航天創新主體情報研究

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摘要：航天產業是國家綜合實力的集中體現，以往航天活動多以國家意志行為為主，近年來，由政府主導的航天活動逐漸開始市場化，由此促進了商業航天裝備制造產業的蓬勃發展。[方法]本文聚焦中美對比進行專利分析，基于inopat專利數據庫的專利信息，通過對技術申請動向、技術領域和專利市場分析相關技術發展現狀，為我國商業航天發展提供參考借鑒。[結論]商業航天裝備的發展與崛起與美國密切相關，美國商業航天技術發展成熟，市場化充分、競爭激烈，核心技術側重于以商業秘密加以保護，我國商業航天發展迅速，商業轉化尚不充分，關鍵技術仍需突破。

關鍵詞：商業航天專利分析中美對比

0引言

航天產業作為最具挑戰性的高科技領域，是國家綜合實力的集中體現，近些年由政府主導的航天活動逐漸開始市場化，由此促進了商業航天裝備制造產業的蓬勃發展。商業航天領先的國家不僅在經濟增長中受益良多，更能夠通過制定行業標準，制約、控制其他競爭者的發展，因而，全球各國均在競逐商業航天市場。近十年來，全球航天產業一直保持穩步向前的態勢，商業航天收入年均復合增長率為7.6%，高于航天產業經濟增幅，其中2018年商業航天經濟規模高達3288.6億美元，而全球的航天產業經濟規模為4147.5億美元，其中商業航天占比為79.3%。鑒于商業航天的重要地位及意義，中美作為全球性領先的航天大國均在商業航天領域布局，本文以全球商業航天專利數據為基礎，對中美重要創新主體的專利布局情況進行分析，研討商業航天技術發展態勢，以期為我國商業航天產業的未來布局提供參考。

1中美商業航天產業發展現狀

1.1美國產業發展現狀。美國的商業航天發展全球領先[1-2]。在航天工業方面，行業巨頭毫無疑問一直是美國，其擁有全球最尖端的技術產品、具有最完備的產業鏈以及一大批經驗豐富的人才梯隊，這些條件都為美國商業航天的迅速崛起提供了基礎。1984年，美國頒布了商業發射服務的基礎法律制度——《商業航天發射法案》，并于1988年、1998年、2004年三次修訂，對商業發射中許可證制度、持證人及發射活動管理、政府職責以及保險制度進行全面規范，美國的商業航天發展基本已涉足全部航天產業，業務范圍正從傳統的商業衛星發射、應用等業務，逐步向新興領域拓展，如深空探測、太空旅游等。目前，美國商業航天產業已經在低成本、高效率、高可靠實現客戶需求方面，展現出強大的創新力、競爭力，在國際航天市場中占據領先地位。航空航天屬于高風險、高回報的投資領域，需要穩定長期的風險投資資金。政府投入為私營航空航天企業提供了一定的“啟動援助”資金，政府采購又為這些高科技企業提供了市場需求，從而撬動金融市場對這些高科技企業的資金支持。

1.2我國產業發展現狀。我國航天歷經60多年的發展，形成了系統齊全的航天工業體系和較為完整的空間基礎設施，為商業航天發展奠定了堅實基礎。2014年的《國務院關于創新重點領域投融資機制鼓勵社會投資的指導意見》、2018年國家航天局的“鼓勵有序”方針、2019年國家航天局發布的《關于促進商業運載火箭規范有序發展的通知》等一系列規劃中大力支持中國商業航天的有序發展，逐步明晰了商業航天發展要求[3-5]。據不完全統計，截至2019年8月，國內的商業航天企業達到140余家，其中火箭企業超過14家，從衛星研發制造到規?；a的衛星企業超過30家，衛星測控運維企業達到16家，以及眾多的衛星配套、運營、應用等企業，逐步形成了一定的商業化發展模式。我國民營商業火箭公司在2015年后大量涌現，藍箭航天、星際榮耀、九天微星、微納星空等初創公司陸續成立。2019年7月，星際榮耀航天運載火箭首次成功發射并高精度入軌，成為除美國以外全球第一家實現火箭入軌的民營公司。

2中美商業航天產業重要創新主體宏觀數據分析

在產業內進行研究對象的選取，要求在技術上具有一定代表性，具有一定的專利申請量或者在產業上遙遙領先的公司。在美國，選取波音和SpaceX作為研究對象。其中波音是全球航空航天業的領袖公司，作為美國國家航空航天局的主要服務提供商，波音公司運營著航天飛機和國際空間站，還提供眾多軍用和民用航線支持服務；而SpaceX發射了世界上第一個可重復使用的火箭，其獵鷹9號首次成功在陸地上直立著陸，成立以來不斷改寫人類探索太空的歷史，火箭的可回收與可復用極大降低發射成本?；谝陨侠碛桑x取美國的波音和SpaceX進行分析。在中國范圍內，選取藍箭航天和星際榮耀作為分析對象。藍箭航天致力于研制以液體甲烷作為推進劑的新型動力火箭產品，為市場提供性價比高、安全可靠的發射服務；星際榮耀公司專注于高品質、低成本快響應的小型智能運載火箭研發，為全球小衛星及星座客戶提供一體化的商業發射服務。藍箭航天和星際榮耀都是近年來在商業航天領域初步嶄露頭角的公司。本文從申請趨勢、專利涉及的技術領域等方面，對比分析美中兩國具有代表性的波音公司、SpaceX、藍箭航天和星際榮耀這四位申請人的專利情況[6]。本文參考《中國制造2025大眾讀本航空航天裝備》[7]以及相關行業標準、專業書籍，同時兼顧專利數據檢索和標引，將商業航天相關技術分解為一級分支：火箭、衛星空間系統、飛船及空間站、地面設備，各一級分支下劃分二級分支。在檢索時采用“分—總”的檢索策略，先對各個二級分支的專利進行檢索，分別篩選出四個申請人的專利，再將二級分支的專利數據合并到各對應一級分支，形成各一級分支的檢索結果，再將各一級分支的檢索結果進行專利合并、去重，得到本文中美商業航天領域主要申請人的全部專利數據。

2.1申請趨勢。波音公司、SpaceX、藍箭航天和星際榮耀在商業航天高端產業制造領域中的申請量分別為170件、45件、178件、133件專利，上述專利經過人工標引，均為有效專利，圖1為波音公司、SpaceX、藍箭航天和星際榮耀1995—2021年的專利申請趨勢。其中波音公司的申請總量為170件，且逐年申請量較為穩定，2003年到2010年之間的波動是由于2003年哥倫比亞號航天飛機失事，航天飛機暫停發射，美國政府也減少了在航天方面的支出，波音公司由于調查航天飛機失事的原因而減少了專利申請。波音公司的170件申請全部為發明專利，且截至檢索日，其發明授權量占比為50.8%。其次，SpaceX成立時間早于星際榮耀和藍箭航天，但是其并未進行過多的專利布局，在商業航天高端產業制造領域中，2016年開始申請專利，且專利數量為45件，2019年達到頂峰，為22件，在45件專利申請中，發明專利36件。藍箭航天和星際榮耀，均在2019年也是在申請相關領域專利的兩到三年之后達到高峰，分別為85件和79件，也是由于此時具有一定的技術累積；在專利類型方面，藍箭航天的所有專利申請中，有94件發明專利和84件實用新型專利，星際榮耀133件專利中，發明專利91件，實用新型專利42件。由于專利申請公開的周期較長，2020—2021年提交的專利申請數據目前還不能從數據庫中完全獲得。

2.2技術領域分布為波音公司。SpaceX、藍箭航天和星際榮耀的專利申請所涉及的技術領域，從整體數據來看，波音公司、藍箭航天、星際榮耀的總申請量相差不大，但是波音公司在火箭、衛星、飛船和地面設備四個領域均有所布局，藍箭航天在火箭、飛船、地面設備領域中均有一定數量的專利申請，且在火箭中的箭體結構、推進系統和測控系統中均有一定數量的專利申請。星際榮耀在火箭領域有127件專利，另外在地面設備領域也有10件專利，藍箭航天和星際榮耀主要涉及火箭以及相關地面設備的專利。SpaceX在專利申請量不大的情況下，主要技術涉及衛星領域。主要申請人在一級、二級技術分支中的專利數量，波音公司在火箭、衛星、飛船、地面設備這四個領域的二級分支中幾乎都有所涉及，且在火箭中的推進系統、衛星中的測控和控制系統、飛船中的控制系統，均申請了數量較多的專利。藍箭航天和星際榮耀，均在火箭及相關的地面設備中的二級分支具有一定數量的專利布局。另外，波音公司、藍箭航天和星際榮耀在火箭領域的專利中，推進系統的占比分別是70%、65%、54%，由此可見，火箭中的推進系統屬于三者的研發重點。SpaceX在專利申請量不大的情況下，主要技術涉及衛星領域中的天線，這是由于天線的外形和內部技術細節容易被仿制，火箭方面的專利申請僅為3件，且均涉及箭體結構，其中US10486389B2，名稱為激光穿孔金屬蜂窩材料及其制造方法，涉及可重復使用的火箭整流罩，火箭整流罩可能會在火箭發射過程中散落到任何地方，所以，也適合對其進行專利保護。由此可見，SpaceX在有可能發生專利糾紛的領域申請專利，并未在其具有競爭力的火箭回收方面申請專利，而是作為商業秘密的形式對其進行了保護，以避免因專利申請造成相關秘密信息不必要地公開。在推進系統的技術領域中，SpaceX為了保護關鍵技術，并未申請專利，但還是公開了一部分技術信息。SpaceX的創始人ElonMusk以及首席火箭著陸工程師LarsBlackmore分別撰寫過關于火箭的非專利文章，涉及箭體結構以及精準著陸算法，其中《火箭自主精準著陸》（AutonomousPrecisionLandingofSpaceRockets）的綜述性文章中介紹了火箭回收面臨的四大挑戰，首先是環境極端復雜，火箭從高空返回速度大，大氣阻力和啟動加熱明顯，其次是任務容錯率低，返回必須一次成功，幾乎沒有二次嘗試的機會，三是著陸困難，需要設計可折疊著陸緩沖裝置等復雜的輔助機構，最后是需要克服風力等擾動以精準達到回收場地。此外，該文章中還介紹了獵鷹9火箭精準著陸算法——凸優化（ConvexOptimazation），且該算法首次被NASA下屬的噴氣推進實驗室JPL在國際權威期刊上率先提出，后來被多次應用在Masten公司的小火箭上，使其具備垂直著陸能力。

3中美商業航天產業重要創新主體專利市場分析

3.1專利市場分析。為波音公司、SpaceX、藍箭航天和星際榮耀的專利市場布局，橫縱坐標分別為申請人和市場，圖中圓形內的數字為專利數量，其中波音公司除在本國進行主要布局之外，在中國、日本、加拿大等國也進行一定數量的專利布局，在各國布局的數量較為均勻；SpaceX在本國的申請量為35件，在日本的專利申請為5件，在德國和加拿大各申請了2件，在世界知識產權組織申請了1件；藍箭航天在本國的專利申請為178件，同時，在世界知識產權組織申請了5件；星際榮耀的133件專利均為中國申請。由此可見，除波音公司在美國和多個國家專利布局之外，其他三個申請人均主要在本國布局。此外，SpaceX為了保護自身在火箭推進系統領域的利益，曾在2014年請求對公開號US8678321B2（空間運載火箭的海上著陸及相關系統和方法，藍色起源公司）的專利無效，該專利中，可重復使用的空間運載火箭從沿海發射場以水上軌道發射，在預先定位的海上平臺的甲板上執行垂直動力著陸。該專利對SpaceX造成嚴重威脅，因為SpaceX在研發可重復使用并在海上完成降落的運載火箭投入了大量資金，并獲得了重要進展，提起訴訟請求宣告該專利無效，最后成功無效了該專利的權利要求1～15

3.2專利轉讓情況分析。為波音公司、SpaceX、藍箭航天和星際榮耀的專利轉讓情況，可以看出，波音公司的專利轉讓占比最多，為66%，SpaceX、藍箭航天和星際榮耀的專利轉讓占比分別為29%、6%、8%，在波音公司的轉讓專利中，多數是由個人轉讓給波音公司，波音公司通過其內部知識產權管理部門進行專利分析、專利轉讓，加強專利布局、搶占市場、進一步建立市場競爭優勢?；谏鲜龇治?，可以初步看出波音公司、SpaceX、藍箭航天和星際榮耀的知識產權策略。首先，對于波音公司，其作為航空航天領域發明創造的翹楚，面對前仆后繼的競爭對手，波音公司進行了全球專利布局，開展技術保護，波音公司在火箭、衛星、飛船、地面設備這四個領域及大部分二級分支均有所布局，通過諸多領域進行專利布局以及在不同國家、地區專利申請經驗的累積，且通過專利轉讓等手段，進一步提升自身競爭優勢，已經建立起一套完善的知識產權制度方案。對于SpaceX，其在火箭領域很少布局，一方面是因為火箭發射領域具備門檻高、運營企業少、發射場所偏僻和主要在高空和外太空使用等特點，即便發生專利侵權行為，也很難被發現，所以，SpaceX公司可能認為沒必要在相關領域分布較多專利；另一方面，由于SpaceX采用扁平化管理模式，有效地降低了通過外界合作等環節泄露其商業秘密的風險。在專利保護方面，專利創新成果的技術方案需要表述清楚、完整和滿足充分公開的需求，專利最長保護期限不超過20年，公開專利可能被駁回、授權專利可能會被無效，而商業秘密不存在上述問題，所以，SpaceX采用商業秘密的方式保護自身知識產權。另外，雖然SpaceX的專利申請并不涉及發動機或可回收運載火箭等關鍵技術，以避免因專利申請造成相關秘密信息不必要地公開，但是其還在密切關注相關領域的重要專利，并通過專利訴訟的手段保護切身利益。對于藍箭航天和星際榮耀公司，雖然二者的成立時間短，均較為重視專利申請，其專利數量與波音和SpaceX相比并不少，從技術領域來看，其在各自的技術領域中均申請了相關的專利，在商業航天領域已經形成一定規模，在國內已屬于佼佼者，但是二者還處于創業的初級階段，并未在除中國和WIPO以外的國家或地區申請專利，還未形成完善的專利運營策略。

4對策建議

通過對中美代表性企業在商業航天領域的專利分析，對我國商業航天領域的企業，在企業管理、技術、專利、人才四個方面提出以下對策建議。

4.1創新管理架構。提高運作效能。相對于NASA繁榮復雜的行政結構，SpaceX的扁平化管理架構明顯提高了管理溝通效率，降低了公司行政運作成本。因而簡單的管理架構是商業航天民營企業的優勢，我國民營企業應當勇于創新，采用符合企業自身的簡單、便捷、低成本的管理架構來提高運作效能。

4.2成熟技術極致運用、關鍵技術勇于創新。我國傳統航天技術已經達到了一定的水準，商業航天無非是在法律準許范圍內，遵循市場規律，設計航天領域的商品交換或服務的經濟活動。傳統航天已有的成熟技術能夠作為商業航天的基礎，使商業航天在此基礎上進行利于商業化發展的其他技術探索。商業航天可站在巨人的肩膀上將已有的成熟技術發揮極致，避免重復研發投入，對于需要探索的關鍵技術勇于創新。目前，地面設備在傳統航天和商業航天方面具有較強的通用性和繼承性，其相對于商業衛星、商業火箭而言，屬于較為成熟的技術，可對其進行極致開發及運用。高可靠性、低成本、快響應是商業航天發展的必然趨勢，但與我國傳統航天不計成本追求高可靠性的目標有所差異，因而在高可靠性的基礎上追求低成本、快響應必然需要商業航天主體勇于創新，推動可回收、重復使用等關鍵技術發展。

4.3隱藏商業機密、規劃專利布局。對商業航天主體的科技成果保護應因地適宜，尖端技術作為商業機密保護，而具有一定競爭力的關鍵技術搶占先機積極規劃專利布局。美國商業航天的創新主體對知識產權的保護策略注重以商業秘密進行保護，其在杜絕關鍵技術泄漏的同時也暴露出目前商業航天技術專利布局存在一定的空白點，我國創新主體在借鑒其尖端技術作為商業機密保護的同時，更應加強研發力度、盡力加快研發進程，對于具有競爭力的關鍵技術搶占先機積極規劃專利布局，利用美國專利布局空白點提前申請專利保護。我國后來居上對美國商業航天技術加以制衡也具有一定可能性，具體而言，在容易發生專利權糾紛的領域加快專利申請并合理布局，結合后續研發進程，圍繞同一技術主題在相關技術領域、主要國家/地區分布上構建有效的專利族，全面、完善地建立創新成果保護屏障。涉及尖端技術，盡量采用商業秘密的形式進行保護，但是仍需要密切關注相關領域的重要專利，如果其他申請人的專利與自身的商業秘密高度相關，可以通過無效的手段保護自己，基于我國的專利制度，如果相關創新成果涉及國防裝備生產，還可以通過國防專利進行技術秘密保護。

4.4尊重人才、廣聘精英。人才是企業技術創新的源泉，人才的知識水平、智力水平及其創造能力對技術創新至關重要，而人才的引進和培養是企業管控技術創新的關鍵手段。企業可廣聘海內外航天精英，尊重人才，激勵創新。從人才結構而言，要注重人才資源合理配置、人才結構層次分布，建立一支高素質的科技人才、管理人才和技能人才隊伍，促進企業各階層全面發展。

5結語

通過上述分析可知，美國商業航天技術發展成熟，市場化充分、競爭激烈，核心技術側重于以商業秘密加以保護。目前，我國商業航天逐步形成了國家隊主導，民營企業相繼進入的行業格局。近年來我國商業航天的逐年專利申請量已反超美國，起步晚，發展快，但商業轉化尚不充分，重要申請人距離世界一流商業航天公司還有一定差距。中美重要創新主體具有不同知識產權策略，熱點技術中美側重不同，并對我國的商業航天企業提出了四點對策建議，我國相關企業仍需辯證地學習美國商業航天發展路徑，加速拓展商業航天業務。

作者:劉歡 張雨 單位:國家知識產權局專利局專利審查協作天津中心