shù)驗(yàn)證是架起技術(shù)開發(fā)與全面實(shí)施關(guān)鍵探索技術(shù)之間的關(guān)鍵橋梁。

NASA前局長(zhǎng)參觀3D打印成果

在軌制造技術(shù)中，3D打印是其中的重點(diǎn)。3D打印技術(shù)可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品個(gè)性化、定制化生產(chǎn)，在成本、效率和產(chǎn)品質(zhì)量方面優(yōu)勢(shì)突出，是制造技術(shù)的一次重大飛躍。未來在外層空間，使用3D打印技術(shù)按需制造零部件，可逐步消除太空探索對(duì)地球的依賴，帶來顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。美國(guó)國(guó)家航空航天局于2014年8月借助美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的貨運(yùn)飛船把首套3D打印試驗(yàn)設(shè)備送上“國(guó)際空間站”，以驗(yàn)證零重力環(huán)境下的3D打印技術(shù)。該研究項(xiàng)目是美國(guó)國(guó)家航空航天局支持的多項(xiàng)“小企業(yè)創(chuàng)新研究計(jì)劃”（SBIR）中的1項(xiàng)重要計(jì)劃，研究規(guī)模雖然不大，但對(duì)實(shí)現(xiàn)“國(guó)際空間站”上所需物資的自給自足、提高任務(wù)執(zhí)行的可靠性和安全性，以及降低成本具有重要意義。該研究項(xiàng)目由美國(guó)國(guó)家航空航天局馬歇爾空間飛行中心總體負(fù)責(zé)，太空制造公司作為主承包商負(fù)責(zé)零重力環(huán)境下3D打印機(jī)的設(shè)計(jì)與制造工作。

3 啟示

技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證應(yīng)用管理流程清晰

“國(guó)際空間站”上每個(gè)有效載荷硬件的研制時(shí)間各不相同，短則幾天，長(zhǎng)則數(shù)年。美國(guó)國(guó)家航空航天局根據(jù)載荷開發(fā)的時(shí)間，針對(duì)不同階段的組織管理各有側(cè)重，分為發(fā)布研究公告階段、戰(zhàn)略規(guī)劃階段、戰(zhàn)術(shù)階段、實(shí)施階段、運(yùn)行階段等五個(gè)階段。技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證領(lǐng)域也是如此。這種工作要求和管理方法科學(xué)透明，規(guī)劃長(zhǎng)遠(yuǎn)，細(xì)節(jié)清晰，重點(diǎn)突出，確保了空間站上的科研工作從獲得資助、項(xiàng)目遴選直到研究計(jì)劃實(shí)施和總結(jié)等每個(gè)環(huán)節(jié)都得以高效落實(shí)。

技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證應(yīng)用領(lǐng)域目標(biāo)明確

支持低地球軌道以遠(yuǎn)的探索任務(wù)是技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證應(yīng)用領(lǐng)域的重要目標(biāo)。當(dāng)前，以美國(guó)為主的載人航天國(guó)家正在實(shí)施月球、小行星、拉格朗日點(diǎn)等多目的地探測(cè)策略，把火星作為可預(yù)見的終極目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，主要的載人航天國(guó)家謀劃實(shí)施路徑開發(fā)探索系統(tǒng)，充分利用空間站開展技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證。

當(dāng)前，驗(yàn)證衛(wèi)星在軌服務(wù)、發(fā)展機(jī)器人技術(shù)等成為應(yīng)用重點(diǎn)。在軌服務(wù)技術(shù)方面，“國(guó)際空間站”運(yùn)行至今接受了大量的在軌維護(hù)、模塊更換等操作，是驗(yàn)證、發(fā)展在軌服務(wù)技術(shù)的極佳平臺(tái)。在機(jī)器人技術(shù)方面，在當(dāng)前的低地球軌道載人探索中，很多任務(wù)都是人與機(jī)器人系統(tǒng)協(xié)同完成的。在未來的載人月球、火星和其他目的地的任務(wù)中，人類與機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)一步協(xié)同探索的方式既是需要也是必然趨勢(shì)，應(yīng)用范圍也將更加廣泛。

商業(yè)合作方式為技術(shù)開發(fā)與驗(yàn)證應(yīng)用帶來更大發(fā)展空間

當(dāng)前，美國(guó)及“國(guó)際空間站”合作伙伴正在利用“國(guó)際空間站”開辟低地球軌道新市場(chǎng)，商業(yè)合作伙伴可以提供想法、流程和技術(shù)，營(yíng)造一種更加友好的商業(yè)氛圍。這種方式可以鼓勵(lì)新的市場(chǎng)、技術(shù)開發(fā)并產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，并為商業(yè)伙伴參與低地球軌道以遠(yuǎn)的活動(dòng)打下基礎(chǔ)。開展新型商業(yè)合作關(guān)系，使得空間站的運(yùn)營(yíng)從政府資助、承包商提供產(chǎn)品和服務(wù)的方式轉(zhuǎn)向商業(yè)供應(yīng)、政府作為用戶的方式。在空間站應(yīng)用開發(fā)上，已將“國(guó)際空間站”的美國(guó)艙段定位為國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，向美國(guó)國(guó)家航空航天局以外的其他政府機(jī)構(gòu)、非營(yíng)利機(jī)構(gòu)和私營(yíng)企業(yè)開放，通過空間科學(xué)促進(jìn)中心管理國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。通過與商業(yè)公司簽署空間法案協(xié)議，達(dá)成合作協(xié)議。通過這種模式，私營(yíng)公司開發(fā)了市場(chǎng)，建造了硬件，而美國(guó)納稅人提供了美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)設(shè)施和基金。