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陈蓝:商业火箭头部公司已然显现,谁会成为我国的SpaceX?

发布时间:2025-04-28 点此:668次

【文/观察者网专栏作者 陈蓝】
本年是我国商业火箭获得打破性开展的一年。天兵科技天龙二号成为国内民营液氧火油入轨榜首箭,蓝箭航天朱雀二号成为国际上甲烷入轨榜首箭,极大地提振了民营航天的决心。我国商业航天进入了以液体火箭为主角的下半场。
另一方面,固体火箭的脚步也没有中止。星际荣耀复飞成功,星河动力七战七捷,中科宇航一箭26星,东方空间正在紧锣密鼓地预备国际上最大固体火箭的轨迹发射。这一盛况乃至让仅有SpaceX鹤立鸡群的美国商业航天也相形见绌。
朱雀二号遥二运载火箭发射圆满成功,系全球首枚成功入轨液氧甲烷火箭
但是,我国的商业航天仍然比较年青。多年来,各种小看、置疑和争议历来没有中断过,人们对商业航天的认知也常常存在紊乱乃至抵触,至今仍有许多人不看好商业航天。商业航天是一个充溢抱负主义和英雄主义的职业,是一个汹涌澎湃、坡长雪厚的职业,更是一个不经深化必定水中望月的职业。它不只需求星斗大海的情怀,也需求兢兢业业的科学精力和商业价值判别。
笔者从Space X建立不久就开端重视美国商业航天,也榜首时刻盯梢国内商业航天企业的开展,一向在测验从内涵规则和底层逻辑去认知商业航天(尤其是火箭)。这篇文章便是企图深化商业火箭的研发规则和价值中心,来协助咱们审视这样一个硬科技职业。
商业火箭的技能道路
火箭一般依照推动剂品种划分为液体和固体两类,其间液体燃料又包含甲烷、火油、液氢和肼类推动剂等。液氢比冲值最高、无毒、无污染,对错常抱负的航天燃料,但由于密度低且氢分子极易逃逸,液氢火箭的贮箱和增压运送设备工艺杂乱、体积巨大、造价贵重,难以商用;肼类推动剂尽管状况安稳,但毒性很大,对商用并不友爱。
因而,商业火箭可选的推动剂道路只剩下甲烷、火油和固体燃料。我国航天工业已阅历几十年的开展,摆在我国商业火箭企业面前的实际情况是:
固体火箭:结构简略、门槛较低,既有航天体系已有老练的技能堆集和类型产品,如快舟、捷龙系列。由于固体火箭动力体系技能老练,一起又不向民营敞开,固体商业火箭公司必定会选用外采/外包形式。这个形式对团队和资金的规划要求相对较低,更能加快研发脚步。在资源保证充沛的情况下,商业火箭企业能在2年时刻内就研宣布一款固体火箭。
火油火箭:结构杂乱,门槛较高,既有航天体系已有老练的技能堆集和类型产品。长五、长六、长七、长八都是液氧火油火箭。假如根据自研发动机研发一款新式火油火箭,那么对团队和资金的规划都很大,研发周期会很长,所需求的资源要远高于固体火箭。由于我国火油火箭的堆集较多,假如团队阅历比较丰富,能必定程度上削减技能探索的时刻。
甲烷火箭:代表了职业开展趋势,不只燃料价格最低,并且不存在发动机积碳问题,使得它天然合适复用,还能完成火油难以企及的全流量分级焚烧循环,应该说对商用最抱负。但它结构杂乱,门槛最高,既有航天体系在甲烷火箭方面的堆集很少。假如商业火箭公司挑选甲烷火箭,有必要独当一面研发发动机,会触及较多新技能、新工艺的探索问题。甲烷火箭研发周期很长,对团队和资源保证要求较高。
趁便说,一般人们都以为固体火箭的研发周期要比液体火箭短。事实上这种说法并不彻底精确。决议火箭研发周期的首要要素并非火箭类型,而是中心体系(首要是动力体系)的研发方法:自研或外采/外包。悉数自研的火箭周期必定会更长。而我国的国情决议了固体火箭的首要作业(尤其是危险最大的装药)只能由特定资质企业从事。商业火箭公司必定选用外采/外包方法,至少是部分外包,所以能缩短研发周期,但另一方面也增加了限制要素。
现在的职业一致是:固体代表当下(简单完成),液体才是未来,单靠固体类型难以去支撑一家火箭公司的事务和估值。所以,不论实践研发开展怎样,我国一切的商业火箭公司都有明晰的液体火箭类型方案。
关于商业火箭企业来说,先固后液无疑是资源束缚下的实际挑选,能够协助企业前期走的更稳,但后续向液体类型转型时,必定会面对固液类型共存的资源耗费问题,或许由固向液转型的自我革新问题。而关于挑选直接攻坚液体火箭的企业,则会在长时刻的研发进程中面对继续的资源保证压力。当然,这条路一旦坚持下来并跑通,也将构建起来足够高的竞赛壁垒。
商业火箭头部公司已然显现
假如从2014年翎客航天建立算起,我国民营商业火箭公司现已走过九个年初。到现在为止,现已有五家企业完成了入轨发射,还有一家(东方空间)将在年内首飞。这几家公司大概率将成为我国民营商业火箭的头部公司。有意思的是,他们好像都有意无意地采取了“差异化竞赛”的战略,做出了不尽相同的技能道路挑选(以下按建立时刻排序):
图自新财富杂志
蓝箭航天(技能道路:甲烷)
2015年6月建立,我国最早建立的民营运载火箭企业之一。蓝箭坚持自研发动机,2016年全面发动液氧甲烷发动机的研发,已建成湖州发动机出产制作基地、嘉兴全箭总装基地以及酒泉液氧甲烷专属发射基地。2023年7月,根据蓝箭航天自研发动机体系构建的朱雀二号遥二火箭成功发射,成为全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭,也是首枚民企自研动力体系中型液体火箭,一举奠定了蓝箭航天的职业位置。
朱雀二号的SSO运力1.5吨(后续改善类型进步至4吨),是现在已入轨的运载才能最大的民商火箭。蓝箭现已完成了发动机、总装基地以及发射场的全工业链布局,有着明晰的商业运营方案,估量朱雀二号将是蓝箭航天未来几年的主力类型产品。
朱雀二号飞翔成功后,蓝箭航天揭露提到了后续的“可收回类型”,但未发布详细信息。考虑到朱雀二号的一级箭体直径和发动机布局,很难直接优化出一款可收回类型。后续可收回类型估量是一型大型运载火箭并大概率会沿袭朱雀二号的80吨发动机,有较好的技能继承性和牢靠性堆集,有利于缩短复用类型的研发周期。
2023年7月12日,朱雀二号遥二发射成功(图源:互联网)
星际荣耀(技能道路:小固体+甲烷)
2016年建立。2019年7月双曲线一号遥一成功发射,成为我国民营航天首枚成功入轨的火箭,使星际荣耀一度成为社会重视度和本钱认可度最高的商业火箭企业,所提出的“由固到液、由小到大、固液并重、小步快跑、快速迭代、继续进化”的运营理念具有广泛的传达度。但2021年2月后,双曲线一号接连三次发射失利,使星际荣耀的开展节奏受到了很大影响。
2023年4月,双曲线一号遥六成功发射。2023年7月,星际荣耀发布了后续类型图谱,其间液体火箭的主力类型为双曲线三号液氧甲烷火箭,直径4.2米,全箭69米,一级并联9台“焦点二号”百吨级液氧甲烷发动机,500公里SSO运力为10.4吨(不收回)/6.2吨(复用)。2021年6月,双曲线三号通过了方案证明转段评定。最新的相关开展是2022年9月,焦点二号完成了火炬式焚烧器+针栓喷注器燃气产生器联合焚烧实验。
依照公司规划,固体的双曲线一号估量到2025年完成10发/年的发射才能,意味着星际荣耀将坚持固液并重的道路。公司还有双曲线二号的飞翔验证规划。作为一款自研动力体系、需求投入较多资源的大型液体火箭,双曲线三号的首飞还有待时日。
2023年4月7日,双曲线一号复飞成功(图源:互联网)
星河动力(技能道路:小固体+火油)
2018年建立,团队风格低沉务实,固液并重的开展道路。2020年11月至2023年8月,星河动力的谷神星一号固体火箭接连七次成功入轨,在小固体火箭范畴建立了牢靠的品牌形象。由于小固体火箭的盈余和开展空间都相对有限,星河动力也一向寻求在液体类型上的打破。
2018年12月份,星河动力就发动可复用液氧火油火箭智神星一号的立项作业。智神星一号为两级液氧火油运载火箭,直径3.35米,一级并联7台50吨级自研天穹火油发动机,LEO运力5吨。由于星河动力固液并重的途径挑选,液体类型的优先级较低,智神星一号的研发最近才开端提速。
2022年3月天穹发动机初次全体系试车成功。2023年5月,首枚智神星一号火箭在安徽池州工厂总装下线,一起发动机试车基地建成。估量该基地将承当动力体系一系列试车,逐渐确认发动机状况。估量非收回型智神星一号在2025年前具有飞翔验证条件。
2023年8月10日,谷神星一号遥七发射成功(图源:互联网)
中科宇航(技能道路:大固体+火油)
2018年末建立,依托我国科学院力学研究所和空天飞翔科技中心而建立的混合一切制商业航天企业,有着一起的资源和体系优势。中科宇航挑选了大固体+液体的技能道路,2022年7月,力箭一号遥一火箭飞翔验证成功,成为我国最大固体火箭。2023年6月,力箭一号遥二火箭成功完成了一箭26星的飞翔使命,在固体火箭范畴建立了差异化的竞赛优势。
中科宇航也有明晰的液体类型规划,在2019年即开端了液体发动机的研发,但和星河动力相似,中科宇航现在开展重心也在固体火箭类型上,因而液体类型的研发开展相对缓慢,公司所发表的开展信息也比较少。
2022年11月中科宇航曾发布了力箭二号的相关信息(小型液体火箭,动力体系选用80吨玄鸢二号+15吨玄鸢一号),但2023年6月份在巴黎航展上泄漏现在正全力研发液氧火油火箭力箭三号,并未提及力箭二号的信息。力箭三号的研发开展和首飞时刻也并不明晰。
2022年7月27日,力箭一号首飞成功(图源:互联网)
天兵科技(技能道路:火油)
2019年建立。天兵科技刚建立时以小众推动剂HCP火箭起步,期间业界还传出要和神州云箭协作研发液氧甲烷火箭。2021技能道路切换至火油火箭后,极速开宣布液氧火油火箭天龙二号并获得首飞成功,引起职业轰动。天龙二号的研发周期约2年时刻,比其他商业火箭公司固体火箭的研发周期还要短。
天龙二号并无后续飞翔方案。现在天兵科技的研发作业首要都转向了“天龙三号”,天龙三号是现在我国商业火箭范畴已发布的最强火箭,对标SpaceX的猎鹰九火箭,SSO运力达14吨,与长征五号的SSO运力(15吨)附近。天龙三号箭体直径从天龙二号的3.35米增加到3.8米,自研的110吨天火12火油发动机替代了天龙二号外购的YF-102发动机,飞翔过的二级发动机也宣告退役。这意味着天龙三号研发简直需求从零开端。假如按公司方案2024年5月首飞,意味着长五级其他液体火箭研发周期从10年缩短至3年,应战巨大!
有利的是,天兵通过天龙二号的成功堆集了必定的液体类型研发阅历,获取了阶段性所需的资金支撑。天火12发动机或许深度学习了YF-102发动机,关于天龙三号的研发供给了必定根底。但作为一款选用新发动机、新动力布局、新箭体结构、需新建发射工位的大型火箭,假如能按期首飞,那必定可载入航天史并让猎鹰九号相形见绌。让咱们拭目而待!
2023年4月2日,天龙二号首飞成功(图源:互联网)
东方空间(技能道路:绑缚固体+火油)
2020年建立。或许是出于职业卡位和差异化竞赛的考虑,东方空间以绑缚型超大固体火箭“引力一号”作为切入点。引力一号的SSO运力高达4.2吨,挨近现役运力最强固体火箭欧空局织女星C的两倍,研发成功后将成为国际上起飞量级最大、运力最强的固体运载火箭。无论是从产品构型上仍是商场定位上,引力一号都是一款极具论题性的产品。
东方空间相同发布了后续液体火箭的类型规划,但现在公司开展重心仍在引力一号的研发上,液体火箭的研发仍处于前期阶段。引力一号方案于2023年末首飞。
“引力一号”海上发射示意图
下图是我国首要商业火箭公司近年的开展:
参照系:SpaceX
SpaceX对我国商业火箭企业的影响对错常深远的。回忆SpaceX的开展进程(下表),对评价我国商业火箭未来开展仍然有着重要的参考价值。
SpaceX二十年来的成功阅历有许多。但笔者以为最重要的或许是以下几条:
首要,SpaceX很早就将火箭复用作为开展方向,由于这是下降发射本钱、航天大规划运用的仅有途径。这一点简直是一切商业火箭公司的一致和一起方针,这儿就不展开了。
第二,SpaceX从一开端就确认了液体火箭的技能道路,一起挑选了自研发动机的研发方法。这是其时草创航天公司中是不多见的。“动力先行”一向是我国航天的座右铭。发动机对火箭的重要性怎样着重都不过火。商业航天尽管着重功率和本钱操控,但也有必要遵从科学,遵从火箭研发的内涵规则和底层逻辑。前面现已说过,自研液体火箭现已成为我国商业航天的一致。而SpaceX在20年前就做对了这榜首件事。
第三,SpaceX坚持“少而精”的发动机开展战略,20年只研发了两大系列发动机。它的前10年专心于梅林这一款发动机,不断优化改善衍生出多款功能优越的真空和海平面发动机,现有版别发动机推力比初版进步2.5倍!猛禽发动机也遵从了相同的开展轨迹,通过不断进步室压,在发动机自重底子不变的情况下,推力从185吨进步到了269吨。尽管这已属尖端技能,但真实在驱动的是成果导向的底层商业逻辑。
第四,它挑选了甲烷作为星舰动力体系的燃料,研发了猛禽这款国际仅有的全流量分级焚烧火箭发动机。这也是商业航天的底层逻辑所决议的。已然复用是下降发射本钱最底子的方法,那么挑选最合适复用的甲烷做燃料便天然合理。此外,比较火油,甲烷还能够完成全流量分级焚烧,能够史无前例地压榨发动机的功能,无疑也十分契合商业逻辑。SpaceX必定权衡过甲烷机的难度、危险和开发周期。从猛禽现在的体现看,这个决议计划底子上已获成功。
你或许现已注意到,上述四条中三条都和发动机相关。确实,在航空航天范畴,动力永远是榜首位的,所谓力大飞砖、大力出奇观等。只需动力问题解决,其他问题,无论是各种构型,仍是火箭收回,都会方便的解决。我下节还会胪陈。
事实证明,SpaceX的绝大多数挑选都是正确的,迄今为止它没有走过太多弯路。它是我国商业航天的典范,也是最好的参照系。
火箭研发的内涵规则:动力先行、厚积薄发
SpaceX获得现在的成果不是偶尔的。尊重客观规则、锲而不舍地向动力体系研发歪斜是它的成功诀窍之一。
火箭作为一种高杂乱性、高牢靠性、高精密性的体系集成产品,其研发进程是杂乱的体系工程。影响火箭研发周期的首要要素包含动力体系的研发、全箭的总装和测验,以及配套根底设施的建造等。假如触及新技能和新工艺,则更需求长时刻的验证和重复优化。这是火箭研发的底子规则。火箭研发最困难的部分历来都不是理论规划,而是工程完成。所以,不论是什么类型的火箭,假如从发动机开端自主研发的话,周期都是很长的,由于发动机一般便是影响火箭研发周期的要害。
比较固体发动机,液体火箭发动机无论是结构仍是工艺更为杂乱。一款新式的液体发动机从开端立项到投产运用,期间需求重复阅历“规划-制作-总装-试车-规划优化-制作-总装-试车-规划优化……”的循环。规划的优化需求底层数据,底层数据只能通过地上试车或许飞翔实验来获取,而规划优化的完成往往又需求新工艺的合作,新工艺的探索又需求时刻来验证。
在单台发动机的功能和安稳性通过充沛验证后,火箭企业还需求通过子级动力体系试车来验证多台发动机之间的协调性和一致性,以及增压运送体系的合理性和牢靠性。由于火箭动力体系和结构等其他体系是深度耦合、相互影响的联系,在动力体系得到验证后,还需求通过多种测验,进一步验证动力体系和其他体系之间的匹配性,包含一系列的接口办理、轰动办理和受力剖析等,进程中则需求通过规划或工艺上的优化和调整,不断对火箭进行调试,这也是一个相对绵长的进程,进一步拉长了火箭的研发周期。
从职业规则来看,一款液体火箭发动机从立项研发到到达老练状况,需求近10年的时刻。以SpaceX的梅林发动机为例,发动机从开端研发到初次飞翔验证(用于猎鹰一)耗时6年,从开端研发到运用于老练类型(猎鹰九)耗时10年。梅林发动机在首飞验证后又用了近10年时刻重复迭代更新,才到达现在的老练安稳状况。
下面是全球范围内已进行过轨迹发射(按首飞时刻摆放,含失利)的商业火箭。可见动力体系研发方法对研发周期的严重影响。自研液体发动机到老练遍及需求10年左右的时刻。
· 猎鹰一号(SpaceX):火油,发动机自研,研发周期约6年(2002-2008) · 猎鹰九号(SpaceX):火油,沿袭猎鹰一号发动机,研发周期约5年(2005-2010) · 电子号(Rocket Lab):火油,发动机自研,研发周期约7年(2012-2018) · 朱雀一号(蓝箭航天):固体,发动机外采,研发周期约1年(2017-2018) · 双曲线一号(星际荣耀):固体,发动机外采,研发周期约2.5年(2017-2019) · 谷神星一号(星河动力):固体,发动机部分外包,研发周期约2.5年(2018-2020) · 力箭一号(中科宇航):固体,发动机外采,研发周期约3年(2019-2022) · 朱雀二号(蓝箭航天):甲烷,发动机自研,研发周期约8年(2016-2023) · 人族一号(Relativity Space):甲烷,发动机自研,研发周期约8年(2015-2023) · 天龙二号(天兵科技):火油,发动机外采,研发周期约2年(2021-2023) · 星舰-超重(SpaceX):甲烷,发动机自研,研发周期约11年(2012-2023)
正是由于液体火箭发动机研发周期绵长、投入巨大,根据一型发动机进行长时刻的重复优化和验证,不断发掘发动机的功能,一起进步牢靠性,厚积薄发,也已成为航天发动机的底子研发规则。
在SpaceX首先完成火箭复用并做出了大幅下降发射费用的演示后,可收回火箭都成为了商业火箭公司的最终方针。国内头部商业火箭公司也无一例外地挑选了液体火箭这条道路,但完成途径略有不同,比方固液并进、以固养液(星河动力、星际荣耀、中科宇航),或专心液发、稳步推动(蓝箭),又或借力加快、跨过开展(天兵科技)。但归根到底,都要尊重液体火箭研发的内涵规则。要害仍然是火箭的中心配套体系(动力体系)。事实上,可复用动力体系需求更多的时刻来到达所需的老练度和牢靠性。这也是SpaceX梅林和猛禽两款发动机给予咱们的名贵阅历。
SpaceX 猛禽发动机焚烧测验
时机和应战
我国商业航天通过近十年开展,正在渐至佳境,但面对的应战也巨大。到现在为止,商业火箭还没有进入干流的大中型商业卫星商场,还没有一家商业火箭公司完成盈余并真实开端商业运营,商场占有率微乎其微。国内商业火箭公司现在仍处于开展初期,商业航天全体商场和国内外大环境还有很大的不确认性,技能上也和SpaceX距离巨大。
咱们要认识到这个距离,但也应该看到前面巨大的时机。从前史的视点看,商业航天或许是二十一世纪最大的风口。而航天越来越成为中美两国的游戏,咱们现已在商业航天范畴做到了第二。此外,我国经济仍然长时刻看好、商业航天商场正在成型、我国政府工业政策(包含商业航天)具有延续性和长时刻履行才能、我国民营企业包含巨大潜能,咱们没有理由不达观。
未来,我国商业航天头部公司中必定也会出现像SpaceX那样的巨子。谁会成为我国的SpaceX?那就要看企业领导人的远见、意志和定力。只需遵从火箭产品的底层逻辑和火箭研发的内涵规则,持之以恒,就必定会获得成功。
这个前史性的时机不只是留给创业者和企业的,也是留给本钱和投资者的。未来十年,仍然会是我国商业航天开展的黄金期。对本钱来说也相同,只需充沛了解火箭研发的底层逻辑和内涵规则,就能洞悉到企业的实质和真实的才能,就能抓到时机。参照SpaceX对商业航天公司进行估值或许也是个聪明的做法。我国商业航天的开展需求本钱的支撑,这也是本钱在“后房地产年代”应该做的正确工作。
人类进入太空现已半个多世纪,但最好的年代刚刚到来。再过十年,咱们今日盘点的我国商业火箭先行者们还都会安好吗?前史的开展往往超越咱们的想象力。或许,咱们有时机见证奇观的产生。
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