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國際太空站轉型報告 International Space Station Transition Report
2022/02
NASA
https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/2022_iss_transition_report-final_tagged.pdf
美國國家航空暨太空總署(NASA)向美國國會提交〈國際太空站轉型報告〉,從研究、「深空探索」(deep space exploration),以及「低軌衛星」(LEO)太空飛行等角度,評估國際太空站(International Space Station,簡稱ISS),說明由國際太空站轉換至「商用低軌目的地」(CLD)的計畫,介紹未來十年國際太空站的營運目標,以求平穩過渡至商用服務。計畫預計於2030年之前完成。

一、國際太空站簡介:下一個十年
1.目標演進
自國際太空站上線起,科學家與研究人員使用國際太空站從事研究已超過20年,研究領域涵蓋生物、物理、生物醫學、材料,以及地球與太空科學。以下為國際太空站各階段的目標演進。
●第一個十年:站體組裝。
●第二個十年:開發研究與技術,學習於太空中以最有效的方式進行開發。
●第三個十年:現階段的成效最為顯著。NASA的目標包括驗證探索以及驗證人類研究技術(human research technologies),以支持深空探索;持續為人類促進醫療與環境效益;持續透過國際夥伴關係,展現美國於LEO的領導地位;為LEO未來的商業應用奠定基礎。

2.營運現況
國際太空站正邁入強大的商用時代,商業參與將確保太空活動可持續蓬勃發展。
●商用機組員與貨物運輸,支撐著國際太空站的商業生態體系,提供從地球到國際太空站的重要生命線。隨著商用機組員與貨物運輸系統的啟用,現今的國際太空站比以往更加繁忙。
●ISS國家實驗室(ISS National Laboratory)掌管NASA國際太空站50%的資源,主導來自其他機構的數百項實驗,並將利益回饋給地球上的民眾與產業。
●NASA正在開發所需的技術與流程,準備將第一位女性與第一位有色人種送上月球,以及將第一批人類送上火星。
●國際太空站上現正運行20多種商用設施,包括3D列印機、生物列印機(bioprinter)、外部地球觀測與材料平台,以及壓差隔離室(airlock),可供NASA與其他付費客戶使用。

3.壽命延長
●將國際太空站的運行壽命延長至2030年,可為NASA以及美國業界合作夥伴爭取必要的時間,於2020年代後期,將一或多個CLD上線,與國際太空站同時運行,以確保新功能可滿足NASA、合作夥伴,以及美國的需求,使LEO的任務於國際太空站退役後,得以無縫轉換至商用LEO目的地。
●美國軌道段(USOS)與功能性貨艙(FGB)至2028年的壽命延長分析已完成,並未發現任何可妨礙延長至2030年的問題。
●俄羅斯航太集團Roscosmos已正式完成至2024年的延長分析,並將開始2030年的延長分析。
●國際太空站近期已升級,採用新的商用壓差隔離室以及新的俄羅斯研究與對接模組,並且進行數項電力系統升級。雖然國際太空站無法永存,但NASA預計能夠安全運行至2030年。

二、轉型願景
●NASA預計每年為至少兩名機組員於商用CLD上購買「機組工時費」(crew time),直到2030年代初期,以持續進行基本的微重力研究、應用生物醫學研究,以及現正進行中的探索技術開發與人類研究。NASA可使用供應商的私人太空人,購買其機組工時費,來補充上述活動。
●與CLD供應商無關的私人太空人,將輪流造訪CLD,尋求時間進行實驗。
●想體驗太空的遊客將可參觀CLD。
●國際太空站退役後,NASA計畫將根據ISS國家實驗室的經驗,繼續支援LEO的研究。

三、轉型計畫
1.第一階段
此階段預計持續至2025年,NASA將與部分私人企業合作,設計適合政府與私人企業潛在需求的CLD功能。

(1)新增商業模組
●2020年1月,NASA與Axiom Space簽署合約,將國際太空站的對接端口(docking port)使用權授予Axiom Space。
●2020年代中期,將於端口上部署一個商業模組,模組將支援LEO中的私人活動,以測試技術與商用平台營運的商業計畫。
●Axiom計畫未來新增更多模組,最終目標為脫離國際太空站,成為LEO中的自由飛行目的地。

(2)確保系統安全可靠
●為使CLD的競爭能夠維持安全、可靠,且具成本效益,NASA發布徵求書,且於審查收到的提案後,於2021年12月宣布三個獎項,以利推動商業自由飛行器的設計。
●NASA與三家美國公司簽署協議,開發可直接進入軌道的太空商用目的地,分別為Blue Origin、Nanoracks LLC與Northrop Grumman Systems Corporation。
●獎項與Axiom的概念結合,可支援於國際太空站退役前,至少有一個私人的實體已準備就緒,可提供CLD服務。
●NASA於CLD開發階段初期與業界合作,協助確保商業系統的安全,且最終可滿足NASA的需求。

2.第二階段
未來3至4年內,待Axiom、Blue Origin、Nanoracks與Northrop Grumman的設計及商業模式漸趨成熟後,NASA將進行第二階段的活動。此階段將是一場全面而公開的競爭,NASA將與一或多個實體單位簽訂合約,證明其設計符合安全,並向CLD供應商購買可用的服務,供NASA的機組員使用。NASA的目標是成為商用LEO目的地服務的其中一名客戶,只購買NASA需要的商品與服務。長遠來看,LEO營運過渡至私營部門,將提高效率,使NASA能夠將更多的財務與人力資源轉移至深空探索的目標上。

(1)量化需求
NASA正在更新〈預測NASA於低地軌道上的未來需求:量化需求〉白皮書,描述對未來CLD供應商的預期,以協助CLD以及發射供應商拓展業務範圍,滿足NASA未來的需求,同時也允許為其他用戶設計此類功能。需求包括:
●對機組員住宿、技術測試、人類研究與科學的預期需求
●對其他美國單位以及潛在的國際合作夥伴之需求

(2)創造需求
有鑑於太空站的營運具備特殊門檻,NASA正與ISS國家實驗室合作,透過ISS國家實驗室支援具前景的商業太空製造應用,並協助其孵化,例如先進材料、再生醫學,以及組織工程,目標是創造對未來CLD服務的定期需求,當此類需求與NASA的需求相結合時,可使CLD於財務上達到自給自足。其他促進需求的措施,包括將部分國際太空站資源分配給商業用途活動以及有償的私人太空人任務。

(3)評估指標
隨著供給與需求於2020年代中後期漸趨成熟,NASA將繼續透過數項指標,評估邁向商業服務與目的地的過渡準備狀況。前兩項指標最為關鍵,其餘則為平穩轉型的重要訊號。
●至少一個CLD已準備就緒,能夠滿足NASA對LEO的持續需求
●國際太空站的健康狀況良好
●CLD服務出現NASA以外的新市場,可確保CLD能夠持續運作
●國際太空站的「環境控制與生命支援系統」(ECLSS)整合測試,達到探索可靠性目標(exploration reliability targets)
●由兩名NASA工作人員於CLD上完成剩餘的「人類研究計畫風險降低活動」(HRP risk reduction activities)
●針對CLD上持續的LEO國際合作,相關模式與合約準備到位
●商用機組員與貨物供應商具有連續性;價格降低

四、下一個十年目標
NASA已確定於2030年過渡之前,以最有效的方式,於國際太空站上進行多項具體工作,並且確立於國際太空站退役後仍需持續探索的工作,這些工作應該要能夠於未來的CLD上進行。下一個十年目標包括:
●啟動深空探索
●執行可增進人類福祉的研究
●扶植美國商用太空產業
●領導並促進國際合作
●啟發人類

五、扶植美國商用太空產業
強大的LEO經濟體可確保美國於太空研究與開發的利益,同時可將政府資源集中於深空探索,使NASA透過Artemis計畫將第一位女性與第一位有色人送上月球。
1.至2030年的目標
●促成LEO目的地開發,以及促進安全、可靠且具成本效益的研究能力,建立強大的商用LEO市場,並使NASA成為眾多客戶之一。
●確保NASA的營運由國際太空站轉換至商有商辦的CLD時,自身的需求可於LEO上獲得滿足。
●降低成本,使NASA可騰出資源,用於未來的Artemis登月任務、火星任務,以及其他任務。
●透過創新、非傳統的方式,取得商用空間的商品與服務,以滿足NASA的需求。

2.至2030年的執行戰略
●透過商用LEO發展計畫的供應戰略,支援CLD發展。
●針對具前景的領域,制定研究/應用發展路線圖(roadmaps),並制定戰略與夥伴關係,以推進路線圖中的活動;持續為太空生產活動進行需求刺激,並與其他政府機構合作,共同資助可滿足相互利益的領域。
●繼續使用國際太空站來促進商業活動,包括私人太空人任務(Private Astronaut Missions),進而增加商業利益與市場。NASA將於2022年初支援國際太空站上的第一項私人太空人任務,私人太空人任務由私人資助,為全面商業化的太空飛行任務,可達到旅遊、外展、商業研究等活動,以及經由NASA批准的商業與行銷活動。
●透過擴大太空製造、行銷,以及推廣太空站上的商業產品與服務,為國際太空站開創業務。
●使用或建立擴大的採購方案,以推動政府採購轉向商業服務採購,包括CLD上的研究設施。

3.後國際太空站(Post-ISS)計畫
●一或多個CLD可滿足預期的需求。
●為NASA提供LEO服務的成本顯著降低。
●針對旅遊、太空製造,以及其他活動的商業需求,增加CLD的業務,超越美國政府的需求。
●市場上存在多個商用機組員供應商,以及貨物運輸與研究能力供應商。
林玥彤
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