全球卫星商业发射竞争:中国在探索中前进

21世纪经济报道 陈宝亮 北京报道
2018-02-09 07:00

商业航天“风生水起”

2018年是商业航天的元年,商业发射、太空旅游、天地一体化里蕴藏着巨大的商机,全球的商业航天已经风生水起。各国都在这场商机中发力,今年以来,1月19日,中国长征11号的“一箭六星”首次实现了全部商业发射。2月6日,在中国航天开门红的同时,美国商业航天代表企业SpaceX以63.8吨的猎鹰重型火箭抢了全世界的头条,刷新了火箭的运载力与发射成本。中国在近几年,商业航天发展较为迅速,除了国企加大商业领域开发,也涌现出不少民营航天企业,在民营火箭、卫星技术与商业领域取得不少进展。不过,相对成熟市场,中国在航天的政策、产业环境,都还有非常明显的差距,改变这种环境差距,是商业航天努力的方向与希望。

2018年伊始,航天开门红。中国航天科技集团(简称“中航科技”)在一月份以5次发射将15颗卫星送入轨道,长征系列火箭创下史上最高单月发射频率,2月2日,长征二号再次将7颗卫星送入轨道。2018年的6次火箭发射,在全球的17次发射中占比超过1/3。

值得一提的事,长征火箭送往太空的22颗卫星中,有16颗商业、科研卫星,包括来自加拿大、乌拉圭、丹麦三个国家的小卫星,1月19日长征11号的“一箭六星”更是首次实现了全部商业发射。需要指出,2017年,中国总计18次火箭发射中商业卫星数量总计只有8颗。商业小卫星的高密度发射在新年伊始拉开序幕。

在此期间,零壹空间、翎客航天两家民营商业航天公司还登上央视,展示民营火箭、卫星技术与商业。与此同时,中国运载火箭技术研究院原党委书记兼副院长梁小虹在造就演讲平台的演讲中表示,“2018年是商业航天的元年,商业发射、太空旅游、天地一体化里蕴藏着巨大的商机,全球的商业航天已经风生水起。”

美国发射市场竞争之路

不过,与中国刚刚开启的商业航天不同,在地球另一端,航天技术长期保持世界领先的美国,从2010年就致力于推动和鼓励商业航天发展,其商业航天也同样处于领先地位。

2月6日,在中国航天开门红的同时,美国商业航天代表企业SpaceX以63.8吨的猎鹰重型火箭抢了全世界的头条,刷新了火箭的运载力与发射成本。63.8吨的近地轨道运输能力,是近30年来世界运载火箭的最高纪录。而且,此类重型火箭,也是载人登月、登陆火星等深空探测活动的必要途径。

对中国而言,重型火箭一直是航天科技的瓶颈。2016年之前,最高运载能力的长征七号也只有14吨,无法支撑天空站建设、探月工程等重型任务。从2006年开始,中国立项研制长征五号,十年中攻克了247项核心关键新技术,终于在2016年11月首飞成功,成为中国运载能力最大的火箭,近地轨道运载能力达到25吨。

但在中国努力突破技术瓶颈、实现更高运载力的同期,美国航天产业已经开始通过鼓励竞争降低商业成本。

上世纪成功登月之后,NASA(美国国家航空航天局)开始主导研制在当时相对经济的航天飞机系统,并且在之后要求所有载荷使用航天飞机发射,这使得美国运载火箭一度停产,航天飞机垄断所有发射市场。直到1986年“挑战者”号航天飞机出现爆炸事故之后,美国政府决定鼓励火箭商业化,1989年火箭重新发射。其后在美国政府等方面的资助下,波音、洛克希德·马丁在此期间推出了德尔塔、宇宙神等运载火箭。

但其后,两家公司在2006年成立合资企业联合发射联盟(ULA),开始垄断美国的发射订单,由于ULA垄断导致成本飙升,美国政府、NASA开始支持包括SpaceX、轨道科学(ATK)等公司进入商业市场。2010年,美国政府颁布的《美国国家航天政策》中还提出致力于鼓励和推动商业航天发展计划。

2006-2008年,NASA同SpaceX、ATK以及其他私营公司签署了一系列“资金充沛”的激励协议,2008年,NASA又与SpaceX、ATK分别签署了16亿美元、19亿美元的商业补给服务合同。2016年,NASA又与SpaceX、ATK、内华达山公司签署了2019-2024年的商业补给服务,合同总金额不超过140亿美元。

基于这些协议,SpaceX在2010-2017年间为NASA空间站运送了13次补给物资,在2010-2015年中,SpaceX共执行20次发射,其中10次为NASA服务。值得一提的是,NASA会按照溢价10%-50%的价格购买SpaceX的火箭。

在2017年,美国的29次火箭发射中,SpaceX的猎鹰9火箭贡献了18次,成为全世界发射频率最高的火箭。此次发射的猎鹰重型,已经将单位载荷成本降至1141美元/千克,对比此前数万美元/千克的价格,堪称“白菜价”。

不同的政策诉求引导出完全不同的产业格局,追求商业发展的美国逐渐形成了在发动机、控制系统、火箭组装、发射等开放竞争的产业格局。

在工业基础薄弱、缺少技术积累的情况下,中国把资源集中在中航科技以实现突破,除少数体制外企业能够提供部分上游材料之外,大部分火箭材料、发动机、控制系统、制造环节整个中下游产业环节,乃至航天人才均由中航科技掌控。2016年,中航科技收入2132亿元,在财富500强中排名336位。

冒险者的创新游戏

但是,航天产业从一开始就是国际竞争产业,无论是否路线相同,最终竞争不可避免。而商业发射的竞争则主要在于商业运载力与发射成本。

1990年,中国长征三号首次成功发射美国休斯公司制造的亚洲一号卫星,正式进入国际商用发射市场,并凭借低廉的发射价格开始占据一席之地,上世纪90年代,中国共发射了26颗美制卫星。但1999年,美国开始禁止中国发射美国研制和带有美国零件的卫星,中国商用发射市场戛然而止,近几年才开始缓慢增加。

2015年,中国成功发射了更具竞争力的长征十一号火箭,这款火箭报价约530万美元,致力于提供太空taxi般的发射服务。2017年,两大航天集团的另外一家,中国航天科工集团成功发射快舟一号甲火箭将三颗民用卫星送入轨道,这同样是一款针对商业发射的低成本火箭。

目前,通信、遥感卫星都在朝低成本、低轨道方向发展,从SpaceX、劳拉、OneWeb、三星等公司公布的星座计划统计,未来微小卫星发射数量过万颗,需要大量的发射市场。除了长征十一、快舟一号甲之外,美国维珍银河、火箭实验室,国内的零壹空间、翎客航天等公司均在发射、研制服务于微小卫星发射的低成本火箭。日前,火箭实验室成功发射了三颗卫星,该火箭成本为500万美元,最高运载力约200千克。

大部分民营企业实现降低成本的方式多种多样。民营卫星公司天仪研究院CEO杨峰向21世纪经济报道记者举例,“比如,商业卫星公司不会使用宇航级材料,而是使用成熟的工业级产品,二者成本相差百倍。”此外,为了节省几十万成本,天仪研究院还大胆自研星箭分离机构替代了国外成熟的进口产品。目前,该公司已经成功发射了4颗卫星。

民营火箭公司零壹空间CEO舒畅也举例告诉21世纪经济报道记者,“我们可以通过集成化降低成本”,该公司通过把火箭的计算机、中控机、GPS接收器等器件集成一体化控制器,将几十公斤重的控制系统降至1.8公斤,成本也接近原来的10%。该公司预计在今年发射首枚火箭,目前发射成本约2万美元/千克,未来目标是降至1万美元以下。

SpaceX做过更多此类尝试,大量使用成熟的商业技术替代传统航天器件,此外“用碳纤维替代了铝合金储箱、去掉了加注后的检查环节、拆掉了气动舵板”,一位业内人士向21世纪经济报道记者分析,“估计SpaceX在测试环节也十分抠门,此前猎鹰9原地爆炸的故障原因完全可以在实验环节发现并避免。”

当然,更大的变革还在于发动机等核心部件的自研。而这些变革也让SpaceX初期承受着极大的失败,最初的猎鹰1号火箭前三次发射全部失败,第四次发射才成功。其已经成熟的可回收技术,在2017年之前也经历过6次失败。

一位中航科技内部人士告诉21世纪经济报道记者,“我们的火箭也会做一些降低成本的改进,但不太敢对成熟的技术做太大的改动。成功率和创新只敢保证一个,绝对不能牺牲成功率。”

一位资深业内人士告诉21世纪经济报道记者,“现阶段