運載火箭是國家航天實力的重要體現,伴隨大規模衛星組網需求的激增,我國航天發射“星多箭少”的局面尤為緊迫,民營商業火箭已成為我國航天領域不可忽視的力量,市場前景十分廣闊。但與全球商業航天領軍企業SpaceX相比,我國民營商業火箭在產業生態、運載能力、發射頻率、發射成本等方面仍存在顯著差距,亟須加快創新,提升競爭力。
一、面臨四大挑戰
(一)依賴體制內資源,民營企業根基不厚實
目前,我國民營商業火箭企業仍處于起步階段,整體呈現出規模小、分散化的特點,尚未構建完整的供應鏈體系,在產品開發、核心零部件、試驗驗證等關鍵環節上,需要依賴航天央企國企的資源和支持。該模式短期內可以減輕企業投資成本,加快成果研制速度。但長期看,企業創新動力減弱,制約產業溢出效應發揮,商業航天的經濟屬性、市場屬性、資本屬性優勢未得到充分體現,不利于商業化發展。
(二)火箭發射供不應求,運力瓶頸制約發展
當前,我國火箭發射次數、運載能力與國外先進水平相比,存在明顯差距。2023年,我國火箭發射共67次(其中,民營商業火箭發射13次),累計發射載荷質量達到155噸。而美國SpaceX公司共發射96次,發射載荷質量高達1195噸,是我國發射質量的近10倍。據預測,到2030年,我國將有超6000顆衛星待發射,若以單星質量500公斤估算,每年對火箭運力的需求將達到約430噸,是我國當前火箭運載能力的3倍。
數據來源:根據公開資料整理,北國咨繪制
圖1 2023年全球主要火箭企業發射次數
我國現役主力大型運載火箭是長征五號,其低軌運載能力為25噸,主要用于執行空間站建設、月球探測等重大航天任務。SpaceX的獵鷹重型火箭運載能力高達63.8噸,幾乎是長征五號的3倍。國內民營商業火箭的運載能力更低,雙曲線一號、谷神星一號等火箭的低軌運載能力不足500公斤,限制了其在中大型衛星(500公斤以上)發射中的作用。力箭一號、天龍二號、快舟一號同等級運載能力約為1.5噸,對于中大型衛星,單次最多僅能發射5顆,難以滿足高效集約的衛星組網需求。引力一號和朱雀二號分別具備6.5噸和4噸的低軌運載能力,有望成為大規模衛星組網任務的主力火箭之一。
數據來源:根據公開資料整理,北國咨繪制
圖2 全球主要火箭運力情況
(三)發射場資源緊張,高頻發射需求難滿足
發射頻次是商業航天領域發展的關鍵指標。2023年民營商業火箭發射13次,同比增長160%,占國內總量的五分之一,預計2024年發射次數將實現翻倍。然而,當前發射工位資源有限,且優先保障國家任務,嚴重制約民營商業火箭的發展。目前,我國支持商業發射的場地僅有酒泉衛星發射中心、山東海陽東方航天港和海南商業航天發射場,且發射工位有限。為提升發射能力,藍箭航天、中科宇航等企業已在酒泉建設發射工位,但內陸發射場在火箭運輸方面存在劣勢,特別是對于直徑超過4米的液體火箭,長途運輸的難度和成本都會顯著增加,嚴重影響發射的效率和經濟性。
表1 商業火箭主要發射場發射情況
數據來源:根據公開資料整理,北國咨繪制
(四)成本居高不下,火箭復用技術待突破
我國火箭發射成本相對較高,主要受限于推進劑成本和火箭復用技術,當前平均發射價格約為1萬美元/公斤,是SpaceX獵鷹9號發射價格(0.26萬美元/公斤)的近4倍。為降低成本,我國民營航天企業正在積極推進可重復使用火箭技術的研發。藍箭航天和星際榮耀等已完成百米級垂直起降飛行試驗,并計劃于2024年底進行10公里級試驗,預計2025年實現首飛。隨著技術突破,火箭發射價格有望進一步下降,根據公開資料,天龍三號和朱雀三號發射價格約0.28萬美元/公斤,接近SpaceX獵鷹9號發射價格水平。
數據來源:根據公開資料整理,北國咨繪制
圖3 全球主要火箭發射價格
二、發展建議
(一)自主創新,點燃民營商業火箭企業發展引擎
民營商業火箭企業應圍繞金屬材料、電子元器件、關鍵部組件等薄弱環節開展核心技術攻關,提升自主創新能力。同時,打破傳統航天對失敗零容忍的束縛,建立容錯機制。此外,鼓勵藍箭航天、星河動力等領軍企業聯合上下游企業構建完整、立體、開放的商業航天產業生態系統,借助市場化和商業化策略,激發產業活力。
(二)運力升級,實現民營商業火箭運載能力飛躍
運載火箭是進入空間的載體,隨著全球大規模星座組網需求的增長,我國必須加快大推力高性能發動機、大直徑箭體結構等技術攻關,突破火箭運力跨越的難點,滿足市場對快速、經濟的太空進入服務的需求。
(三)效率提升,增強民營商業火箭市場響應能力
我國需進一步優化發射場資源配置,擴充發射工位。同時,提高發射流程自動化和智能化水平,減少人為因素導致的延誤。此外,建立快速響應機制,縮短發射準備周期,適應未來高頻率商業發射需求。
(四)成本優化,提升民營商業火箭國際競爭力
加快可重復使用火箭技術研發,借鑒SpaceX的經驗,通過實現火箭一級和整流罩回收利用,顯著降低單次發射成本。同時,優化供應鏈管理,降低原材料和制造成本,提高火箭的生產效率。
作 者
盧躍,長期跟蹤商業航天產業發展