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2023启示录 | 商业航天这一年
自象限
2024.01.12
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图片 SpaceX,作者 罗辑,编辑 程心


整个2023年,在全球热度上能够和ChatGPT一争高下的,可能只有SpaceX的两次星舰发射。


就像2023年菜市场卖鱼的大爷都能聊两句大模型一样,即使从来不关心航天的人也会知道星舰爆炸的消息。


事实上,整个2023年,商业航天是一个严重被低估的赛道。因为从实际效果来看,AI大模型还没有改变现有的世界格局,但商业航天却已经排好了世界航天产业的新位次。


这一年,SpaceX依靠超高品质,超低价格的火箭横扫世界火箭发射市场。


这一年,随着阿里安5号退役,欧洲开始了没有航天运力的空窗期,导致欧洲大量发射任务向SapceX集中。


这一年,印度、日本、韩国、以色列,甚至朝鲜,仍然在奔向星海的道路上艰难探索。


也是这一年,维珍轨道、Astra Space、ULA等众多火箭公司走到了命运的分叉路口,独立还是被收购,生存还是死亡?成为商业对技术的灵魂考验。


纵观整个2023年,全球航天霸权正在以肉眼可见的速度向着SpaceX集中。但即便是在这样的背景下,中国的商业航天仍然走出了一条独立的发展曲线,并在2023年迎来了第一次井喷式爆发。


从SpaceX到全球,再到中国,2023年的商业航天,正在世界范围内重塑航天格局。


SpaceX,横扫世界


2023年,对于世界商业航天来说,都是意义非凡的一年,因为这一年,SpaceX开始盈利了。


盈利,意味着商业逻辑上的成功。


2023年8月,《华尔街日报》中文网的一篇报道曝光了SpaceX的财务数据。报道显示,2023年一季度,SpaceX收入约15亿美元(当时约合人民币109.65亿元),实现总利润5500万美元(当时约合人民币4.02亿元)。


盈利来源于营收的大幅增长。


2022年的时候,SpaceX的营收就曾同比增长一倍,达到46亿美元,带动亏损大幅收窄。2023年7月份,SpaceX曾告诉投资者,公司预计2023年将实现营收约80亿美元,接近2022年的两倍。


支撑SpaceX营收指数级增长的关键,是其在全球火箭发射市场如入无人之境的扩张。整个2023年,全球共完成火箭发射221次,SpaceX独占98次,占比44.34%。


其中,SpaceX服务自家星链 startLink 的发射63次,将1984颗星链卫星送入轨道。同时,SpaceX还执行了4次“拼车发射”任务,将来自世界各地的共计350颗微型卫星送入太空。

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正在回收的猎鹰9号 图源:wired


在深空探测方面,SpaceX在2023年7月用猎鹰9号帮助欧洲航天局(欧空局 ESA)发射了欧几里得空间望远镜,又在10月用重型猎鹰帮NASA(美国航空航天局)完成了灵神星探测器的发射。


除此之外,SpaceX还完成了3次载人航天发射,3次货运发射,分别将12名宇航员和近8吨的物资送到了国际空间站。同时还帮助美国、德国和韩国军方发布了多颗军用卫星。


总而言之,SpaceX正在迅速抢占全球的火箭发射市场,而SpaceX之所以如此强势,没有别的原因,就是用苹果的产品,卖出红米的价格。


目前,猎鹰9和猎鹰重型火箭的发射起价分别是6700万美元和9700万美元;小型卫星“拼车发射”,200公斤以下有效载荷的发射起价为110万美元,每增加一公斤收费5500美元。


作为对比,ULA(美国发射联盟)的火神号火箭发射一次的价格是1.1亿美金。宇宙神5号的政府报价在1.5~2亿美元之间。ULA的重型德尔塔4(对标重型猎鹰)单次发射价格更是高达3.8~4.2亿美元。


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发射中的德尔塔4重型火箭 图源:wired


在巨大的价格优势下,许多SpaceX的竞争对手也不得不选择SpaceX的火箭来进行卫星发射。


比如StartLink的直接竞争对手OneWeb就在2023年依靠SapceX发射了96颗组网卫星;2023年底,一直与马斯克“不对付”的贝索斯,也允许了亚马逊与SpaceX签署了火箭发射合同,以支持亚马逊版星链Kuiper的部署。

竞争对手都选择SpaceX,除了猎鹰9号火箭真的又便宜又好之外,也和竞争对手本身的“拉胯”有关。


比如欧洲的OneWeb,之前一直使用的火箭是欧空局的阿里安5号,或者俄罗斯的联盟号火箭。


但2023年,由于俄乌冲突,欧空局取消了与俄罗斯的一切合作,联盟号火箭从此退出欧洲。而欧洲自己的火箭阿里安5号,则在7月分将法国和德国的军用卫星送入预定轨道之后正式退役了。


按原本计划,阿里安5号退役之后,欧洲重型火箭会由新推出的阿里安6号接替。


但让欧洲尴尬的是,由于发动机和零部件等多种原因,阿里安6号到目前仍未实现首飞,且首飞时间还在持续往后推。


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发射中的阿里安5号 图源ESA


其实除了俄罗斯的联盟号和阿里安6号之外,欧洲还有一枚负责近地轨道发射的火箭织女星-C。但这枚火箭仅有的9次发射中就有三次失败,超高的失败率导致欧空局暂停了这枚火箭的使用,等待调查。


也就是说,2023年,欧洲自从阿里安5号退役之后,到未来很长时间都会面临无火箭可用的情况,这其实是推动欧洲的发射任务向SpaceX转移的直接诱因。


由于失去了航天发射能力,整个2023年,欧洲重大如涉及国家安全的伽利略导航卫星,贵重如价值7亿美元的ViaSat-3通信卫星,或者涉及前沿科学探索的欧几里得空间望远镜,现在都已经交给了SpaceX来进行发射。

而欧洲更尴尬的地方在于,整体的火箭技术已经落后于时代。


比如未来即将推出的阿里安6号,虽然设计之初的目标就是降低发射成本,但这款火箭仍然是一次性的。作为对比,SpaceX的猎鹰9号火箭已经创下连续使用18次的记录。所以某种程度上,阿里安6号还未出生就已经被淘汰了。


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织女星-C 图源SpaceNews


与欧洲面临同样尴尬的,还有远在大西洋另一岸的贝索斯。


2019年,亚马逊披露了自己的“星链”计划 Project Kuiper,计划在近地轨道部署3236颗卫星组成通信网络。为了完成卫星部署,亚马逊曾在2022年在全球范围内大肆采购火箭运力,这笔支出,被称为是亚马逊历史上第二大资本支出,仅次于亚马逊在2017年以137亿美元收购全食超市(Whole Foods)。


但这项采购却引起了亚马逊小股东的不满。在2023年9月,亚马逊的一些股东对贝索斯和亚马逊董事会发起了诉讼,指控他们在为 Kuiper卫星购买发射服务时“违反了信义义务”。


小股东不满的原因很简单,这么大笔支出,亚马逊选择了Blue Origin(蓝色起源)、ULA和欧洲的阿里安公司(Arianespace)。


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蓝色起源火箭发射,贝索斯太空旅游 图源CNN


这其中,蓝色起源是贝索斯自己的公司,而ULA的火神使用的是蓝色起源的BE-4发动机,因此有股东怀疑这其中是否存在利益输送问题。


除此之外,从蓝色起源到ULA,再到阿里安公司,他们的火箭不仅价格昂贵,而且都如阿里安6号一样还没有完成过首次试飞,有的甚至连发动机都还没调试好。


有业内人士分析,亚马逊的选择不仅要承担巨大的风险,而且价格上要比使用SpaceX的发射服务整体多花大概10亿美元。而即便是这样,亚马逊也没有考虑技术成熟,且价格便宜的SpaceX。


就这样,顶着巨大的压力,亚马逊在2023年10月初发射了两颗试验卫星。这次发射,亚马逊选用美国军方常用的宇宙神火箭,这是一款著名的大运力火箭,其近地轨道运力达到18.85吨,但亚马逊这次发射的两颗卫星,总重量不过六七百公斤。

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ULA使用宇宙神-5火箭发射 图源:universetoday


也就是说,在这次发射中,宇宙神火箭有大约五分之四的空间属于空载。而这枚火箭发射一次的价格大约在1.2亿美元左右,即亚马逊这次发射白白丢掉了大约9000万美元。作为对比,如果亚马逊选择SpaceX的猎鹰9,则价格可以控制在5500万美元左右。


所以从宏观的视角来看,SpaceX之所以能在全球市场如入无人之境,除了本身在价格和可靠性上的优势之外,还有另一个原因,就是造火箭实在太难了。


2023年,就在SpaceX以技术和低价席卷全球的同时,国外许多商业航天项目也在2023年走到了悬崖边缘,甚至生命的终点。


2023年4月,美国相对论航天公司宣布放弃3D打印的可回收火箭“人族一号”的研制,而新火箭的首飞计划则将推迟到2026年。同月,刚刚度过6周年生日的维珍轨道公司宣布破产,等待重组。

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人族一号的电推进发动机 图源:relativitySpace


维珍轨道在2022年底就陷入了财政危机,2023年1月,其在英国本土尝试的首次发射又以失败告终,成为压垮骆驼的最后一根稻草。3月份,由于融资迟迟无法到位,维珍轨道开始停止现场办公,几乎所有员工都进入了“无薪休假”的状态。


2023年8月,由于经营不善导致的资金链紧张,美国火箭公司Astra Space宣布推迟其下一代火箭的首次试飞工作,并同时开始裁员以优化成本。2023年一季度,Astra Space就已经裁员约25%。


12月份,ULA收到来自蓝色起源和私募巨头Cerberus共同发出的收购提议,这家由波音和洛克希德·马丁共同投资的美国老牌火箭发射公司,也走到了生命的晚年。


纵观整个2023年,除了SapceX一骑绝尘之外,全球商业航天其实乏善可陈。唯一一个例外,可能是使用电子火箭的火箭实验室(Rocket Lab)。


整个2023年,火箭实验室完成了9次发射。其电子火箭装备的卢瑟福发动机,使用液氧和煤油作为推进剂,这是全球第一个在轨道发射中使用电驱动循环的发动机。

2024年1月初,火箭实验室获得美国太空发展局5.15亿美元的国防合同。


全球航天产业,在SpaceX的冲击下,正在大刀阔斧的改变格局。但这其中也有一个例外,那就是中国的商业航天。


中国走出独立曲线


中国国家航天的优秀已经毋庸置疑。


2023年,中国一共完成67次航天发射,全球占比30%,刷新了我们自己的历史新高。


这一年,中国空间站开启常态化运营, 天舟一号完成一次货物运输,神舟十六号、十七号完成两次载人航天及返回任务,运送了6名航天员登上空间站,其中包括中国空间站的首名载荷专家。


神州十六号 图源央视


从国家层面来说,中国航天在发射数量上已经超过了美国航天。但对于2023年的中国航天来说,更大的惊喜可能来自商业航天。

因为,就在海外商业航天被SpaceX摧枯拉朽的同时,中国商业航天却迎来发展以来的第一个井喷。


其中一些高光的时刻,比如天兵科技在2023年4月发射的天龙二号遥一运载火箭在酒泉卫星发射中心成功首飞,打破了全球液体商业火箭首飞不能成功的魔咒。


比如星际荣耀11月2日在酒泉成功完成了双曲线二号的垂直起降。


2022年5月,深蓝航天自主研发的“星云-M”试验箭曾完成过1公里垂直起飞及降落试验。但这一次星际荣耀的成功仍然值得纪念,一方面是因为它是国内首次实现可回收的液氧甲烷火箭,搭载星际荣耀自主研发的焦点一号液氧甲烷发动机。另一方面在于,和深蓝航天使用的实验箭不同,双曲线二号使用的是全尺寸一级火箭。也就是说,这款火箭只需要配备足够的发动机,再加上一个二级火箭就可以用来发射卫星了。


星际荣耀的双曲线二号 图源凤凰网


2014年4月,SpaceX的猎鹰9号芯一级火箭首次实现250米的垂直回收实验;2015年12月,猎鹰9号火箭就完成了猎鹰9号的陆上回收,这中间只用了20个月的时间。目前为止,全球只有SpaceX和蓝色起源能够做到全尺寸火箭的垂直回收和复用,而如今,星际荣耀也走到了2014年SpaceX走到的位置。


除此之外,蓝箭航天在2023年7月成功发射了朱雀二号遥二液氧甲烷运载火箭,这是人类首次入轨的液氧甲烷运载火箭。


液氧甲烷火箭具有便于复用、运力灵活、成本低廉等优点。更重要的是,未来无论是在火星还是在土卫六等天体上,都拥有大量制造液氧甲烷的原材料,这意味着未来如果实现星际旅行,航天器可以完成就地取材补充燃料。


蓝箭航天的朱雀二号火箭发射 图源蓝箭航天官网


目前,世界主要的商业航天公司都在积极研制液氧甲烷火箭,比较著名的如SpaceX的猛禽发动机,贝索斯蓝色起源的BE-4液氧甲烷发动机。国内星际荣耀、九州云箭、宇航推进、科工火箭等商业航天企业也都在积极探索。


但这么多企业为什么让蓝箭成为了第一呢?这是2023年SpaceX星舰的两次发射都没有成功入轨,星舰采用了33台猛禽发动机并联,起飞质量约5000吨,完全重复使用时,近地轨道运载能力为150吨;一次性使用时,近地轨道运载能力为250吨。


虽然星舰两次发射均没有成功,但其中的技术突破也是肉眼可见的。


在第二次发射时,星舰33台发动机全亮,意味着SpaceX已经基本攻克了多发动机并联这一世界性难题。同时一二级火箭热分离也成功完成,二级火箭也成功越过了卡门线。


卡门线是地球大气层和太空之间的边界,越过卡门线意味着火箭已经完成了主要的发射任务。这也意味着星舰发射完成度基本已经达到了80%,甚至更高。而星舰作为目前最大运力的超级火箭,一旦开始服役,将完全改变目前世界的商业航天发射格局,也将彻底改变地面和近地轨道之间的物资运输情况。


发射中的星舰 图源NBC


从液氧甲烷火箭,到火箭可回收,最本质上就是火箭发射更便宜了。火箭作为商业航天的基础,火箭价格的下降,直接推动的是卫星等空间产业的发展。


整个2023年,中国一共将270颗卫星送入太空,其中有137颗是商业卫星,占比65%。而执行这270颗卫星的发射任务的,有13次是由商业火箭完成的。

而中国的商业卫星,最被人关注的应用场景要属遥感监测。


2023年,从超强台风杜苏芮,到涿州暴雨,黑龙江暴雨,再到12月份的甘肃地震,几乎每一次出现自然灾害的时候都能看到中国商业卫星的积极抗震救灾的身影。


8月份涿州暴雨之后,国家减灾中心曾发布一份报告显示,应急部统计的华北区域一共收到的数据总量是602景,其中包括国家的民用卫星358景,商业卫星71景。可以看到,如今商业卫星已经成为我国自然灾害监测中的一支重要的力量。

涿州暴雨时,天仪研究院涪陵一号卫星提供的SAR卫星影像


而从全球范围来看,商业卫星的争夺主要集中在低轨道卫星上,因为高轨道卫星数量有限,如今已经基本饱和。而在这两者之外,中国航天科工在7月还提出要启动建设超低轨道卫星星座计划。


所谓高轨道卫星,即距离地面36000公里的地球同步轨道,这个位置只能放大约300颗卫星。低轨道则是指距离地面500~2000公里的轨道,可以容纳约6万颗卫星。这个位置距离地面更近,具有传输延时小、链路损耗低、发射灵活、应用场景丰富、制造成本低等优点。而缺点在于,它需要不停绕地球公转,所以需要消耗更多的能源、监测周期间隔更长,卫星运营成本更高。


而我们国家提出的超低轨道,则是指距离地面150~300公里之间,这个位置比低轨道更接近地面,在遥感、卫星通信、应急救援等领域有更多优势。当然这个距离对技术的考验也更复杂,由于距离地面更近,卫星受到大气的影响更大,如果没有推进维持速度,卫星很快就会坠入大气烧毁。


所以这就需要卫星消耗更多能源,地面对卫星的轨道控制频率也要增加,对轨道控制的可靠性要求也非常高,会增加卫星的运营成本。


除了更低轨道的卫星之外,中国在卫星领域还有一些别的创新,比如2023年在太原卫星发射中心发射的灵犀03星,就采用了新的柔性太阳翼技术。


作为对比,之前我们的卫星普遍采用的都是刚性太阳翼,厚度有几厘米,不可折叠。而柔性太阳翼的厚度不到一毫米,对比下来包络小、重量轻、模块化更易于收纳。


当然,其更大的意义在于可以降低卫星的重量。卫星发射的成本和卫星的重量直接相关,柔性太阳翼可以为卫星降低20%的重量,未来甚至可以降低40%,以达到大幅降低卫星的发射成本的目标。


当然,无论是超低轨道卫星,还是柔性太阳翼,主导研发其实还是我们的国家航天。这也可以看出中国商业航天与海外商业航天发展的一个重大不同。


即中国的商业航天与国家航天并没有完全的切割,技术更成熟、经验更丰富的国家航天一直引领着中国商业航天的脚步,国家对和商业力量在许多方面也实现了更多协作。


这其实也是中国国家航天的一次巨大进步。


2023年12月初,中国航天科技集团有限公司明确将要对标SpaceX,并表示:“在发展观念、科研生产模式、关键核心技术、质量效率等方面,跟马斯克创立的SpaceX火箭发射公司都有着明显的差距和不足,公司整体‘大而不强’!”


中国航天科技集团公众号截图


大而不强,是中国航天科技集团对自己的评价,而对标SpaceX则是其知耻而后勇的表现,当一个本就优秀的人愿意放下姿态,躬身学习的时候,我们其实更能够遇见其今后的发展潜力 。


事实上,中国国家航天很早就开始向商业化的目标靠近。


比如2023年年初在西昌发射的亚太6E通信卫星,按计划,这颗卫星应该被送到距离地面36000公里的地球同步轨道,但这次发射,只是将这颗卫星送到了距离地面500公里的近地轨道。后面的路,则需要依靠卫星自己的推进系统缓慢转移,这个过程大约需要10个月的时间。


而之所以这么做,其实是一种低成本的尝试,用成本更低的低轨道火箭发射高轨道卫星,中间可以节省大量的发射成本。


除了在卫星发射上动脑子,中国国家航天也在带动中国商业航天的基础设施建设。


海南文昌国际商业航天发射场 图源新华社


比如打造了全国首个海上发射母港,2023年9月,星河动力在这里成功发射了谷神星一号海射型运载火箭,将四颗卫星送入800Km预定轨道。


据相关资料介绍,海阳发射港总投资263.7亿元,涵盖了星箭研发制造、空天信息应用、航天文旅产业等多个领域。既可以在火箭发射期间为海上发射提供测发指挥、飞行控制、通信保障等全方位服务保障功能,又能在非发射期间向公众开放,成为游览体验馆。


除此之外,近日,位于我国海南文昌的国际商业航天发射场一号发射工位也正式竣工,并有望于2024年实现常态化发射,这是我国首个开工建设的商业航天发射场。


随着我国航天基础设施的逐渐完善,我国商业航天的发展也在稳步前进。


最后,回顾整个2023年,由于ChatGPT的出现,我们大部分目光其实都被大模型所吸引,而忽略其实同样重要的商业航天。


事实上,如果从更现实的角度而言,我们认为商业航天给这个世界带的影响可能会比大模型来的更加直接。如今,随着SpaceX席卷全球,世界商业航天的格局已经被重新塑造。


环顾全球商业航天格局,海外SpaceX一枝独秀;而在国内,则是各大企业争妍斗艳。


我们突然会发现,商业航天的发展正越来越像智能汽车的格局,特斯拉引领中国,而中国智能汽车引领世界。


可以看到,2024年的商业航天,正在开启一个不亚于AI大模型的新时代。

* 文中配图来源于网络

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