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摘要：航天产业是国家综合实力的集中体现，以往航天活动多以国家意志行为为主，近年来，由政府主导的航天活动逐渐开始市场化，由此促进了商业航天装备制造产业的蓬勃发展。[方法]本文聚焦中美对比进行专利分析，基于inopat专利数据库的专利信息，通过对技术申请动向、技术领域和专利市场分析相关技术发展现状，为我国商业航天发展提供参考借鉴。[结论]商业航天装备的发展与崛起与美国密切相关，美国商业航天技术发展成熟，市场化充分、竞争激烈，核心技术侧重于以商业秘密加以保护，我国商业航天发展迅速，商业转化尚不充分，关键技术仍需突破。
关键词：商业航天专利分析中美对比
0引言
航天产业作为最具挑战性的高科技领域，是国家综合实力的集中体现，近些年由政府主导的航天活动逐渐开始市场化，由此促进了商业航天装备制造产业的蓬勃发展。商业航天领先的国家不仅在经济增长中受益良多，更能够通过制定行业标准，制约、控制其他竞争者的发展，因而，全球各国均在竞逐商业航天市场。近十年来，全球航天产业一直保持稳步向前的态势，商业航天收入年均复合增长率为7.6%，高于航天产业经济增幅，其中2018年商业航天经济规模高达3288.6亿美元，而全球的航天产业经济规模为4147.5亿美元，其中商业航天占比为79.3%。鉴于商业航天的重要地位及意义，中美作为全球性领先的航天大国均在商业航天领域布局，本文以全球商业航天专利数据为基础，对中美重要创新主体的专利布局情况进行分析，研讨商业航天技术发展态势，以期为我国商业航天产业的未来布局提供参考。
1中美商业航天产业发展现状
1.1美国产业发展现状。美国的商业航天发展全球领先[1-2]。在航天工业方面，行业巨头毫无疑问一直是美国，其拥有全球最尖端的技术产品、具有最完备的产业链以及一大批经验丰富的人才梯队，这些条件都为美国商业航天的迅速崛起提供了基础。1984年，美国颁布了商业发射服务的基础法律制度——《商业航天发射法案》，并于1988年、1998年、2004年三次修订，对商业发射中许可证制度、持证人及发射活动管理、政府职责以及保险制度进行全面规范，美国的商业航天发展基本已涉足全部航天产业，业务范围正从传统的商业卫星发射、应用等业务，逐步向新兴领域拓展，如深空探测、太空旅游等。目前，美国商业航天产业已经在低成本、高效率、高可靠实现客户需求方面，展现出强大的创新力、竞争力，在国际航天市场中占据领先地位。航空航天属于高风险、高回报的投资领域，需要稳定长期的风险投资资金。政府投入为私营航空航天企业提供了一定的“启动援助”资金，政府采购又为这些高科技企业提供了市场需求，从而撬动金融市场对这些高科技企业的资金支持。
1.2我国产业发展现状。我国航天历经60多年的发展，形成了系统齐全的航天工业体系和较为完整的空间基础设施，为商业航天发展奠定了坚实基础。2014年的《国务院关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》、2018年国家航天局的“鼓励有序”方针、2019年国家航天局发布的《关于促进商业运载火箭规范有序发展的通知》等一系列规划中大力支持中国商业航天的有序发展，逐步明晰了商业航天发展要求[3-5]。据不完全统计，截至2019年8月，国内的商业航天企业达到140余家，其中火箭企业超过14家，从卫星研发制造到规模化生产的卫星企业超过30家，卫星测控运维企业达到16家，以及众多的卫星配套、运营、应用等企业，逐步形成了一定的商业化发展模式。我国民营商业火箭公司在2015年后大量涌现，蓝箭航天、星际荣耀、九天微星、微纳星空等初创公司陆续成立。2019年7月，星际荣耀航天运载火箭首次成功发射并高精度入轨，成为除美国以外全球第一家实现火箭入轨的民营公司。
2中美商业航天产业重要创新主体宏观数据分析
在产业内进行研究对象的选取，要求在技术上具有一定代表性，具有一定的专利申请量或者在产业上遥遥领先的公司。在美国，选取波音和SpaceX作为研究对象。其中波音是全球航空航天业的领袖公司，作为美国国家航空航天局的主要服务提供商，波音公司运营着航天飞机和国际空间站，还提供众多军用和民用航线支持服务；而SpaceX发射了世界上第一个可重复使用的火箭，其猎鹰9号首次成功在陆地上直立着陆，成立以来不断改写人类探索太空的历史，火箭的可回收与可复用极大降低发射成本。基于以上理由，选取美国的波音和SpaceX进行分析。在中国范围内，选取蓝箭航天和星际荣耀作为分析对象。蓝箭航天致力于研制以液体甲烷作为推进剂的新型动力火箭产品，为市场提供性价比高、安全可靠的发射服务；星际荣耀公司专注于高品质、低成本快响应的小型智能运载火箭研发，为全球小卫星及星座客户提供一体化的商业发射服务。蓝箭航天和星际荣耀都是近年来在商业航天领域初步崭露头角的公司。本文从申请趋势、专利涉及的技术领域等方面，对比分析美中两国具有代表性的波音公司、SpaceX、蓝箭航天和星际荣耀这四位申请人的专利情况[6]。本文参考《中国制造2025大众读本航空航天装备》[7]以及相关行业标准、专业书籍，同时兼顾专利数据检索和标引，将商业航天相关技术分解为一级分支：火箭、卫星空间系统、飞船及空间站、地面设备，各一级分支下划分二级分支。在检索时采用“分—总”的检索策略，先对各个二级分支的专利进行检索，分别筛选出四个申请人的专利，再将二级分支的专利数据合并到各对应一级分支，形成各一级分支的检索结果，再将各一级分支的检索结果进行专利合并、去重，得到本文中美商业航天领域主要申请人的全部专利数据。
2.1申请趋势。波音公司、SpaceX、蓝箭航天和星际荣耀在商业航天高端产业制造领域中的申请量分别为170件、45件、178件、133件专利，上述专利经过人工标引，均为有效专利，图1为波音公司、SpaceX、蓝箭航天和星际荣耀1995—2021年的专利申请趋势。其中波音公司的申请总量为170件，且逐年申请量较为稳定，2003年到2010年之间的波动是由于2003年哥伦比亚号航天飞机失事，航天飞机暂停发射，美国政府也减少了在航天方面的支出，波音公司由于调查航天飞机失事的原因而减少了专利申请。波音公司的170件申请全部为发明专利，且截至检索日，其发明授权量占比为50.8%。其次，SpaceX成立时间早于星际荣耀和蓝箭航天，但是其并未进行过多的专利布局，在商业航天高端产业制造领域中，2016年开始申请专利，且专利数量为45件，2019年达到顶峰，为22件，在45件专利申请中，发明专利36件。蓝箭航天和星际荣耀，均在2019年也是在申请相关领域专利的两到三年之后达到高峰，分别为85件和79件，也是由于此时具有一定的技术累积；在专利类型方面，蓝箭航天的所有专利申请中，有94件发明专利和84件实用新型专利，星际荣耀133件专利中，发明专利91件，实用新型专利42件。由于专利申请公开的周期较长，2020—2021年提交的专利申请数据目前还不能从数据库中完全获得。
2.2技术领域分布为波音公司。SpaceX、蓝箭航天和星际荣耀的专利申请所涉及的技术领域，从整体数据来看，波音公司、蓝箭航天、星际荣耀的总申请量相差不大，但是波音公司在火箭、卫星、飞船和地面设备四个领域均有所布局，蓝箭航天在火箭、飞船、地面设备领域中均有一定数量的专利申请，且在火箭中的箭体结构、推进系统和测控系统中均有一定数量的专利申请。星际荣耀在火箭领域有127件专利，另外在地面设备领域也有10件专利，蓝箭航天和星际荣耀主要涉及火箭以及相关地面设备的专利。SpaceX在专利申请量不大的情况下，主要技术涉及卫星领域。主要申请人在一级、二级技术分支中的专利数量，波音公司在火箭、卫星、飞船、地面设备这四个领域的二级分支中几乎都有所涉及，且在火箭中的推进系统、卫星中的测控和控制系统、飞船中的控制系统，均申请了数量较多的专利。蓝箭航天和星际荣耀，均在火箭及相关的地面设备中的二级分支具有一定数量的专利布局。另外，波音公司、蓝箭航天和星际荣耀在火箭领域的专利中，推进系统的占比分别是70%、65%、54%，由此可见，火箭中的推进系统属于三者的研发重点。SpaceX在专利申请量不大的情况下，主要技术涉及卫星领域中的天线，这是由于天线的外形和内部技术细节容易被仿制，火箭方面的专利申请仅为3件，且均涉及箭体结构，其中US10486389B2，名称为激光穿孔金属蜂窝材料及其制造方法，涉及可重复使用的火箭整流罩，火箭整流罩可能会在火箭发射过程中散落到任何地方，所以，也适合对其进行专利保护。由此可见，SpaceX在有可能发生专利纠纷的领域申请专利，并未在其具有竞争力的火箭回收方面申请专利，而是作为商业秘密的形式对其进行了保护，以避免因专利申请造成相关秘密信息不必要地公开。在推进系统的技术领域中，SpaceX为了保护关键技术，并未申请专利，但还是公开了一部分技术信息。SpaceX的创始人ElonMusk以及首席火箭着陆工程师LarsBlackmore分别撰写过关于火箭的非专利文章，涉及箭体结构以及精准着陆算法，其中《火箭自主精准着陆》（AutonomousPrecisionLandingofSpaceRockets）的综述性文章中介绍了火箭回收面临的四大挑战，首先是环境极端复杂，火箭从高空返回速度大，大气阻力和启动加热明显，其次是任务容错率低，返回必须一次成功，几乎没有二次尝试的机会，三是着陆困难，需要设计可折叠着陆缓冲装置等复杂的辅助机构，最后是需要克服风力等扰动以精准达到回收场地。此外，该文章中还介绍了猎鹰9火箭精准着陆算法——凸优化（ConvexOptimazation），且该算法首次被NASA下属的喷气推进实验室JPL在国际权威期刊上率先提出，后来被多次应用在Masten公司的小火箭上，使其具备垂直着陆能力。
3中美商业航天产业重要创新主体专利市场分析
3.1专利市场分析。为波音公司、SpaceX、蓝箭航天和星际荣耀的专利市场布局，横纵坐标分别为申请人和市场，图中圆形内的数字为专利数量，其中波音公司除在本国进行主要布局之外，在中国、日本、加拿大等国也进行一定数量的专利布局，在各国布局的数量较为均匀；SpaceX在本国的申请量为35件，在日本的专利申请为5件，在德国和加拿大各申请了2件，在世界知识产权组织申请了1件；蓝箭航天在本国的专利申请为178件，同时，在世界知识产权组织申请了5件；星际荣耀的133件专利均为中国申请。由此可见，除波音公司在美国和多个国家专利布局之外，其他三个申请人均主要在本国布局。此外，SpaceX为了保护自身在火箭推进系统领域的利益，曾在2014年请求对公开号US8678321B2（空间运载火箭的海上着陆及相关系统和方法，蓝色起源公司）的专利无效，该专利中，可重复使用的空间运载火箭从沿海发射场以水上轨道发射，在预先定位的海上平台的甲板上执行垂直动力着陆。该专利对SpaceX造成严重威胁，因为SpaceX在研发可重复使用并在海上完成降落的运载火箭投入了大量资金，并获得了重要进展，提起诉讼请求宣告该专利无效，最后成功无效了该专利的权利要求1～15
3.2专利转让情况分析。为波音公司、SpaceX、蓝箭航天和星际荣耀的专利转让情况，可以看出，波音公司的专利转让占比最多，为66%，SpaceX、蓝箭航天和星际荣耀的专利转让占比分别为29%、6%、8%，在波音公司的转让专利中，多数是由个人转让给波音公司，波音公司通过其内部知识产权管理部门进行专利分析、专利转让，加强专利布局、抢占市场、进一步建立市场竞争优势。基于上述分析，可以初步看出波音公司、SpaceX、蓝箭航天和星际荣耀的知识产权策略。首先，对于波音公司，其作为航空航天领域发明创造的翘楚，面对前仆后继的竞争对手，波音公司进行了全球专利布局，开展技术保护，波音公司在火箭、卫星、飞船、地面设备这四个领域及大部分二级分支均有所布局，通过诸多领域进行专利布局以及在不同国家、地区专利申请经验的累积，且通过专利转让等手段，进一步提升自身竞争优势，已经建立起一套完善的知识产权制度方案。对于SpaceX，其在火箭领域很少布局，一方面是因为火箭发射领域具备门槛高、运营企业少、发射场所偏僻和主要在高空和外太空使用等特点，即便发生专利侵权行为，也很难被发现，所以，SpaceX公司可能认为没必要在相关领域分布较多专利；另一方面，由于SpaceX采用扁平化管理模式，有效地降低了通过外界合作等环节泄露其商业秘密的风险。在专利保护方面，专利创新成果的技术方案需要表述清楚、完整和满足充分公开的需求，专利最长保护期限不超过20年，公开专利可能被驳回、授权专利可能会被无效，而商业秘密不存在上述问题，所以，SpaceX采用商业秘密的方式保护自身知识产权。另外，虽然SpaceX的专利申请并不涉及发动机或可回收运载火箭等关键技术，以避免因专利申请造成相关秘密信息不必要地公开，但是其还在密切关注相关领域的重要专利，并通过专利诉讼的手段保护切身利益。对于蓝箭航天和星际荣耀公司，虽然二者的成立时间短，均较为重视专利申请，其专利数量与波音和SpaceX相比并不少，从技术领域来看，其在各自的技术领域中均申请了相关的专利，在商业航天领域已经形成一定规模，在国内已属于佼佼者，但是二者还处于创业的初级阶段，并未在除中国和WIPO以外的国家或地区申请专利，还未形成完善的专利运营策略。
4对策建议
通过对中美代表性企业在商业航天领域的专利分析，对我国商业航天领域的企业，在企业管理、技术、专利、人才四个方面提出以下对策建议。
4.1创新管理架构。提高运作效能。相对于NASA繁荣复杂的行政结构，SpaceX的扁平化管理架构明显提高了管理沟通效率，降低了公司行政运作成本。因而简单的管理架构是商业航天民营企业的优势，我国民营企业应当勇于创新，采用符合企业自身的简单、便捷、低成本的管理架构来提高运作效能。
4.2成熟技术极致运用、关键技术勇于创新。我国传统航天技术已经达到了一定的水准，商业航天无非是在法律准许范围内，遵循市场规律，设计航天领域的商品交换或服务的经济活动。传统航天已有的成熟技术能够作为商业航天的基础，使商业航天在此基础上进行利于商业化发展的其他技术探索。商业航天可站在巨人的肩膀上将已有的成熟技术发挥极致，避免重复研发投入，对于需要探索的关键技术勇于创新。目前，地面设备在传统航天和商业航天方面具有较强的通用性和继承性，其相对于商业卫星、商业火箭而言，属于较为成熟的技术，可对其进行极致开发及运用。高可靠性、低成本、快响应是商业航天发展的必然趋势，但与我国传统航天不计成本追求高可靠性的目标有所差异，因而在高可靠性的基础上追求低成本、快响应必然需要商业航天主体勇于创新，推动可回收、重复使用等关键技术发展。
4.3隐藏商业机密、规划专利布局。对商业航天主体的科技成果保护应因地适宜，尖端技术作为商业机密保护，而具有一定竞争力的关键技术抢占先机积极规划专利布局。美国商业航天的创新主体对知识产权的保护策略注重以商业秘密进行保护，其在杜绝关键技术泄漏的同时也暴露出目前商业航天技术专利布局存在一定的空白点，我国创新主体在借鉴其尖端技术作为商业机密保护的同时，更应加强研发力度、尽力加快研发进程，对于具有竞争力的关键技术抢占先机积极规划专利布局，利用美国专利布局空白点提前申请专利保护。我国后来居上对美国商业航天技术加以制衡也具有一定可能性，具体而言，在容易发生专利权纠纷的领域加快专利申请并合理布局，结合后续研发进程，围绕同一技术主题在相关技术领域、主要国家/地区分布上构建有效的专利族，全面、完善地建立创新成果保护屏障。涉及尖端技术，尽量采用商业秘密的形式进行保护，但是仍需要密切关注相关领域的重要专利，如果其他申请人的专利与自身的商业秘密高度相关，可以通过无效的手段保护自己，基于我国的专利制度，如果相关创新成果涉及国防装备生产，还可以通过国防专利进行技术秘密保护。
4.4尊重人才、广聘精英。人才是企业技术创新的源泉，人才的知识水平、智力水平及其创造能力对技术创新至关重要，而人才的引进和培养是企业管控技术创新的关键手段。企业可广聘海内外航天精英，尊重人才，激励创新。从人才结构而言，要注重人才资源合理配置、人才结构层次分布，建立一支高素质的科技人才、管理人才和技能人才队伍，促进企业各阶层全面发展。
5结语
通过上述分析可知，美国商业航天技术发展成熟，市场化充分、竞争激烈，核心技术侧重于以商业秘密加以保护。目前，我国商业航天逐步形成了国家队主导，民营企业相继进入的行业格局。近年来我国商业航天的逐年专利申请量已反超美国，起步晚，发展快，但商业转化尚不充分，重要申请人距离世界一流商业航天公司还有一定差距。中美重要创新主体具有不同知识产权策略，热点技术中美侧重不同，并对我国的商业航天企业提出了四点对策建议，我国相关企业仍需辩证地学习美国商业航天发展路径，加速拓展商业航天业务。
作者:刘欢 张雨 单位:国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心
