美國太空國家實驗室運營、管理與商業(yè)化

以非營利機構(gòu)身份管理井運營美國太空國家實驗室，通過協(xié)同政府、科研與商業(yè)力量，顯著加速了近地軌道的商業(yè)化進程。這一成功實踐對中國推動載人航天商業(yè)化具有啟示意義。

20世紀中葉以來，航天活動從最初的國家主導逐步走向多元化的發(fā)展模式，商業(yè)力量在其中扮演著越來越關(guān)鍵的角色。隨著全球航天技術(shù)的迅猛發(fā)展，商業(yè)航天已成為推動航天事業(yè)進步的重要力量。特別是進入21世紀后，信息技術(shù)和新材料技術(shù)的突破，使得私營企業(yè)在衛(wèi)星制造、火箭發(fā)射及航天應用領(lǐng)域迅速嶄露頭角，顯著加速了航天產(chǎn)業(yè)的市場化與商業(yè)化進程。

在這一背景下，美國作為航天商業(yè)化的先行者，其太空科學促進中心（CenterfortheAdvancementofScienceinSpace，CASIS）的成立與運營，成為研究商業(yè)航天發(fā)展模式的重要案例。CASIS自2011年成立以來，通過整合美國航空航天局（NationalAeronauticsandSpaceAdministration，NASA）及其他科研機構(gòu)的資源，致力于將國際空間站（InternationalSpaceStation，ISS）上的實驗資源高效分配給具有創(chuàng)新性和商業(yè)潛力的項目，促進了科研與商業(yè)的深度融合。其成功的運營模式不僅推動了美國國內(nèi)商業(yè)航天企業(yè)的發(fā)展，也為全球商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)提供了寶貴的經(jīng)驗和啟示。

CASIS成立的背景與戰(zhàn)略定位

20世紀中葉以來，美國航空航天局NASA在近地軌道（lowEarthorbit，LEO）的航天活動中積累了大量經(jīng)驗，但隨著航天任務的多元化和載人深空探測任務提上日程，NASA希望將資源和精力更多地投入載人登月、載人登火等更具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。因此，為了更加高效地管理并開發(fā)ISS上的科研與應用資源，2011年，NASA授權(quán)CASIS負責運營管理“美國太空國家實驗室”。隨著ISS漸進式退役進程的推進，美國政府在《國家近地軌道研究與發(fā)展戰(zhàn)略》[等文件中均強調(diào)公共與私營部門協(xié)作，以保持美國在近地軌道研究和開發(fā)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。CASIS逐漸在國際空間站近地軌道資源的商業(yè)化、科研應用和對接社會需求方面發(fā)揮重要作用。

CASIS的戰(zhàn)略定位主要包含以下幾方面[：

（1）統(tǒng)籌管理空間站資源：通過規(guī)劃和分配國際空間站的實驗載荷、硬件設施、微重力環(huán)境及數(shù)據(jù)傳輸?shù)汝P(guān)鍵資源，發(fā)揮國家實驗室平臺效能。（2）持續(xù)推動商業(yè)化：主動對接私營企業(yè)及市場需求，將太空技術(shù)與產(chǎn)業(yè)應用相結(jié)合。其商業(yè)化運作機制不斷加速航天產(chǎn)業(yè)的市場化和商業(yè)化進程，（3）釋放NASA深空探索潛力：以CASIS運作美國國家實驗室的方式來管理較為常規(guī)的近地軌道科研和商業(yè)項目，讓NASA能夠?qū)⒏嗟木ν度胼d人登月、火星探測等更具遠景意義的深空任務。

CASIS的運營與管理模式

在美國政府和任務主管方NASA的頂層設計下，CASIS作為非營利性機構(gòu)，以“橋梁”身份銜接企業(yè)、科研院所、投資機構(gòu)等社會多元力量。CASIS之所以能夠在較短時間內(nèi)推動眾多商業(yè)航天項目，得益于其完善而多樣化的運營與管理模式。簡而言之，這些模式主要包括資源提供與管理、資金支持、技術(shù)支持以及市場推廣四大方面。它們共同構(gòu)成了CASIS助力商業(yè)航天企業(yè)快速成長的核心動力，亦是國際空間站商業(yè)創(chuàng)新的重要基礎(chǔ)。

資源提供與管理

在國際空間站上進行實驗最大的優(yōu)勢在于微重力環(huán)境。CASIS在提供實驗艙位的同時，還會對數(shù)據(jù)進行匯總、分析并反饋給研究團隊。這些數(shù)據(jù)包括環(huán)境參數(shù)、實驗過程記錄、微重力對材料或生物樣本的影響等，極大地提升了企業(yè)和科研團隊的研發(fā)效率。例如太空制造公司（MadeinSpace）在ISS上多次執(zhí)行3D打印實驗時，通過CASIS的數(shù)據(jù)平臺獲取溫度、震動等日志，及時排查打印瑕疵并迭代優(yōu)化，其3D打印塑料部件在軌成型率從 70% 提升至 90% 以上。

資金支持

商業(yè)航天企業(yè)，尤其是初創(chuàng)公司，往往面臨資金緊缺的問題。為了解決這一瓶頸，CASIS設立了專項基金，同時與NASA、私人基金會、風險投資機構(gòu)等合作，共同為有潛力的商業(yè)項目提供資助。

自2014年開始，CASIS攜手波音公司，與MassChallenge創(chuàng)業(yè)加速器聯(lián)合設立“太空技術(shù)獎”，為初創(chuàng)公司提供資金支持。截至目前，該項目已向30家初創(chuàng)公司提供了超970萬美元的研發(fā)資金。這些初創(chuàng)公司在獲獎并得到CASIS資助后，后續(xù)籌集的資金（如風險投資和私人資本）是資助資金的25倍以上[3]。例如因開發(fā)了世界上首個合成骨黏合劑Tetranite而獲得2015年“太空技術(shù)獎”的科技初創(chuàng)公司一瑞博生物（RevBio），不僅成功獲得了數(shù)百萬美元的追加資金，還參與了第二次太空飛行實驗，獲取了關(guān)鍵實驗數(shù)據(jù)，進一步優(yōu)化了其產(chǎn)品的性能[4]。

技術(shù)支持

微重力、輻射、高真空等太空環(huán)境對材料、設備、實驗設計都提出了嚴苛挑戰(zhàn)。許多商業(yè)企業(yè)雖在地面研發(fā)階段有成熟技術(shù)，但一旦進入太空環(huán)境就面臨各種意想不到的難題，導致項目風險驟增。CASIS會依據(jù)企業(yè)所需的實驗條件，提供針對微重力環(huán)境的實驗架構(gòu)與硬件定制建議。在與生物服務太空技術(shù)（BioServeSpaceTechnologies）公司合作時，CASIS為其提供了基于NASA標準的硬件設計咨詢，確保生命科學實驗能夠在ISS的復雜環(huán)境中穩(wěn)定運行。在NASA及其他科研機構(gòu)的支持下，為企業(yè)項目團隊提供航天操作培訓，幫助其掌握在軌實驗的關(guān)鍵流程和注意事項；同時協(xié)助進行數(shù)據(jù)整理與分析，避免企業(yè)重復投入。

市場推廣

商業(yè)航天項目除了技術(shù)，還需兼顧市場需求與商業(yè)化能力。CASIS針對企業(yè)的市場化需求，定期舉辦研討會、展覽及媒體發(fā)布活動，讓企業(yè)展示航天技術(shù)與成果，并協(xié)助撰寫項目報告及宣傳材料，對接投資機構(gòu)和潛在合作伙伴。同時，鼓勵企業(yè)將太空實驗成果與醫(yī)療、材料等多領(lǐng)域的地面應用相結(jié)合，拓展更廣闊的商業(yè)市場。

在此支持下，NanoRacks公司于2020年成功在ISS上安裝了“BishopAirlock”商業(yè)氣閘模塊，這一模塊作為連接空間站內(nèi)部與外部的密封艙段，用于簡化衛(wèi)星部署和外部載荷轉(zhuǎn)移操作，從而大幅提升了航天任務的效率。通過CASIS的推廣，CubeSat制造商、科普機構(gòu)、大型企業(yè)等得以深入了解該氣閘的功能與成本優(yōu)勢。一年內(nèi)，NanoRacks便獲得多家商業(yè)公司和高校的衛(wèi)星部署訂單，為載人航天商業(yè)化的進一步成熟做出了示范。

CASIS針對近地軌道國際空間站所執(zhí)行的一系列運營、管理機制，與NASA所主導的深空探測規(guī)劃相輔相成，不僅在技術(shù)、經(jīng)驗和資金層面為登月、登火等遠期目標提供了支持，也為商業(yè)航天企業(yè)參與更復雜任務做好了鋪墊。具體表現(xiàn)在以下三方面。

（1）技術(shù)演練與先期驗證。例如SpaceX在國際空間站執(zhí)行多次貨運任務期間，通過回收火箭第一級、反復檢驗發(fā)動機和熱防護系統(tǒng)，為后續(xù)更大推力的火箭與更遠距離的載人探測奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

（2）經(jīng)驗積累與協(xié)作模式。通過與CASIS合作，如NanoRacks、SpaceTango等公司持續(xù)在微重力環(huán)境下開展實驗項目，積累了寶貴的在軌操作經(jīng)驗。這些經(jīng)驗可遷移至未來更復雜的任務場景中。又如在ISS上開展的商業(yè)補給任務中，火箭公司、載荷公司、地面運控中心、數(shù)據(jù)分析團隊及應用端都形成了較穩(wěn)固的合作體系；這些成熟的協(xié)作模式也能遷移到載人登月及火星探測中，縮短了研制和執(zhí)行周期。

（3）資金的多渠道分擔。CASIS將ISS在軌實驗的商業(yè)機會對外公開招標或合作，引入私營企業(yè)與投資機構(gòu)參與，從而拓寬了資金來源。政府不再獨自承擔全部研發(fā)成本，也降低了NASA在近地軌道日常運營上的財政負擔。如波音公司與CASIS聯(lián)合發(fā)起的“太空技術(shù)獎”所資助的早期項目當中，有不少技術(shù)延展到載人登月或深空通信領(lǐng)域。企業(yè)利用這些獎項和在軌實驗成果向投資人展示項目潛力，以獲得后續(xù)資金繼續(xù)攻關(guān)，為NASA深空任務培養(yǎng)和儲備更多創(chuàng)新技術(shù)。

CASIS的合作伙伴關(guān)系及商業(yè)化發(fā)展模式

CASIS在推動商業(yè)化及商業(yè)航天發(fā)展過程中，通過多元且靈活的運營與管理策略，有效賦能商業(yè)航天企業(yè)，能夠適應企業(yè)在不同發(fā)展階段、不同技術(shù)需求及商業(yè)目標下的多樣化需求。

CASIS的合作伙伴關(guān)系

CASIS與商業(yè)企業(yè)之間的合作關(guān)系包括實施型合作伙伴和商業(yè)服務提供商。

實施型合作伙伴

實施型合作伙伴執(zhí)行有效載荷集成和用戶所需的其他支持服務，以將其研究項目過渡到太空環(huán)境。他們在項目全流程中與CASIS緊密協(xié)同，涵蓋從載荷設計、地面測試、發(fā)射執(zhí)行到在軌操作和數(shù)據(jù)回傳等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，使得研究項目能夠過渡到太空環(huán)境并順利執(zhí)行。其具有如下特征[6]：

（1）全程協(xié)同。實施型合作伙伴提供“從構(gòu)想到執(zhí)行”的一體化支持，不僅參與項目的前期設計和硬件制造，還全面介入載荷集成、地面測試、發(fā)射計劃、在軌操作以及數(shù)據(jù)回傳等全過程。

（2）密切溝通。由于需要符合NASA和CASIS的安全、合規(guī)等技術(shù)標準，實施型合作伙伴與CASIS的工作團隊會在每個關(guān)鍵節(jié)點保持密切溝通。無論是船員時間、實驗艙位調(diào)度還是發(fā)射窗口安排，都要實時協(xié)調(diào)，確保項目在時間節(jié)點、成本控制和安全要求方面都得到落實。

（3）共享產(chǎn)權(quán)。在一些項目中，雙方會簽訂明細化協(xié)議，涉及船員時間分配、關(guān)鍵數(shù)據(jù)的所有權(quán)與保密等條款。此時，實施型合作伙伴可能與CASIS共同擁有或管理部分研究成果或技術(shù)專利。

例如，SpaceX作為一位實施型合作伙伴，也是執(zhí)行國際空間站商業(yè)補給任務的重要承包商，其與CASIS之間的合作不僅局限于火箭與載荷發(fā)射，還包括關(guān)鍵載荷集成、在軌調(diào)度，同時與CASIS在發(fā)射周期、硬件兼容、微重力環(huán)境需求等方面進行了深度銜接。

商業(yè)服務提供商

商業(yè)服務提供商作為實施型合作伙伴的一個重要子集，在與CASIS合作中展現(xiàn)出更高的自主性和靈活性。商業(yè)服務提供商擁有自有設施，如專用氣閘和實驗艙位，能夠獨立開展部分在軌操作任務。這一合作伙伴關(guān)系通過簡化審批流程和快速資源調(diào)度，滿足了用戶臨時實驗的需求，進一步推動了近地軌道經(jīng)濟的發(fā)展。

（1）自主運作：商業(yè)服務提供商憑借自有的ISS設施，能夠?qū)崿F(xiàn)獨立操作。相比于全程協(xié)同的實施型合作伙伴模式，商業(yè)服務提供商能夠在部分關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行自主運作，從而提高整體工作效率。

（2）迅速響應：用戶也可以通過商業(yè)服務提供商向CASIS提交項目申請。通過簡化的項目審核后，商業(yè)服務提供商可以申請快速的資源調(diào)度，能夠迅速滿足用戶科研任務的臨時需求，縮短從申請到執(zhí)行的時間周期。

（3）動態(tài)互聯(lián)：商業(yè)服務提供商在連接用戶需求與ISS資源之間扮演著橋梁角色，通過實時反饋和靈活的調(diào)度機制，實現(xiàn)任務執(zhí)行與資源利用的最優(yōu)匹配。這種互聯(lián)機制不僅提高了效率，也助力實現(xiàn)ISS資源的動態(tài)平衡。

例如，NanoRacks作為商業(yè)服務提供商，在ISS上部署了專用設備和設施，包括獨立的實驗艙和商業(yè)氣閘。它能夠利用自有設施為用戶提供高效靈活的ISS資源對接服務，如從實驗裝置的預處理到數(shù)據(jù)回傳的全流程。關(guān)鍵環(huán)節(jié)也由NanoRacks自主管理，提高了項目執(zhí)行的效率。

CASIS推動商業(yè)化發(fā)展

CASIS推動商業(yè)化發(fā)展的模式有3種：項自優(yōu)選模式、互助開發(fā)模式及成果轉(zhuǎn)化模式。

項目優(yōu)選模式

項目優(yōu)選模式的核心在于“高效甄選”，通過項目征集與評審，將有限的空間站資源優(yōu)先分配給最具潛力和創(chuàng)新性高的項目。這一模式旨在確保CASIS的資源能夠推動高質(zhì)量的科研和商業(yè)應用項目，實現(xiàn)科研價值與商業(yè)化價值的雙贏。CASIS與美國國家科學基金會（U.S.NationalScienceFoundation，NSF）等機構(gòu)合作，通過公開征集項目，依托專家團隊進行多維度評審，重點考察項目的技術(shù)創(chuàng)新性、商業(yè)可行性以及社會效益。獲得資助的企業(yè)可通過CASIS平臺獲得實驗空間和技術(shù)支持，進一步推動項目的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。

互助開發(fā)模式

互助開發(fā)模式的關(guān)鍵為“協(xié)力攻堅”，通過整合CASIS與企業(yè)的優(yōu)勢，不再局限于單純的資源提供，而是共同攻克高研發(fā)投入、高風險的技術(shù)難題，讓商業(yè)需求與空間科學研究緊密結(jié)合。這種模式通常適用于涉及太空制造、生物醫(yī)學、材料科學等領(lǐng)域的高端技術(shù)研究，雙方共享資源、技術(shù)和數(shù)據(jù)，分擔研發(fā)風險。在此模式下，CASIS為企業(yè)提供在軌實驗平臺和相關(guān)硬件支持，同時提供NASA和其他科研機構(gòu)的資源，如數(shù)據(jù)收集、實驗分析和安全認證等服務。企業(yè)則負責提供技術(shù)方案與硬件設備，并與CASIS共同參與實驗設計與執(zhí)行，確保項目按時完成。例如，默克（Merck）和賽諾菲（Sanofi）等生物醫(yī)藥公司在ISS上開展蛋白質(zhì)結(jié)晶研究和藥物穩(wěn)定性測試，通過CASIS的幫助，這些公司能夠加速研究進程，降低實驗風險，并在微重力環(huán)境下獲得更多的創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)。

成果轉(zhuǎn)化模式

成果轉(zhuǎn)化模式強調(diào)“躍升孵化”，對于已有初步科研成果或可行原型的項目，提供多層次的加速成長環(huán)境，讓其從“概念驗證”躍升到“可孵化的成果”。CASIS通過提供產(chǎn)業(yè)化支持，幫助研發(fā)企業(yè)與制造商、金融機構(gòu)、營銷公司等上下游產(chǎn)業(yè)鏈進行對接，促進研發(fā)成果的商業(yè)化。同時還協(xié)助企業(yè)進行專利申請與技術(shù)注冊，保護核心技術(shù)的競爭力。例如，SpaceTango與LambdaVision合作開發(fā)的基于蛋白質(zhì)的人工視網(wǎng)膜技術(shù)，在CASIS的幫助下成功實現(xiàn)從實驗室原型到市場化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化，可幫助視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性疾病患者恢復視力[7]

CASIS運營與管理對中國載人航天商業(yè)化的啟示

21世紀初，隨著SpaceX、BlueOrigin、VirginGalactic等私營公司的迅速崛起，美國航天商業(yè)化加速擴張?？芍貜屠没鸺夹g(shù)的開發(fā)及大規(guī)模衛(wèi)星的部署等，不僅顯著降低了發(fā)射成本，而且拓寬了太空應用的范圍。商業(yè)航天現(xiàn)已成為全球航天經(jīng)濟的重要組成部分。

中國載人航天已進人空間站常態(tài)化運營的新階段，2024年，在中國空間站全面建成兩周年之際，中國載人航天工程辦公室發(fā)布了《中國空間站科學研究與應用進展報告（2024）》。天宮空間站在艙段數(shù)量、在軌維護能力及載人飛行時長方面已達到國際領(lǐng)先水平，具備開展廣泛科學實驗的潛力。

2023年，全球發(fā)射入軌衛(wèi)星2889顆，其中商業(yè)航天發(fā)射數(shù)占比 89% ；而中國發(fā)射人軌衛(wèi)星210顆，其中商業(yè)航天發(fā)射數(shù)僅占比 54%^[8] 。中國的商業(yè)航天企業(yè)近年來剛剛起步，雖已在火箭發(fā)射、衛(wèi)星制造等多個領(lǐng)域取得了一些成果，但仍有巨大的發(fā)展空間。如何從CASIS模式中汲取經(jīng)驗，建立符合中國國情的載人航天商業(yè)化發(fā)展路徑，對于推動我國新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展、推動載人航天的融合性發(fā)展，提升國家綜合競爭力具有積極意義。結(jié)合我國未來載人登月、載人登火等一系列深空探測任務，可從以下兩方面考慮。

（1）完善商業(yè)化布局，引入社會資本，擴大載人航天商業(yè)化的參與度?？山梃bCASIS運營、管理ISS美國國家實驗室的經(jīng)驗，結(jié)合自身實際情況，不斷完善載人航天商業(yè)化的法律法規(guī)與產(chǎn)業(yè)鏈配套，為更多私營企業(yè)及科研機構(gòu)提供上站實驗與技術(shù)驗證的機會。主管部門負責頂層規(guī)劃與重大項目布局，企業(yè)在關(guān)鍵硬件研制、太空資源利用、太空運輸?shù)确矫嫣峁┘夹g(shù)與市場化動力，科研機構(gòu)則進行深度實驗和理論突破，形成“政府一商業(yè)一科研”三方可持續(xù)的合作生態(tài)。逐步摸索太空實驗設計、微重力數(shù)據(jù)應用、技術(shù)轉(zhuǎn)化等實際流程，形成可復制、可規(guī)?；茝V的商業(yè)航天模式，為后續(xù)深空探測打下堅實的組織和技術(shù)基礎(chǔ)。

引入更多社會資本與技術(shù)力量，審慎地將部分載人登月或月球科研站建設任務交由商業(yè)企業(yè)承擔，從而加快工程研制和整體任務推進速度。例如借鑒NASA與SpaceX在阿爾忒彌斯（Artemis）計劃中的合作模式，通過簽署固定價格合同或“里程碑付費”[9，讓商業(yè)公司對成本和進度承擔更大責任，同時也有更強動力去創(chuàng)新和控制風險。航天事業(yè)往往投入高、周期長、風險大。可借鑒CASIS的做法，設立專門面向商業(yè)航天項目的專項基金，與民間資本、社會基金會、銀行機構(gòu)等合作，形成多元化的融資體系，這將有助于中國商業(yè)航天初創(chuàng)企業(yè)迅速落地與成長。

（2）打造綠色通道，傾斜重點方向，加速推動成果產(chǎn)業(yè)化。CASIS所推動的研究涵蓋干細胞研究、腫瘤研究、骨質(zhì)疏松以及退化等諸多課題，均為最有市場潛力的太空應用之一?？山梃bCASIS的項目篩選與優(yōu)選機制，發(fā)揮載人航天空間科學與應用總體部的支持作用，推動重點項目的遴選，對重點項目進行“額外關(guān)照”，開辟綠色通道，動態(tài)追蹤，實時調(diào)整，重點扶持最具潛力和創(chuàng)新性的項目。

在工程支持方面，可參考CASIS與科研院所、企業(yè)的合作模式，發(fā)揮載人航天空間科學與應用總體部的橋梁作用，組建三方聯(lián)合研究平臺，統(tǒng)籌研究方向，打通成果轉(zhuǎn)化的鏈條。還可以為重點項目開辟綠色通道或?qū)で筇厥庹?，增強研發(fā)動力，鼓勵創(chuàng)新成果，加速推動成果轉(zhuǎn)化。

載人航天成果商業(yè)化的提速，將會對未來載人深空探測中的生命科學研究、材料科學研究等起到前瞻研究和技術(shù)儲備的關(guān)鍵作用。

[1]National Science and Technology Council.National low earth orbit research and development strategy.（2023-03-31）.https：//www. whitehouse.gov/wp-content/uploads/2023/03/NATIONAL-LEORD-STRATEGY-033123.pdf.

[2]ISSNationalLab.Annual report for fiscal year 2023.（2024-01-02）. https：//issnationallab.org/about/annual-quarterly-reports-metrics/ ar2023.

[3]MassChallenge.MassChallenge and ISSNL technology in space prize.https：//more.masschallenge.org/mc-issnl-technologyinspace.

[4] ISS National Lab.Machine bio awarded technology in space prize through MassChallenge Startup Accelerator.（2023-02-17） .https：// issnationallab.org/press-releases/mass-challenge-technology-inspace-prize-machinebioinc.

[5]ISS National Lab.NSF and CASIS select three tissue engineering projects to leverage the ISS national lab.（2021-09-08）.https：// issnationallab.org/press-releases/nsf-casis-select-joint-solicitationtissue-engineering-project.

[6]Partners （IPs and CSPs）-ISS National Lab-iss-casis.org.https：// issnationallab.org/research-and-science/partners-and-facilities/ implementation-partners.

[7]ISS National Lab.ISSRDC panel to discuss the value of In-space production applications.https：//issnationallab.org/iss360/issrdc2022-inspa.

[8]泰伯智庫.TAIBO數(shù)據(jù)年報//2023中國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)進展. （2024-03-11）.https：//tiu.taibo.cn/p/472.

[9]Creech S，GuidiJ，ElburnD.Artemis：An overview ofNASA's activities to return humans to the moon.2022 IEEE Aerospace Conference （AERO），2022：1-7.

關(guān)鍵詞：太空科學促進中心商業(yè)航天國際空間站載人航天