商业航天发射,各国火箭“不谋而合”

2021-12-06 17:39:00 中国航天报

11月25~26日,第七届中国(国际)商业航天高峰论坛在湖北省武汉市举行。在商业运载系统研制与发射分论坛上,中国航天两大集团公司的火箭,以及中科宇航、蓝箭航天、星际荣耀、星途探索、深蓝航天、九州云箭、西安空天引擎等民营航天企业,纷纷展示了自家运载火箭、发动机的研制进展和商业发射计划。那么,目前商业航天发射呈现出什么特点呢?

运载火箭百花齐放 中外航天“同频共振”

2015年,被誉为中国商业航天元年,自此之后国内几十家以运载火箭发射服务为目标的火箭公司相继涌现,商业火箭领域仿佛“忽如一夜春风来”。随后,各种民间资本、风险投资、地方政府投资纷至沓来,融资额度从数亿元逐渐升至百亿元级别。

经过6年的竞争迭代和发展后,我国航天发射总数、入轨载荷数、入轨质量已经稳居世界前列,同时多型民营火箭经历了首飞“大考”。但也要看到,行业萌芽期爆发后,运载火箭高技术、高风险的特点充分显露,大浪淘沙过程中不少民营火箭公司已悄然倒下。

正所谓“其兴也勃焉,其亡也忽焉”,目前行业竞争已经进入白热化的下半场,尤其是进入2021年后,头部效应显著,融资难度陡升。

无独有偶,受美国SpaceX公司和火箭实验室等头部企业的示范作用影响,国外民营火箭公司也进入了百花齐放的全新阶段。

SpaceX公司的猎鹰9火箭发射升空。

新的公司、新的思路、新的火箭型号层出不穷,竞争十分激烈,虽脱颖而出者寥寥但都各具特色。总的来讲,体现出3个明显的趋势方向:

首先是它们大多瞄准运力吨级以下的微小及立方星发射市场,刻意避免与成熟的大中型运载火箭直接“对线”,并清一色地选择了液体火箭,这些都降低了研制门槛和投入。其次是低成本化,他们都在想方设法降低发射成本,尤其是单位重量发射成本。最后他们大多在追求高频次发射,尤其是偏好在传统发射场外,自建更加灵活的发射台。

曾历经3次入轨发射失败的美国小火箭企业群星公司,正好符合这三个条件。在11月20日的第四次发射中,该公司的3.3版群星火箭,在科迪亚克岛的简易发射台进行了第四次入轨发射尝试。火箭升空9分钟后顺利进入500公里的近地轨道,发射终获成功。

3.3版群星火箭在三连败后终于发射成功。

目前,该火箭的运力仅100公斤左右,主要瞄准微、纳卫星市场。在降本增效上,该火箭采用了成熟的铝合金进行批产。目前,单枚火箭的价格已经低至200万美元,每公斤发射成本仅有2万美元,在成熟且批产后成本还将进一步下降。

实际上,群星已经是今年第三家尝试入轨发射的初创火箭公司,第一家是来自维珍轨道公司的运载器一号空射火箭。作为首款液体空射火箭,“运载器一号”在2020年5月进行了首次试射,但由于火箭在点火数秒后因燃料管线破裂而“熄火”并失去推力,发射宣告失败。

今年1月17日,运载器一号空射火箭点火成功。

今年1月17日,经过“归零”后的“运载器一号”将美国宇航局的10颗立方星成功送入500公里的轨道。由于该火箭采用了波音747客机改造而来的空射平台,发射条件较为灵活,发射报价只有1200万美元。

运力区间“不约而同” 共同瞄准细分市场

今年试射的第三家公司不如前两家“幸福”,9月2日萤火虫公司的阿尔法火箭在范登堡空军基地进行了首次入轨发射,但在起飞两分半后就发生了剧烈爆炸。

阿尔法火箭首飞爆炸。

“阿尔法”为两级结构火箭,采用液氧/煤油组合,高29米,低轨运载能力约1吨,单次发射价格1500万美元。该火箭贮箱采用碳纤维复合材料,在减少铝合金液氧贮箱开裂的同时提高了火箭干质比。

由上可见,目前绝大部分初创民营火箭公司都不约而同地瞄准了千克级别而非吨级载荷的发射市场,这实际上是由市场需求驱动的。

随着微纳卫星市场的逐步繁荣,尤其是立方星开发周期和技术门槛的不断下降,加上众多低轨星座的示范作用,微纳卫星的发射需求逐年攀升,甚至有井喷之势。

据统计,目前全球100公斤以下入轨卫星数已从2016年的每年不足100颗攀升至当前的每年200~300颗。1000公斤以下小卫星发射总量更是得益于星链的组网,从每年几十颗增至近千颗。以往小卫星发射平台大多依托吨级近地轨道运力的中型运载火箭,且多为“拼车”和“搭车”两种模式,但对于微纳卫星的客户而言,无论采用哪种方式发射,都存在诸多弊端。例如,载荷进场不同步和主载荷的延迟,以及传统发射承包商积压的大量发射订单,都可能导致发射推迟,无形中拉高了卫星成本。

此外,受限于主载荷的目标轨道和客户需求,这个“车”也不是想搭就能搭。以美国为例,以往微小卫星专车发射只能采用洲际弹道导弹改装的米诺陶火箭或“飞马座”这种昂贵的火箭。

除了这3家相继挑战入轨的商业航天公司外,2006年成立的火箭实验室公司的电子号火箭已是今年小火箭领域的常客,该公司正是瞄准了这个空白区域,弥补了传统火箭发射的缺点,发射成本更低,周期更短,灵活性更高。

电子号火箭点火起飞。

随着微纳卫星乃至立方星的快速发展,市场的不断扩张,这种简单、灵活且廉价的小型运载火箭,已经在传统发射商的夹缝中开辟出一片蓝海市场。

火箭发射+太空旅行 商业航天的新生意

随着民营商业航天的发展,发射成本和门槛的降低,发射“鞋盒子”卫星已经不能满足部分民营航天企业的胃口了。太空旅游已成为下一个兵家必争之地,其中亚轨道旅游由于难度小、见效快、费用低,已经形成一片新市场。

就在今年,“维珍银河”和“蓝色起源”相继开展首次载人试飞且均获成功。虽然两家公司的票价都不菲,但目前都已经“开门迎客”,进行商业运营。

维珍银河公司的太空船2号亚轨道飞行器。


今年7月,蓝色起源公司的“新谢泼德号”完成了首次载人飞行任务。

此外,军民融合也是商业航天的新发展方向,欧美越来越多的军方项目正借力参与到民营火箭公司的融资和订单中。

众所周知,排期、轨道、协调,恰好是小型运载火箭的优势,如果说搭载发射是“公交车”,到站下车,价格便宜就是固有优势,而小型运载火箭则是送到指定轨道的“专车”。

两种模式本就是各擅胜场,但随着大中型运载火箭的“市场下沉”,两种业务模式已经开始“贴身肉搏”,卫星发射价格战已经在所难免。而各家民营火箭公司一方面在降低成本和报价上使出浑身解数,另一方面则在开拓新业务模式上“绞尽脑汁”。

例如,群星公司在今年初宣布进军卫星业务,研制基于自家火箭平台的可为客户搭载各种有效载荷的卫星平台。11月4日,该公司又向美联邦通信委员会提交多达13620颗卫星的低轨星座申请,联想到SpaceX公司利用“星链”给自家火箭“找工作”,群星公司的做法就不难理解了。

总之,愈加激烈的火箭竞争形成了一个有序、良性的产业链和行业反馈机制,它不会由于国家投入的多寡而出现冷战时代戛然而止的低潮期。这不仅为商业航天企业创造收益,而且通过降低边际成本的办法推动商业航天企业出资进行技术创新,以期获得更明显的经营优势,最终促进航天产业的持续发展。

(文章来源于12月4日《中国航天报·飞天科普周刊》一版)

文/ 田丰

编辑/唐明军

审核/杨建 杨蕾

监制/索阿娣

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