獵鷹九號火箭在2022年完成了60次發(fā)射；2023年的首次發(fā)射又成功將114個有效載荷送入太空，其中包括商業(yè)衛(wèi)星公司Planet、Spire、Satellogic、SpaceBee的多顆組網衛(wèi)星……中大型火箭的航班化發(fā)射，為商業(yè)航天界提供了豐富的機會，成為一種非常重要的使能角色。

中大型火箭的航班化意味著什么？

文 | 楊艷，農燕

自2017年至今的6年間，如果我們回顧世界航天發(fā)射活動的記錄，就會發(fā)現(xiàn)近地軌道運載能力在噸級以下的小型火箭的發(fā)射數(shù)量占了相當大的比例。其中絕大多數(shù)小型火箭都是民營企業(yè)研制的，似乎小火箭成了發(fā)射服務創(chuàng)業(yè)企業(yè)們的代名詞。

一、中大型火箭——航班化發(fā)射的主力，全球商業(yè)火箭競爭的制高點

但是在發(fā)射記錄中也有一個非常令人關注的另類，那就是美國太空探索技術公司（SpaceX）的獵鷹九號火箭。2022年SpaceX總共進行了61次發(fā)射，其中1次為獵鷹重型火箭，其他均為獵鷹九號，其發(fā)射次數(shù)幾乎是我國火箭發(fā)射次數(shù)之和。作為由新興商業(yè)航天企業(yè)研制的中大型運載火箭，它的成功也印證了一個觀點，一家火箭企業(yè)無論是國有還是民營，無論上市還是不上市，只有具備中大型運載火箭發(fā)射能力、具備航班化運行的前景，才算是進入了世界航天市場的主流，才能夠在航天發(fā)射服務的蛋糕上切下比較有分量的一塊。

SpaceX、美國（除SpaceX外）以及中國三方的2020-2022年度火箭發(fā)射數(shù)量比較圖

由此，人們可能會更加強烈地期盼在中國出現(xiàn)一種甚至一批可航班化的中大型商業(yè)火箭，能夠在競爭激烈的國際商業(yè)發(fā)射市場上，爭得一席之地。

市場有大量不同類型的發(fā)射服務需求，從發(fā)射載荷來說，大到20多噸重的空間站艙段，小到1U的立方星；從發(fā)射時間來說，這些載荷還有著不同的發(fā)射時間窗口要求——有的是投資人的要求，有的是為了趕上某個重要的科學現(xiàn)象。例如奔向火星的探測器，如果錯過了每隔兩年一次的夏季發(fā)射窗口，就要再等上二十幾個月了。這些要求結合在一起，就形成了對發(fā)射服務的多樣性需求。經過幾十年的摸索，宇航界形成了這樣的認知，能夠頻繁發(fā)射的中大型運載火箭才能真正滿足市場需求，并且能夠支撐政府航天及商業(yè)航天的同步發(fā)展。

中大型火箭對于商業(yè)航天的意義已經在獵鷹九號上得到了充分印證，只有中大型運載火箭才能夠充分解決衛(wèi)星業(yè)主的發(fā)射需求。獵鷹九號火箭發(fā)射的載荷，包括美國政府及其盟國的軍用衛(wèi)星、NASA的載人航天相關任務，星際探索和空間科學項目等，當然最多的就是馬斯克自己的星鏈系統(tǒng)，以及搭載發(fā)射的數(shù)量龐大的不同類型的小衛(wèi)星。近兩年來，SpaceX進行了多次專門的小衛(wèi)星拼車發(fā)射，2021年1月24日，一箭發(fā)射143個有效載荷；2022年1月13日，一箭發(fā)射105個；今年1月4日，獵鷹九號成功發(fā)射了114個有效載荷，其中就包括商業(yè)衛(wèi)星公司Planet、Spire、Satellogic、SpaceBee的多顆組網衛(wèi)星。也就是說，中大型火箭的航班化發(fā)射，為整個商業(yè)航天界提供了豐富的機會，成為一種非常重要的角色。

中國的商業(yè)航天市場，也非常需要能夠航班化運行的中大型運載火箭發(fā)射服務。國內已經提出了數(shù)量不少的商業(yè)星座，其中包括可見光對地觀測、雷達對地觀測、物聯(lián)網、寬帶互聯(lián)網等等；此外，來自不同高等院校、科研機構的空間科學和基礎研究項目，對于航天發(fā)射也有著巨大的需求，形成了強烈的市場驅動力。因此從后續(xù)的發(fā)展來看，市場需要一種乃至一批能夠頻繁發(fā)射的中大型運載火箭。

但目前，國內火箭發(fā)射服務的供應情況不容樂觀，雖然中國的航天發(fā)射數(shù)量在過去幾年一直在全球名列前茅，但是其中絕大多數(shù)發(fā)射任務都為了滿足繁重的國家任務需求，商業(yè)發(fā)射所能夠排到的檔期，一般都要在兩年之后甚至更久。

二、噸級以上運載能力建設是商業(yè)火箭發(fā)展的主戰(zhàn)場

事實上，中大型火箭中，并非只有獵鷹九號可以實現(xiàn)航班化商業(yè)運行。諾斯羅普·格魯曼公司就擁有一型名為“心大星（Antares）”的中大型火箭，近地軌道運載能力達5噸，為NASA的國際空間站貨運計劃提供服務。不過這種火箭的產能較小，發(fā)射頻率比較低，不能有效影響市場。此外，還有美國藍色起源公司在研的超大型火箭“新格倫”，但首飛日期從2020年一推再推，最終因技術原因失去了美國太空軍的合同，首飛也推遲到了2023年，尚不能確定何時能夠真正進入市場。

目前，中國有多家航天企業(yè)正在開發(fā)小型商業(yè)運載火箭，并取得了不同程度的進展。其中中國運載火箭技術研究院（簡稱“火箭院”）的長征十一號、航天科工火箭技術有限公司（簡稱“科工火箭”）的快舟一號、中國長征火箭有限公司（簡稱“中國火箭”）的捷龍一號、北京星際榮耀空間科技股份有限公司（簡稱“星際榮耀”）的雙曲線一號、北京星河動力航天科技股份有限公司（簡稱“星河動力”）的谷神星一號火箭已經取得了入軌成功；藍箭航天空間科技股份有限公司（簡稱“藍箭航天”）的朱雀一號、北京零壹空間科技有限公司的OS-M都曾嘗試入軌發(fā)射，皆遭遇失敗。但是，這些小型火箭的運載能力普遍在低軌道200~400公斤左右，只能用來發(fā)射有限數(shù)量的小衛(wèi)星。

和小型火箭相比，中大型火箭在結構、控制、推進等方面都有非常顯著的提升，研制難度不言而喻，加之今天的商業(yè)航天企業(yè)的火箭研制項目，必然以降低成本、航班化發(fā)射為發(fā)展方向。如果只生產出一種和傳統(tǒng)火箭基本相當?shù)男吞?，其競爭力和市場價值顯然不大。正因于此，中國商業(yè)航天企業(yè)研制中大型運載火箭并且能夠取得成功，對于產業(yè)的牽引和推動具有戰(zhàn)略性、決定性意義。

目前，已經有一批企業(yè)展現(xiàn)出了這樣的雄心，先后涌現(xiàn)了中國火箭的捷龍三號中型固體運載火箭，航天科工火箭的快舟十一號中型固體運載火箭，中科宇航的力箭一號中型固體運載火箭和力箭一號甲中大型固體運載火箭，藍箭航天的朱雀二號液氧甲烷中型運載火箭，星際榮耀的雙曲線二號液氧甲烷中型運載火箭，以及星河動力的智神星一號液氧煤油中大型運載火箭。

表1 國內已發(fā)射及在研的商業(yè)中大型火箭參數(shù)表

在這些火箭中，中科宇航的力箭一號拔得頭籌，于2022年7月27日成功進行了首次發(fā)射?？熘凼惶柡徒蔟埲栯S后在12月7日和12月9日先后發(fā)射成功，其中快舟十一號屬失利后復飛成功。這三個型號的成功，意味著目前國內已經擁有三種噸級以上運載能力、以固體發(fā)動機為主的商業(yè)化中型運載火箭。以液氧甲烷為燃料的朱雀二號在12月15日首飛遺憾失利。既然有多個型號已經取得成功，那么今后的競爭將集中在航班化運營能力上，考驗的將是各企業(yè)的產能、質量穩(wěn)定性和發(fā)射響應能力。

2022年7月27日，力箭一號固體運載火箭首飛成功，將六顆衛(wèi)星送入預定軌道，載荷總重量超過1噸。

三、中大型火箭批量化生產需要核心能力建設

中科宇航董事長楊毅強在接受媒體采訪時表示，中國商業(yè)航天已從1.0時代進入2.0時代，有望在5年內進入3.0時代。

楊毅強認為，商業(yè)航天的1.0時代在火箭方面，主要是從無到有，證明自己可以造火箭；2.0時代則是擁有了較強的技術和研發(fā)能力，能形成噸級以上的商業(yè)運載能力；3.0時代的標志則是商業(yè)航天進入“低成本+高性能+量產”的快速發(fā)展軌道。

中大型火箭的研制和批量化生產具有極大的難度。實際上，中國的傳統(tǒng)航天也是在經歷了漫長的努力后，才獲得了長征三號系列火箭的批量化生產能力。

火箭院負責人在2019年航天先進制造技術國際研討會上的講話中透露，長征三號火箭的產能提升的工作一直進展不大，直到長征五號運載火箭研制期間，為了滿足新的技術要求，火箭院與有關高校合作，突破了大量的先進技術，特別是用于火箭大規(guī)模自動化生產和檢測的技術后，火箭院將這些技術應用于長征三號的生產線，才真正實現(xiàn)了產能的大幅度提升，支撐了大量國家重點型號的發(fā)射活動，特別是支持了北斗導航星座的部署。

長征三號是一種起步于上世紀七八十年代的成熟型號，它的批產尚且經歷了漫長而艱辛的過程，那么對于目前基礎設施、技術、人力和財力都相對薄弱的商業(yè)航天企業(yè)來說，要想實現(xiàn)大中型火箭的批量化和低成本化生產，挑戰(zhàn)是巨大的。

對企業(yè)來說，研制并量產中大型運載火箭，需要具備哪些核心能力？

首先，專業(yè)而穩(wěn)定的團隊。

一支具備相關研制能力的完整團隊，需要有類似于傳統(tǒng)火箭研制部門的指揮系統(tǒng)和設計師系統(tǒng)。雖然在商業(yè)火箭的研發(fā)體制的討論中，總是把傳統(tǒng)火箭研制單位當做一個被超越的對象。但是，傳統(tǒng)航天單位的科研管理體制是經過了幾十年考驗，行之有效的。特別是錢學森先生親手建立起來的兩總制度（總指揮、總設計師），是值得借鑒和繼承的。有經驗、有閱歷、有戰(zhàn)斗力的兩總系統(tǒng)，不但能夠把科研生產高效組織起來，而且對中大型火箭的研制有著比較強的把握和管理能力，能夠預見火箭研制中可能遇到的風險和陷阱，能夠在遇到重大難關或者突發(fā)情況的時候，沉著應對。特別是具有豐富經驗的領軍人物，可以在型號面臨困難的時候凝聚人心、穩(wěn)定隊伍，不會像一些貿然進入商業(yè)火箭領域的創(chuàng)業(yè)企業(yè)，遇到困難就散了攤子。

其次，給力的外協(xié)體系。

中大型火箭的難度是可想而知的，它體現(xiàn)了一個國家工業(yè)能力的最高水平。實際上，如果沒有美國強大的基礎工業(yè)和宇航工業(yè)作為保證，馬斯克不可能在短期內就能夠解決中大型火箭的研制問題。因此，商業(yè)火箭公司的外協(xié)能力非常重要，世界上沒有任何一家火箭制造商可以僅僅憑自身的科研生產能力就把火箭造出來，若脫離了其他行業(yè)的支撐，連一發(fā)小火箭的生產也是極其困難的。作為商業(yè)火箭公司，必須建立起強大的外協(xié)能力和外協(xié)體系，不但要和傳統(tǒng)的宇航分系統(tǒng)供應商建立起良好密切的合作關系，還要善于從新興企業(yè)特別是信息化企業(yè)中，發(fā)現(xiàn)和培育能夠成為宇航分系統(tǒng)供應商的企業(yè)，這不但有利于自身的突破式成長，還有利于打造全新的宇航產業(yè)鏈。

第三，強有力的市場支撐。

中大型火箭的研制投入高、周期長，如果不能得到市場的認可，在排定產能和發(fā)射計劃之前，就得到客戶訂單，就會造成極大的浪費。但是，能購買新研制大中型火箭發(fā)射服務的客戶，必然有著雄厚的財力，以及對火箭企業(yè)及其發(fā)射服務的精準判斷能力。SpaceX公司就是在得到NASA的認可和訂單，并且執(zhí)行了多次國際空間站任務后，在市場上站穩(wěn)了腳跟，并且開始進軍商業(yè)服務和軍用發(fā)射服務市場。

第四，具有戰(zhàn)略眼光的資本。

火箭研制需要長周期的巨大投入，需要具有戰(zhàn)略眼光，著眼于長遠利益，并能與企業(yè)不離不棄，共同經歷風雨的戰(zhàn)略性投資者。這是商業(yè)火箭企業(yè)成功的一個重要因素。

中科宇航在上述幾個方面，都正在尋求突破。

中科宇航的創(chuàng)業(yè)團隊來自傳統(tǒng)航天企業(yè)，有著豐富的型號飛行成功經驗，董事長兼總裁楊毅強在中國運載火箭技術研究院供職30余年，歷任我國首型固體運載火箭長征十一號首任總指揮、我國首型空射運載火箭首任總指揮及國家某重大型號副總指揮。這樣的團隊，對于火箭研制具備良好的經驗和認知基礎。此外，中科宇航公司還是國內首家混合所有制商業(yè)航天企業(yè)，中國科學院力學研究所持股近30%，因此在火箭研發(fā)和生產過程中，中科宇航能夠充分依托中科院力學所和空天飛行科技中心的科研力量和資源優(yōu)勢。中國科學院作為全國規(guī)模最大的科研結構綜合體，不但在國際國內科學及高技術產業(yè)界擁有一流的口碑與號召力，而且多年來從事了大量科研抓總、科研配套活動，實施了大量大科學設施的建造和高技術工程支撐工作，無論對于承擔總師單位還是配套單位職責，都駕輕就熟。而力箭一號火箭首次發(fā)射的載荷，其中五顆為中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院的衛(wèi)星。正是因為具備這樣的條件，目前國內相關資本對中科宇航公司持續(xù)看好。

四、力箭一號的航班化，推動產業(yè)生態(tài)加速成長

中科宇航目前的主要工作，是實現(xiàn)力箭一號火箭的批量化生產，并且以此為基礎開發(fā)力箭系列的大型乃至重型運載火箭。如果能夠取得成功，不但意味著中國人也能夠建立起一個類似SpaceX的領先的新興商業(yè)航天發(fā)射企業(yè)，也意味著世界航天市場的發(fā)射服務供應更加多樣化。

2022珠海航展上展出的力箭系列火箭模型

按照中科宇航目前公布的產能數(shù)據(jù)，在廣州南沙開發(fā)區(qū)設立的中科空天飛行科技產業(yè)化基地，作為中科宇航打造的精益化、數(shù)字化、智慧化的運載火箭產業(yè)基地，已順利落成投產，具備年產30發(fā)運載火箭的生產能力。這已經非常接近航班化運行的目標了。今后中科宇航還會開發(fā)更多型號的運載火箭，如在力箭一號基礎上進行捆綁，形成推力更大的力箭一號甲等型號。此外，正在研制的“玄鳶”液體火箭發(fā)動機，以及更多、更靈活的發(fā)射服務場景設想也在持續(xù)推進中，為最終實現(xiàn)更高頻次的發(fā)射服務能力提供堅實的基礎。

位于廣州南沙區(qū)的中科宇航產業(yè)化基地

假設，如果每年能夠發(fā)射100次，除去節(jié)假日，基本可達到每兩天發(fā)射一次的頻率。這就從真正意義上實現(xiàn)了發(fā)射服務的航班化，衛(wèi)星業(yè)主可以根據(jù)這樣的航班頻率來安排衛(wèi)星科研生產計劃，以及星座補網發(fā)射計劃。這將極大地釋放衛(wèi)星產能。

在發(fā)射能力不足的背景下，因為宇航零部件開發(fā)成本高、市場需求少，宇航零部件國產化面臨著很大的困難。但航班化發(fā)射必將帶來國產衛(wèi)星的大幅度增加，從而也擴大了相關零部件的市場。這就給相關企業(yè)提供了實現(xiàn)規(guī)模效應的空間，可以大幅度降低衛(wèi)星制造成本，提高通用化、系列化、組合化，提高交付速度，改善質量。

因此，中科宇航的產品線及批量化制造能力，在商業(yè)航天發(fā)展的新態(tài)勢下，不但有著自己廣闊的市場空間，而且將與其他業(yè)務板塊形成共生促進的關系。

>End