今天小編分享的科技經驗:2024,當中國開始“卷”民營火箭,歡迎閲讀。
到目前為止,人類航天的 " 白菜化 ",正在由馬斯克主導和推動。 2023 年,全球将近 80% 的有效載荷,由 SpaceX 送入軌道。 要改變這一局面,只靠 " 國家隊 " 是不行的。
2023 年 12 月,中央經濟工作會議提出要 " 打造生物制造、商業航天、低空經濟等若幹戰略性新興產業 ",在中央層面明确支持商業航天產業發展,為行業注入了強心劑。 展望 2024 年,民營火箭行業将迎來重大變革,從技術驗證階段轉向商業模式驗證階段,邁向大運力、高頻率發射的新紀元,商業航天的價值将得到進一步的凸顯與實現。
本文将深入分析 2024 年民營火箭行業可能取得的商業化突破,包括運載能力、發射次數和發射價格,并逐一分析藍箭航天、星際榮耀、深藍航天、星河動力、中科宇航、天兵科技、東方空間(按成立時間排序)等主要火箭企業的發展動态。
但不可否認的是,中國民營火箭企業在當前發展階段仍遇到一些問題,但筆者認為這些問題只是時間問題。近年來,中國民營企業在商業航天領網域的活力與能力已充分展現,這足以讓我們對未來充滿信心,并保持耐心。
2023 年 7 月 12 日 9 時整,中國酒泉衞星發射中心成功發射由藍箭航天研制的朱雀二号液氧甲烷火箭,火箭按預定程式進入軌道,任務取得圓滿成功。這是全球液氧甲烷火箭首次實現入軌。@視覺中國
01. 運力即是實力
去年 3 月,馬斯克放言,全球超過 80% 的有效載荷将由 SpaceX 送入軌道。以去年 12 月的數據來看,這個目标基本實現。
不論是從現實市場需求出發,還是從大國頻軌競争的角度考慮,運載能力是火箭行業最關注的指标。有着大運力、高頻次、低成本優勢的 SpaceX 已經成為美國航天發展的主要力量。
相較之下,國内的民營火箭的運載能力還不夠支持主流星座的高效組網工作。目前國内新一代高分遙感、低軌通信星座計劃的單星重量多在 200、300 公斤以上。而已成功發射的雙曲線一号、谷神星一号 500 公裏太陽同步軌道運載能力在 300 公斤以下,一箭只能發 1 顆,力箭一号、天龍二号、朱雀二号同等級運載能力為 1.5 噸左右,從重量看單次最多僅能發射 6 顆,不能支持集約高效的衞星組網。因此,這些火箭還基本只能發射驗證星、微小衞星任務。
天龍二号
2024 年,眾多新亮相的火箭有望為組網衞星發射提供新能力。
首先,東方空間的引力一号,計劃于 1 月發射,标準近地軌道(以下簡稱 LEO)運載能力達到 6.5 噸,500 公裏太陽同步軌道(以下簡稱 SSO)運載能力為 4.2 噸,這一性能略遜于長征六号改和長征八号,處于業界公認的高效運力區間。東方空間曾表示引力一号的設計初衷就是為了實現 " 一箭一軌 " 或 " 一箭半軌 " 的發射任務,一旦成功,它有望成為支持未來衞星組網任務的主力火箭之一。
引力一号
緊接着,天兵科技的天龍三号,計劃在 24 年 6 月首飛,其近地軌道(LEO)運載能力高達 17 噸,500 公裏太陽同步軌道(SSO)運載能力 14 噸,展現出直指獵鷹 9 号的野心。液體火箭的确存在運力優化的過程,首飛時基本無法達到設計的最大運力參數,例如朱雀二号最初設計為 4 噸,目前實現運力是 1.5 噸,但天龍三号的首飛無論成功與否,都将為行業的中大型液體火箭進展開個好頭。
天龍三号
此外,星河動力的智神星一号計劃在年底發射,LEO 運力為 5 噸。這一數值在眾多液體火箭中不算大,延續了其較為穩健的產品風格。
未來三年,計劃發射的大運力火箭還有藍箭的朱雀三号(LEO21.3 噸)、東方空間的引力二号(LEO15-20 噸)、中科宇航的力箭二号(LEO12 噸)等。運力的跨越式提升也意味着研制難度的大幅增加,這些火箭距離發射成功可能還有不少難題要解決,但可以預計,我國的商業火箭行業有望在三年内形成小型火箭 + 中型火箭 + 中大型火箭運力豐富的型譜。
02. 頻次即是效率
其次,發射次數的增長是商業航天發展的關鍵指标。近兩年,商業航天發射快速增長,2020 年僅 1 次發射,2021 年 3 次,2022 年 5 次,2023 年 13 次、接近國内發射總量的五分之一。預計 2024 年商業發射次數有望翻倍增長。
然而,稀缺的發射工位資源成為制約增長的主要因素。目前僅酒泉、東方航天港以及建設中的海南商業發射場可以支持商業航天火箭發射。
酒泉衞星發射中心在支持中小型商業航天火箭發射方面發揮了關鍵作用,但面向未來高頻發射、更大尺寸火箭發射,并無優勢。為了解決工位不足的問題,藍箭航天在酒泉自建了發射工位。然而,對于深處内陸的酒泉而言,運輸問題仍然是一個挑戰,單次公路轉運可能需要近 10 天的時間,而且随着液體火箭箭體直徑超過 4 米,長途運輸的難度将進一步增加。
藍箭航天酒泉工位
東方航天港則在 9 月成功實現了谷神星一号的民營火箭海上發射,引力一号也計劃在此首飛。如果一切順利,東方航天港将具備支持從 300 公斤級(谷神星一号)到 4 噸級(引力一号)多種火箭海上發射的能力。近年來,東方航天港的發射能力快速擴充,泰瑞号、博潤九州号、東方航天港号等多條船只可以使用。不過,東方航天港主要支持固體火箭的發射,尚未具備液體火箭的發射能力。
2023 年 9 月 5 日 17 時 34 分,中國太原衞星發射中心在山東海陽及附近海網域使用谷神星一号海射型運載火箭,将天啓星座 21 星 -24 星共 4 顆衞星順利送入預定軌道,發射任務獲得圓滿成功。 新華社(安迪攝)
海南國際商業航天發射中心被寄予厚望。根據工商注冊信息,星河動力、天兵科技、星際榮耀、東方空間、中科宇航都在文昌注冊了子公司,顯示出在此發射的意願。目前,專供長征八号發射的一号發射工位已經正式竣工,二号工位正在進行建設,天龍三号計劃在此首飛。我們期待海南商發能夠加快工位建設,并為商業航天企業提供更多的發射支持。
海南商發一号發射工位(2023 年 12 月 29 日,無人機照片)圖自新華社
03. 價格即是競争力
最後,發射價格也是商業航天發展需要考慮的重要因素。基于公開信息,長光衞星批量采購了星河動力谷神星一号 5 發火箭、單發 3155 萬元,采購了東方空間引力一号 4 發火箭、單發 19500 萬元。
結合兩種火箭各自的運載能力,可以算出谷神星一号每公斤載荷的價格約 10.5 萬元(500km SSO)或 8 萬元(LEO),引力一号的價格則是 4.5 萬元(500kmSS0)或 3 萬元(LEO)。需要指出的是,上述價格應當是衞星客户整箭、批量采購火箭發射的價格,這應當比單箭購買或拼車搭載更加優惠。也可以看出 " 大火箭 " 比 " 小火箭 " 便宜。
根據中科宇航官方口徑,力箭一号的價格在約 6-7 萬元人民币 / 公斤,藍箭航天朱雀二号、天兵科技天龍二号尚未有公開價格信息。此外,各商業航天公司介紹未來計劃開發的更大型運載火箭的部門運力價格,大都是以獵鷹九号作為技術模範。
國際商業航天中,除了 SpaceX,其他商業航天火箭發射價格還很貴。SpaceX 的報價是單發火箭 6700 萬美元,按近地軌道 22 噸計算,LEO 部門價格不到 3000 美元 /kg(約 2.1 萬人民币 /kg)。美國另一家火箭公司 RocketLab 的電子号運載火箭,單箭 750 萬美元 300kg 載荷,每公斤載荷發射要 2.5 萬美元(約 18 萬人民币 /kg)。
可以看到,目前國内商業航天的發射價格并不高,如上述公開信息中引力一号最優價格已到 3-4 萬元 / 公斤,随着各家後續更大運力的型号推出,其價格與獵鷹 9 号齊平并不是難題。更樂觀地估計,依托于中國強大的制造業基礎,未來國產大運力可回收火箭,很可能會比獵鷹 9 号可回收版更為經濟。
04. 點兵:有困難的和可期待的
藍箭航天
成立于 2015 年,是目前國内第一批成立的商業火箭公司中唯一還在從事軌道級運載火箭業務的公司,2023 年高歌猛進,成功發射朱雀二号,成為全球首個成功入軌的液氧甲烷火箭。藍箭航天的火箭廠房、試車台、發射工位等基礎設施建設扎實,技術路線具有前瞻性。
難點是長期技術路徑和短期盈利能力的權衡。正如上文所説,藍箭朱雀二号 1.5 噸運力還不夠承接未來 3 年主流大規模組網發射任務的訂單。未來兩年,在有限的資源約束下,是要并行研制朱雀二号改進版(4 噸運力)、朱雀三号,還是做出技術型号上的取舍,這是他們需要解決的問題。
期待 2024 年,藍箭能發揮自建廠房的優勢,發射更多的朱雀二号。
星際榮耀
成立于 2016 年,2023 年旗下的雙曲線一号成功復飛,但激起的水花不大,畢竟類似型号中已有谷神星一号的穩定發揮。星際榮耀 2023 年的另一工作重點是雙曲線二号垂直起降試驗,此外,年底進行的 JD-2 發動機的熱試車是其液體火箭雙曲線三号的重要進展。
作為中國首個實現火箭成功入軌的民營火箭公司,目前星際榮耀的星光似乎略顯暗淡。公司在 2024 年,甚至到 2025 年,都很可能只有 300 公斤運力的雙曲線一号能提供發射服務,這很可能導致他們錯過衞星發射市場的快速增長期。星際榮耀目前也積極投入可回收技術的研制,這是一張可能實現翻盤的牌,但預計在 2 年内實現還較難。
深藍航天
成立于 2016 年。不同于主流的 " 先入軌、再回收 " 的技術路徑,深藍航天的路徑是 " 先回收、再入軌 ",這種路徑像是專注于突破瓶頸技術的科研團隊,容易忽略技術研制跟市場和應用的結合。2023 年,深藍航天一直在進行整機試車和星雲 -1 号可回收着陸支腿等技術的研制,并計劃 2024 年底将在海南商發開展火箭回收及入軌發射回收。
考慮星雲 -1 号運載能力 LEO 為 2 噸,且回收需額外保存燃料,從而對運力有較大折損,基本可以認為星雲 -1 号是為研制可回收技術而開發,并無太多實際的載荷發射能力。但星雲 -1 号若是完成可回收技術的研發,也将是中國商業火箭領網域的重大突破。
星河動力
成立于 2018 年。2023 年,星河動力的發展可以説是穩、高、快。依托旗下谷神星一号的穩定發揮,星河動力算得上是真正完成了商業航天的運營閉環,實現了批量化生產、高密度發射、高質量交付。2024,期待智神星一号能夠成功發射。
美中不足的是星河動力的火箭偏小。谷神星一号運載能力為 300 公斤,智神星一号立項較早,規劃運載能力僅為 5 噸,和其他公司同期型号相比小一個量級,對應單箭收入體量也較小。但商業火箭作為一個另類的物流行業,既要大貨車,也要面包車。因此,參考 Rocketlab, 預計星河動力靠着穩定發揮,也将在中國商業航天占據一席之地。
中科宇航
成立于 2018 年。2022 年 7 月力箭一号首飛成功,2023 年 6 月發射了力箭一号遙二,24 年 1 月預計執行遙三任務。從 1 年 1 發到半年 1 發,發射頻次正在緩慢起步。
力箭一号與捷龍三号比較相似,運載能力均為 1.5 噸左右。然而捷龍三号已經實現了海上便捷發射的模式,而力箭一号發射還需要從廣東轉運至酒泉,在產品類似的情況下整體流程更復雜,難有優勢,還需抓緊研制更大的火箭型号突出價值。
天兵科技
成立于 2019 年。2023 年天龍二号首飛成功,是我國首個成功入軌的民營液體火箭。天兵科技在驗證其入軌能力後直接将精力投入研發運力更大的天龍三号。目前看來,天龍三号的研制進度較快,非常值得期待。
天龍三号作為一款提升十倍運力的新火箭,多級并聯技術、增壓輸送技術等諸多技術難點需要克服,要切實實現其運載能力,可能還需一些時間。
東方空間
成立于 2020 年,旗下首款火箭引力一号計劃在 2024 年 1 月份發射。引力一号具備 4.2 噸運力,是國内首個達到 4 噸級的民營火箭,商業應用價值高。
在技術上,引力一号是國内民商火箭中首個采用助推分離技術的,也是國内海上發射火箭中最大的,研制團隊的思路顯得較為清晰、創新,避免了在百公斤級和一噸級火箭重復造輪子。如果首飛成功,考慮其成本優勢,大有後來居上的态勢。若首飛不成,參考藍箭復飛,則還需半年以上時間才能形成入軌能力。
小結
總的來説,2024 年,國内民營火箭将有望形成更豐富的運力梯隊(引力一号、天龍三号、智神星一号),更實質性服務于我國商業發射市場,進一步顯現其在國家航天事業中的作用。
SpaceX 用 6 年時間實現首款火箭發射,8 年射成獵鷹 9 号,13 年實現可回收,到現在研制星艦,每次都取得令人矚目的突破。
我們需要承認,中國民營火箭企業們與 SpaceX 的水平仍存在巨大差距。但不用灰心的是,國内谷神星一号、天龍二号、引力一号等均在 3 年左右研制成功,存在一定後發優勢。預計未來更大火箭和可回收技術的研制,國内民營火箭公司也能夠取得更快的進展。
讓我們一同祝願中國商業航天 2024 大放異彩!