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    2. 進擊吧,民營航天!
      發布時間:2019-08-02
      出品:科普中國
      制作:太空精釀
      監制:中國科學院計算機網絡信息中心

          北京時間201972513時,北京星際榮耀空間科技有限公司的“雙曲線一號”火箭在酒泉衛星發射中心成功發射。中國民營火箭公司在經歷了藍箭航天“朱雀一號”、零壹空間“OS-M”和亞軌道試驗、星際榮耀“雙曲線一號S”亞軌道試驗等多次嘗試后,終于實現了首次成功入軌,為中國民營火箭公司實現了一大突破。 

          


      雙曲線一號火箭發射現場(圖源:新華視點) 

          

        一、意義如何 

          

          此次發射的“雙曲線一號”是一種四級串聯、長20米、直徑1.4米、起飛總重31噸、近地軌道運力300千克的小型固體燃料火箭[1]。一方面,從表面指標來看,類似固體燃料火箭中,它和航天科技集團的捷龍一號(在研)和航天科工集團的快舟一號各項數據已經比較接近,是相當大的突破。但另一方面,它比起航天科技集團長征十一號和航天科工集團的快舟十一號固體燃料火箭依然有不少的差距。比起同為民營航天的國際同行SpaceX,則還不是一個量級。后者的獵鷹九號大獲成功,獲得了美國一半以上火箭發射訂單。獵鷹重型火箭更是現役世界最強火箭,理論上可運送64噸至近地軌道,且可實現火箭芯一級、兩個助推器和兩片整流罩的回收,總費用甚至低于一枚傳統的中型火箭。總體而言,作為中國民營火箭公司首次入軌火箭,“雙曲線一號”是“小荷才露尖尖角”。 


      雙曲線一號運輸過程藝術效果圖(圖源:星際榮耀) 

          

          大家都對“兩彈一星”事業的難度和成就有所了解,但可能不知道,運載火箭是支撐 “兩彈一星”技術的核心之一。它的研發難度巨大,需要的分系統過多。研制一枚火箭,需要總體設計、推進/動力系統、氣動設計、結構設計、燃料系統、電氣總體、飛控軟件、裝配制造等諸多方面。例如單獨一個固體燃料火箭的固體裝藥問題,就需要多年的軍工技術發展,甚至需要大國工匠的手工雕刻技術。對于航天產品,長長的供應鏈管理和嚴苛質量控制等管理技術,也需要長期積累。此外,還需要發射場系統、遙控測控系統、飛行控制系統等核心環節,這些環節靠民營公司幾乎是無法獨立完成的。 

          因而,對于我國而言,這枚火箭最大的意義并不在于技術上的成就,而在于它實現了一次從01的重大突破,可以說開啟了中國民營航天乃至整個中國商業航天的新篇章 

          

        二、從美國商業航天談起 

          

          談起商業航天,肯定需要先從美國談起。上世紀末,隨著人類航天事業的發展、尤其是冷戰之后,以美國為主的航天大國開始傾向于發展體制更靈活、資金效率更高、技術迭代更快的商業航天事業。1984年美國通過了對后來影響深遠的《空間商業發射法案》,放開火箭發射業務給商業公司。后來經過了挑戰者號航天飛機失敗、七名宇航員犧牲的重大打擊,以及一系列火箭發射失敗,商業航天并沒有像想象中那么成功。進入21世紀后,美國商業航天發展才在政府扶植下加速。2015年奧巴馬政府通過了《關于促進私營航天競爭力、推進創業的法案》和《商業航天發射競爭法案》,為商業航天發展掃清障礙。而2017年特朗普政府則在歷史上第三次建立了美國國家航天委員會,由副總統掛帥、直接向總統負責。國家航天委員會在美國航天歷史上有著重要地位:第一次建立時主要為了建立NASA和相關科研機構院所,第二次建立主要為了轟轟烈烈的冷戰高峰蘇美“星球大戰”。而這次建立的核心任務之一,就是在政治、經濟、技術方面全面推進商業航天的發展。 


      SpaceX的絕活火箭一級回收技術(圖源:SpaceX 

          

          因而,這些年看到美國商業航天公司SpaceXBlue OriginOrbital ATKSNCOneWebBigelowPlanet Labs等的巨大成功,也就不足為奇。尤其是這些公司發展出的很多創新技術,例如火箭回收、整流罩回收、大推力液氧甲烷火箭發動機、可復用貨運/載人飛船、充氣式/柔性空間站艙段、小衛星星座等,已經不能用“對NASA航天技術的補充”來形容,而變成了不折不扣“青出于藍而勝于藍”,為美國航天發展做出了巨大貢獻。而在經濟效益上,這些公司已經開始大量拿到美國本土之外訂單,例如SpaceX2014年后實現穩定頻率發射后已經開始逐步盈利,這些盈利又進一步促進研發投入增加、開發更新技術,從而實現良好循環。 

          

        三、中國商業航天伊始 

          

          中國航天的科研和生產制造主力一直是巨型央企航天科技集團,擁有運載火箭研究院、空間技術研究院、上海航天技術研究院等核心院所,可以說撐起了我國過去幾十年航天發展,例如載人航天(神舟、天宮、天舟等)、北斗衛星導航系統、嫦娥探月、高分系列等重大關乎國計民生的航天工程。此外,航天科工集團、中科院、各大高校院所等也共同參與。但毫無疑問,這一切都帶有鮮明的“國”字頭意味。實際上,這些重大工程往往需要耗費大量資金、人力和資源,也只有可能國家來舉國之力“埋單”,這對于阿波羅登月、航天飛機時代的美國是一樣的。投入國家級能力實現各種技術從01的突破,也是我國基于國情的正確選擇,實際的中國航天飛躍式發展也印證了這一點,集中力量辦大事! 

          

      中國北斗系統2018年實現了“11018星”的奇跡,是中國航天飛躍式發展的最好例證(圖源:北斗辦) 

          

          但隨著世界范圍內的商業航天發展,尤其是各種民營航天企業產業化應用帶來的豐厚回報,讓很多航天機構都大吃一驚。我國也需要開始大力發展商業航天,利用社會資本的力量促進航天發展,無疑是這個行業實現跨越式發展的“一大步”。 

          在這種情況下,中國商業航天真正意義上起步于2015年,是年1029日國務院公布了《關于印發國家民用空間基礎設施中長期發展規劃(20152025年)的通知》。2016年,國務院新聞辦公室發布的《2016中國的航天》白皮書則突出強調“鼓勵引導民間資本和社會力量有序參與航天科研生產、空間基礎設施建設、空間信息產品服務、衛星運營等航天活動,大力發展商業航天[2]。從另一方面,黨的十八大以來,軍民融合全面上升為國家戰略,這一重大戰略布局也給商業航天發展提供了政策法規和指導方針。 

          因而,近幾年各種民營商業航天公司如雨后春筍般建立并崛起,它們迅速吸納了大量社會投資進入這個“新秀行業”。單在2018年,就實現了36筆、筆均達到1億元人民幣的融資[3]。航天科技集團和航天科工集團也開始踏足這片紅海,先后投入并成立了低軌衛星通信應用、商業運載火箭等商業航天公司。目前,全國擁有至少100多家商業/民營航天企業,他們覆蓋了航天器制造、發射、運營、測控、服務等各個方面,且這個數據還在不斷攀升。在所有的公司之中,像星際榮耀這類民營火箭公司無疑是最大的亮點。 

           

        四、到底怎么商業? 

          

          商業航天其實就是一個目的:賺錢! 

          但關鍵在于如何賺到錢,對于航天這個資金技術密集型的高風險、超長回報周期行業而言更是如此。早在起步階段,商業航天企業就需要巨大的資金和高技術的人力投入,且要面臨著巨大的風險,甚至連中美俄歐這些“國家隊”的火箭研制過程都無法避免。而即便成功之后,以火箭發射為例,目前來看,它的總市場空間恐怕沒想象中大。 

          星際榮耀雙曲線一號火箭成熟后的報價大約是“500公里地球同步軌道、260千克運力,整枚火箭3500萬人民幣”[4],這個價格低于美國同類小型運載火箭Electron的報價(150-225千克,600萬美元),甚至與SpaceX火箭發射的常規單價報價接近。但是,中國每年的火箭發射次數約在30次級別,幾乎都由長征火箭家族完成,且從任務性質和任務難度上講,這是個小型民營火箭不可能參與競爭的“存量市場”。而按照星際榮耀的說法,明年實現5次發射、未來爭取做到每年20次的“巨大成功”。這也僅是個數億的營業額而已,甚至比不過一個城市中大型商場的營業額,利潤可想而知。而火箭公司面對的技術風險和激烈競爭,則是非常夸張的。中國目前有10余家火箭公司,但未來的火箭發射市場恐怕只能容得下1-2家,且一旦發生一次火箭發射失敗對公司都會影響巨大。更何況,如何在不可能動搖的“存量市場”之外開拓出足夠大的“增量市場”,是各個公司業務部門需要面臨的重大挑戰。 

      “雙曲線一號”火箭上密密麻麻的廣告(攝影:胡軍) 

          

          在具體實踐中,中國民營火箭的市場部門也另辟蹊徑,幾家已經試射過火箭的公司都嘗試了“打廣告”的業務。本次“雙曲線一號”發射也成了某車、某酒和某網站等的“超級廣告牌”。可這最多是亮點,而不能算發展根基。 

          總體而言,民營火箭公司既面臨著大大的機遇,也面臨著更大的挑戰。怎么找到足夠大的商業化市場,依然是個需要解決的問題。 

          

        五、中國的SpaceX,怎么培育? 

          

          SpaceX的成功,為全世界的民營火箭企業樹立了一個標桿,但它的成功也意味著一系列從政府政策、技術儲備、人才資源和商業運營等方方面面的成功。中國民營火箭企業,也許能走出不同的路線,但大概率依然要把這一過程完整走一遍。 

        a. 人才和技術儲備。中國航天經過了幾十年的發展,培養了大批航天人才和科研院所,無疑足夠支撐起商業航天的發展。正如美國商業航天都背靠硅谷一樣,中國商業航天則基本是“背靠北京”。2018年,中國商業航天36筆融資中29筆都在北京[3],這與北京航天科研院所集中、高水平理工科高校集中、政治政策中心的地位是正相關的。 

        b. 技術創新能力。SpaceX的成功一方面靠著回收技術等吸引眼球的“絕活”,但另一方面也是它的全面創新能力。例如,大規模使用商業電子器件、小發動機并聯量產大幅降低成本、新型液氧甲烷燃料火箭發動機、大膽嘗試3D金屬材料打印等高新技術、高效率低成本的人力資源和供應鏈管理,都是SpaceX成功的關鍵所在。在這方面,我國商業火箭企業還有很長的路要走,這也合情合理,剛剛完成從01的突破,怎么可能邁向100 

        c. 國家政策法規支持。已在前文介紹,此處不再贅述。 

       


      卡納維拉爾角和肯尼迪中心,成為SpaceX成功的重要基地(圖源:NASA 

          

        d. 實際技術服務支持。SpaceX的成功,離不了政府和軍方的大力扶植,早期研發獵鷹一號火箭5次發射3次爆炸,這都發生在美軍的馬紹爾群島/瓜加林環礁導彈試驗場。現在,美軍的卡爾維拉爾角和范德堡空軍基地,都是獵鷹九號的重要發射基地,NASA的肯尼迪中心發射場曾經是阿波羅登月和航天飛機項目的發射基地,如今也屬于SpaceX使用。此外,大量的航天測控、飛行控制也離不了美軍和NASA的支持。在這方面,我國在國家戰略支持下,對民營航天企業的支持也同樣力度很大。例如酒泉是我國長征火箭家族的王牌火箭發射中心,也成為各民營火箭公司大展身手的競賽場。 

        e. 項目支持。資金是火箭企業的一個重大需求,尤其是在失敗時。獵鷹一號研發非常不順利,SpaceX直接面臨倒閉危機,但NASA及時出現前后提供了超過10億美元資金幫助獵鷹九號和火箭發動機研發。后來又先后提供了約50億美元空間站的貨運和載人合同,直接幫助其進入盈利狀態,甚至利用盈利研發了獵鷹重型火箭。而對下一步的火箭研發過程中,美國空軍注入的大筆資金,也大大加速了新一代猛禽發動機技術的進步。這個發展方式和路徑是值得我們借鑒的。 

           

          光線圍繞地球一圈只需要0.13秒,但前往人類已知的宇宙角落卻需要465億年[5],毫無疑問人類正處在航天時代的大潮中。正如航空時代開啟時,各個國家都小心翼翼于它的昂貴投資和應用,但作為最早吃螃蟹的人,民航時代的到來不僅促成了波音和空客的崛起,更代表了它們背后國家的巨大成功。 

          現在人類處在商業航天的節點上,更是如此。例如GPS衛星導航系統,原本是軍用系統,但隨后的大規模商業應用成就了一個萬億美元級別的導航應用市場,遠遠超出當初建設的投入。今天普通用戶生活中息息相關的手機、導航儀和各種定位設備,無一不在為其中的GPS定位芯片交費用。 

          商業航天的巨大潛力,恐怕要遠遠超出我們的想象。目前,我們能做的,是繼續加大政策法規和實際的項目資金投入,幫助一批小型民營航天企業成長。在充分的市場競爭中,它們的技術創新和項目管理能力將成為決定成敗的法寶,最終這個市場將會只剩下1-2家頭部企業。一方面成為“國家隊”的有益補充,另一方面也極有可能為中國航天技術做出重大技術貢獻。 

          我們靜靜期待它的到來。 

          

          

        主要參考: 

        1. 星際榮耀官網:http://www.i-space.com.cn 

        2. 國務院《2016的中國航天》白皮書(全文):http://www.scio.gov.cn/37236/38180/Document/1626692/1626692.htm 

        3. 未來宇航《2018中國商業航天產業投融資報告》。 

        4. 星際榮耀官方提供。 

        5. Alles, David L. "The evolution of the universe." (2010) 

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