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“钢铁侠”时代的商业航天

李曦子

2018年02月13日08:04  来源:人民网-国际金融报

在电影中,“钢铁侠”是维护世界和平的超级英雄。在现实中,被称为“硅谷钢铁侠”的马斯克(Elon Musk)在太空火箭、电动汽车、太阳能电池和人工智能等方面都有建树,他还曾客串出演《钢铁侠2》。

“他对征服星辰大海的热忱使他充满了前进的动力,移民火星就是他的终极目标。”这是Space X(太空探索技术公司)员工口中的公司CEO马斯克。

北京时间2月7日凌晨,Space X公司旗下的“猎鹰重型”火箭在经历多次推迟之后,终于试飞成功。顺利升空后,该火箭将在绕着地球和火星的循环运行轨道上,停留数亿年甚至超过10亿年。伴随火箭一同进入太空的,还有一辆红色特斯拉,以及车上乘载的一位假人航天员。这艘号称“全球现役运载能力最强的火箭”,让马斯克“使人们生活在其他星球”的愿景向前迈进了一大步。

作为一家民营航天企业,Space X不仅能够做到质量控制,还十分注重成本控制,因此得到了“用10亿美元就实现了NASA(美国宇航局)花270亿都做不到的事情”的美誉。

除了Space X,联合发射联盟、蓝色起源、轨道科学公司、波音等也参与了航天飞船和运载火箭的制造。在全球,越来越多的民营企业参与到商业航天的市场竞争中。

强运力低成本策略

火箭是人类进入太空的主要运载工具。从研制到发射是一项庞大的工程,因此,航天发射的成本普遍在上万美元/公斤。

运载火箭的成本包括研制成本、发射成本、测控成本。火箭的生产是非大批量生产,导致单件成本大幅增加。组成火箭的零部件有很高的技术要求,其经历的预研、生产、组装、测试等各阶段都需要大量经费。火箭的发射成本包括燃料成本、发射场的使用成本、人力成本,以及地面各类附属设施的使用成本。测控成本主要包括遍布各地的测控台站、测量船,以及指挥控制中心需要花费的资金。

通常,小型火箭发射一次大约需要2000万—3000万美元,中型火箭发射一次需要6000万—1.5亿美元,大型火箭发射一次大约需要2亿美元以上。由于各国运载火箭研制、发射和人力成本不同,同类火箭的发射成本也有较大区别。

Space X从2002年成立之初,就定下了“要彻底改变空间技术,最终能使人们生活在其他星球”的宏大目标。为此,开发了可部分重复使用的猎鹰1号和猎鹰9号运载火箭,分别于2008年和2010年首飞成功。同时,Space X还在开发“龙”系列载人航天飞机,需要通过猎鹰9号发射到预定轨道。

Space X最革命性的商业价值在于通过重复回收利用助推火箭,来节省发射成本,远比政府或其他民营公司制造的火箭便宜,每次发射只需大约一亿美元。

此前,世界上可以重复利用的就是美国的航天飞机。每架20亿美元的研发费,每次高达5亿美元的飞行费,再加上返回后高昂的检修费,让美国航天局不堪重负,2010年美国就全面放弃了航天飞机。目前贝索斯的蓝色起源公司也在发展可重复利用火箭,但由于飞行高度低、载重小等劣势,没办法与Space X火箭相比。

本次Space X的“猎鹰重型”火箭搭载的3个一级助推器中,有两个曾用于2016年猎鹰9号的发射任务中。在此次发射中,火箭的3个助推器中,两个侧推进器成功实现二次回收,原计划降落在大西洋海上无人回收平台上的核心助推器未能成功着陆。据Space X表示,火箭助推器回收后不到24小时就可以再次使用,性价比极高。

Space X官网公布的信息显示,“猎鹰重型”标准报价为9000万美元。与在此之前的最大型运载火箭“德尔塔Ⅳ型”相比,有效载荷提升两倍,成本仅为其1/3,从单位质量载荷成本来看,“猎鹰重型”单位发射成本为1141美元/千克,更是远低于“德尔塔Ⅳ型”的11660美元/千克。与近地轨道运载能力为22.8吨的猎鹰9号运载火箭的发射报价6200万美元相比,运载能力提升2.8倍,报价仅提高45%。如果购买多次发射任务,报价还会有折扣。

“猎鹰重型”的成功发射为Space X制造更强大火箭提供了可能性,马斯克称之为“大猎鹰火箭”(BFR)。简单地说,BFR的设计原型是一个可重复使用的一级助推器,加上一个重复使用的顶部飞船。这套方案将令BFR比“猎鹰重型”拥有更大的推力,同时具备更低的成本。更重要的是,其发射的周转时间将实现以小时计算,而不是以天来衡量。

商业航天空间巨大

近年来,随着各国政府、企业太空活动的不断增加,包括卫星、火箭在内的航天产业开始走出军事、政府领域,大规模投入商业市场,而相应的卫星、火箭产品也在发生巨大的变化。

美银美林于2017年10月预测,未来30年,航天业至少能够发展到2.7万亿美元的规模。

数据显示,2013年全球发射卫星数量首次破百,达到110颗。2016年攀升至169颗。2017年1-8月,全球发射卫星数量达310颗。根据UCS(美国忧思科学家联盟)卫星数据库统计,截至2017年8月31日,全球在轨运行的卫星1738颗,其中军事、政府卫星约844颗,商业卫星767颗,民用卫星127颗,民用、商业卫星占比达到51.4%。而在美国,民用、商业卫星占比已达61.5%。

早在小布什政府时期,美国就开始鼓励发展商业航天,进一步拓展政府和私营创新企业的合作。奥巴马政府进一步落实了商业航天政策,特朗普政府也将继续大力发展商业航天。

根据美国蔡斯经济计量学会分析,NASA在航天科技每投入1美元,就对美国国民生产总值产生14美元或更多的经济效益。迄今为止,美国将航天技术投入商业运营,创造了2万亿美元的巨额利润。

在“猎鹰重型”发射成功前,猎鹰9号火箭的低成本、可重复使用的特点,使其具有非常强的商业竞争力,吸引了航空业内众多机构与部门的关注。美国审计署预计,到2030年时,军方发射领域的规模将达到700亿美元,是包括民用和商业合同在内的市场中规模最大的一个细分领域。Space X获得的NASA商业航天合同,就属于民用和商业领域。

目前猎鹰9号是Space X公司最受NASA欢迎的产品,承担为空间站运送补给的任务,美国空军也与Space X合作进行卫星发射。2017年,Space X总共完成了18次发射,约占全球发射总量的1/5。根据Space X现有产能,马斯克表示,“猎鹰重型”可以在每3到6个月之内完成一次发射,“不管需求是什么,我们都能满足”。

另外,卫星互联网服务被Space X视为未来带来收入增长的重要业务。据预测,到2019年,Space X将从卫星互联网服务中实现盈利,到2025年以前,Space X预计的互联网服务将覆盖超过4000万的用户,并会带来300亿美元的收入。

近几年,国际卫星发射市场的年均收入为2000亿美元。面对这样一块大蛋糕,具备运载火箭研制和发射能力的国家和企业纷纷摩拳擦掌。

全球市场竞争激烈

2015年10月,NASA正式提出美国即将迈入“太空2.0”时代。NASA认为,在“太空2.0”时代,太空开发不再仅由政府主导,应由政府、私营企业、科学技术界、公众共同推动。

尽管Space X“猎鹰重型”火箭受到多方青睐,但它并不是市场唯一的选择。目前竞争者不仅来自NASA的空间发射系统,还有许多正在崛起的私营航空公司。

亚马逊创始人贝索斯的蓝色起源公司将在2020年,首次公布可重复利用的“新格林”号火箭。今年1月,美国航天飞行初创公司“火箭实验室”成功从其新西兰发射台,发射了带有3D打印引擎的电子火箭,这枚火箭的发动机舱、喷油器、涡轮分子泵和主推进剂阀门都是3D打印的,从而减轻重量。这是该公司首次从自己的私人发射场发射多颗卫星,标志着世界第一。

除了美国,日本也不甘落后,向商业航天领域发力。2016年11月,日本国会通过了《宇宙活动法案》,私营公司只要通过国家审查,就可以通过自家的火箭发射场,提供更为灵活的发射服务。过去,民营公司需要借助日本政府仅有的两个火箭发射场,在发射日期上比较被动。

在2016年,佳能公司看好商业火箭领域,并希望协助日本宇航局开发迷你火箭。目前日本宇航局所使用的火箭H2A全长53米、直径4米、重289吨,而迷你火箭全长仅为9.5米、直径0.5米、重2.6吨。

2017年8月,佳能与IHI太空公司、日本建筑公司清水建设以及日本政策投资银行成立合资公司,名为“新世代小型火箭开发企划”,注册资本为1亿日元(约合人民币606万元)。其中,佳能出资70%。他们计划在日本和歌山县串本町建设发射场。这是日本首次由民间建设发射场,计划于2018年底接受卫星发射订单,并于2021年用自制火箭发射卫星。

近年来,日本的大学及投资机构不断开发100千克以下的微型卫星。日本一位投资家出资的星际技术公司,预计于今年春天将小型卫星发射到宇宙中,这将是日本民间首次对小型卫星发射进行挑战。

在中国,商业航天起步较晚,直到2016年12月发布的《2016中国的航天》白皮书才明确,鼓励引导民间资本和社会力量有序参与航天科研生产、卫星运营等航天活动。随着国内军民融合的提出,火箭和卫星领域开始向民营资本放开,已有多家国内商业航天企业受到资本市场的青睐,并迅速崛起。

被称为“中国版Space X”的国内首家民营火箭制造研发公司零壹空间,专注于智能小型运载火箭的研制,为全球商用微小卫星提供高性价比的发射服务。其自主研制的OS-X系列火箭发动机,已于2017年12月22日成功完成整机试车,目前已进入全箭调试测试阶段,预计在今年6月首飞,OS-M系列火箭也将于今年年底前后首飞。

零壹空间CEO舒畅在接受《国际金融报》记者采访时表示,一般大的通讯卫星发射是通过超大火箭完成,而目前创业公司做的运载火箭都是针对500公斤以下的微小卫星,这种运载火箭与Space X的超大火箭是不一样的。

“从现实考虑,我国商业航天起步比美国晚很多年,比如Space X于2002年成立,零壹空间在行业内做得算是早的,也是2015年才成立,整整晚了13年。国内商业航天市场属于萌芽阶段,因此对于创业公司而言,最初只能做小型的火箭,做大型的耗资巨大。”舒畅指出,“另外从商业上考虑,微小卫星的数量占比在不断增加,2015年500公斤以下的微小卫星占整个卫星的数量超过50%,2017年已经占到70%。所以企业要参与国际竞争,找一个相对好切入并且不断增长的领域,实际上是更有利的。”

舒畅认为,目前我国商业航天发展面临两个挑战,“航天这个行业天然是一个国际化市场,尤其是发射业务,我们目前面临的第一个挑战就是国际竞争。印度、俄罗斯包括美国,竞争都是很激烈的,Space X很厉害,全球50%的商业发射市场被他占领。虽然竞争压力很大,但是我们也会有很多机会。未来包括欧洲、非洲、东南亚这些地区,微小卫星的发射都是机会,因为我们国家航天工业基础很好,在价格上、服务上有优势。”

“第二个挑战就是国内目前还没有相关政策出台。NASA对这些私营航天公司会有很多项目牵引,有些会直接给经费,牵引你往前走,包括技术转让,这些东西在国内暂时还是空白。另外,Space X会租用军用发射场的点位,比如说按年收费,但是在我国这些制度是没有的。主管部门一直在讨论和研究,面对新的商业航天蓬勃发展,到底应该如何管理,未来一两年是一个政策窗口期。”舒畅表示。

(责编:李威、赖悦)

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