中国商业航天的“关键一步”
经济观察报 记者 郑晨烨 2024年中秋节前最后一周，全球商业航天市场发生了两件大事：北京时间9月12日，搭乘美国太空探索技术公司（SpaceX）龙飞船（Dragon）执行“北极星黎明”航天任务的两名机组成员，在距离地面约700公里的轨道进行了全球首次商业太空行走。9月11日，在中国酒泉卫星发射中心，由蓝箭航天空间科技股份有限公司研发的朱雀三号VTVL-1可重复使用垂直起降回收试验箭，完成了十公里级垂直起降返回的飞行试验。
对后者而言，该试验创下多个国内首次的记录，如首次实现垂直起降返回火箭空中二次点火、跨音速大动压环境下“栅格舵—冷气姿控—发动机”联合制导控制，以及高空风实时风修技术工程化应用等技术验证。这意味着中国商业航天产业离凑齐可重复使用运载火箭这“最后一块拼图”又近了一步。
可重复使用火箭为何如此重要？一位长期关注商业航天领域的职业投资人告诉经济观察报，今年8月，上海垣信卫星科技有限公司（下称“垣信卫星”）主导的千帆星座计划首批卫星已顺利入轨，正式拉开中国版“星链”建设的序幕。按照公开披露的信息，千帆星座计划将在2030年底前发射超过1万颗卫星用于组网，但现阶段我国一次性火箭较高的发射成本，可能成为该计划的巨大障碍。
“按照现阶段国内每公斤8万元到12万元的发射成本，完成上万颗卫星组网计划需要花费的资金是一个‘天文数字’，如果不尽快在可重复使用运载火箭技术上取得突破，高密度低轨卫星组网的建设速度会被大大拖慢。”上述职业投资人称。
在真成投资创始合伙人李剑威看来，中国商业航天市场正在等待“iPhone时刻”，“今年到明年是一个非常关键的节点。无论是民营企业还是国家队，如果中国能有公司或团队实现火箭的入轨和回收，大家会看到希望，商业航天的市场就真正打开了”。
一把关键钥匙
2024年8月6日，长征六号改运载火箭搭载的千帆极轨01组的18颗卫星发射升空，成功将卫星送入预定轨道，由此拉开中国低轨卫星组网的大幕。
公开信息显示，千帆星座计划于今年完成108颗卫星发射并组网，3年内完成一期1296颗卫星的部署，最终将完成至少1.4万颗低轨宽频多媒体卫星的组网工作。而像千帆这样在国内公开可查的“万星”计划至少还有两个：国际电信联盟（ITU）官网显示，以中国卫星网络集团有限公司为主体计划实施的GW星座共包含12992颗卫星；今年5月，上海蓝箭鸿擎科技有限公司亦向国际电信联盟提交了名为Honghu-3（鸿鹄三号）的星座计划，该星座将由1万颗卫星组成。
在上述中国低轨卫星互联网大规划出来之前，如何完成商业闭环一直是国内商业航天企业面临的难题。千帆星座等卫星组网计划的落地，提高了商业航天赛道的确定性。
江苏深蓝航天有限公司（下称“深蓝航天”）执行总裁赵亚亦说：“火箭就像‘快递’，是运输工具。从短期和中期看，往太空送快递最核心的市场无疑是大规模的星座组网。”
明确的市场需求对行业而言无疑是好的信号。但当大规模星座组网计划开始落地时，长期关注中国商业航天的职业投资人及部分从业者发现，“卡脖子”的地方或许不在需求侧，而在运输侧。
正悦投资的高级投资经理何艺娟算了一笔账：从具体数据看，美国SpaceX研发的猎鹰九号火箭的近地轨道运力为22.8吨，2024年单箭发射报价约为6975万美元，折合约3000美元/公斤，合人民币约2.1万元/公斤。作为对比，国内商业化火箭型号发射报价大约在每公斤6万元到15万元人民币之间。猎鹰九号火箭实现一子级（火箭的第一级结构，负责为火箭初始飞行阶段提供主要推力并在燃料耗尽后分离）和整流罩回收，一子级约占火箭总体成本的67%，整流罩成本占比约10%。目前，SpaceX已经成功将一子级重复使用了22次，累积回收复用次数超300次，火箭成本被大幅度摊薄。“SpaceX已基本实现三天一次的发射节奏，仍难以满足后续4.2万颗卫星的快速组网需求。因此，他们推出星舰项目，并在2024年6月份第四次试验实现了一二级软着陆。如果星舰成功回收并批量化发射，运输成本有望降低至每公斤10美元，进一步拉大成本差距。”在何艺娟看来，国内现有火箭的报价显然无法支撑诸如千帆这类大规模的星座组网，站在中美火箭发射报价差距和中国组网的迫切性角度看，通过火箭可回收来降低发射成本成为必然趋势。
“中国的基础工业制造能力很强，通过部件优化等可以进一步降低成本，一次性火箭制造成本甚至低于国外。但只有在强大的制造基础上再加上火箭回收技术，真正实现成本的进一步降低，才是国内快速组网的可期目标。无论近期的政策导向还是各家实际披露的型号，大中型可回收液体火箭都是国有和民营航天企业的发展方向。”何艺娟称。
记者在采访中注意到，中国商业航天在中短期内有两个里程碑的概念已成为业内共识：第一个里程碑是大型星座组网计划的展开；第二个里程碑是中国可回收火箭的规模化应用。“中国商业航天的爆发点将会在可回收火箭的规模化应用之后，即可回收火箭是中国航天进入新阶段的启动引擎。”何艺娟说。
北京星河动力航天科技股份有限公司（下称“星河动力”）战略与公共关系高级总监孟宪博称，可垂直回收火箭是目前经过实践验证、切实可行的中大型火箭太空运输降本方案。他认为，液体火箭的主要成本集中在发动机，通过火箭一子级的垂直回收，可实现发动机的复用，大幅降低火箭发射成本，从而降低中国卫星互联网建设的整体成本。“该型方案尤其适用于我国在建的星网工程、千帆星座等大型星座组网建设，也是目前各家商业火箭企业的重点研发方向。”孟宪博说。“无论是面向企业客户还是个人客户，比如太空旅游，成本的大幅度降低将使得这些服务有利可图，形成可持续的商业模式。当前企业的利润空间和市场规模都相对较小，难以激发足够的竞争力和技术进步。未来，回收火箭将通过良性竞争来促进技术进步，从而提高产品质量、降低成本、提供更优质的服务。”深蓝航天董事长霍亮称。
在谈及可垂直回收运载火箭较传统一次性火箭降本的具体成效时，赵亚称，国内的太空运输成本约为每公斤6万至15万元，随着回收技术的成熟，深蓝航天的目标是将这一数字降至低于3万元。“制造成本过高，火箭的商业模式是无法成立的。通过回收将成本降低到合理水平，这个产业将迅速发展。只要你的火箭能够确保安全稳定发射，且运力能达到‘一箭一轨’的标准，比如一子级能达到13.6吨的水平，加上每公斤3万人民币甚至更低的成本，订单根本不会缺。”赵亚说。
在采访过程中，记者了解到，作为专攻可回收运载火箭的商业航天企业，深蓝航天采用了多种创新技术降低火箭制造成本。比如，该公司拥有国内首型利用高温合金3D打印技术一体成型的火箭发动机——雷霆-R液氧煤油发动机，目前该发动机已能实现一周一台的下线速度。
赵亚还向经济观察报透露，深蓝航天预计到2025年便可实现盈利，现在公司考虑更多的是火箭产能方面的挑战。“火箭造价非常高，我们可以拿飞机类比。一架飞机也很贵，但飞一次的成本主要是燃油费用。飞机燃油每吨约为1万元，根据航程的不同，飞一次的油费大概在几十万元到一百万元之间。火箭的燃料成本其实比飞机要低，使用的是液氧和煤油，液氧的价格只有几百块钱一吨。综合算下来，液体火箭的燃料成本占总体成本不到千分之三，有时甚至更低。”霍亮称。
能够显著降低发射成本的可重复使用运载火箭，像一把能够解开中国商业航天蓝海市场的钥匙，想要在此领域成为中国第一、全球第二的“执钥者”，竞争也颇为激烈。
经济观察报注意到，今年下半年以来，多家航天企业密集安排了可重复使用运载火箭的飞行试验。
深蓝航天就在积极准备国内首次可入轨运载火箭——“星云一号”的高空回收试验。星河动力于今年7月完成其首型可回收运载火箭——“智神星一号”整流罩静力、模态、分离系列试验，并计划于今年年底首飞，在2027年左右实现液体火箭的垂直回收。北京星际荣耀空间科技股份有限公司于近日在官方公众号披露，其首款中大型可重复使用液体运载火箭——双曲线三号的箭上和地面产品均已完成投产，预计2025年1月交付，届时双曲线三号模拟箭将开展海上测试。
记者采访的多位职业投资人均认为，在主要火箭企业均拟于下半年完成十公里级别回收试验的背景下，今年底至明年初，国内将诞生全球第二家掌握可入轨且可回收运载火箭技术的企业。
“一步到位”还是“固液并举”
从目前国内商业航天企业的研发路径看，火箭企业主要分为两类。一类企业如深蓝航天，从创立之初便“死磕”可垂直回收火箭技术。另一类企业则像星河动力、北京星际荣耀空间科技股份有限公司，兼顾一次性固体火箭与可回收液体火箭两条技术路线。
两条路径孰优孰劣，当前市场中仍存在争议。一位商业航天领域的职业投资人称，在没有发射经验的背景下，直接想要实现可垂直回收火箭技术的一步到位并不现实。
孟宪博认为，星河动力之所以选择“固液并举”的发展路线，即“谷神星”系列小型固体火箭和“智神星”系列中大型可回收液体火箭，是基于市场需求做的设计。在他看来，由于液体火箭未来立足于可回收，因此更适合做成中大型火箭，以应对大型星座组网的发射市场需要。固体火箭由于成本低、“小快零”，更适合做成小型火箭，应对小卫星和小星座的发射市场。
“除了星网工程、千帆星座这种大型组网任务外，我国还存在一个由200多家小型商业卫星公司构成的长尾市场。虽然每家公司的发射数量都不大，但卫星企业数量多，市场盘子也不小，小型固体火箭对于这个市场的适应性极强，这个路线也得到了市场的正反馈。目前，我们的‘谷神星一号’火箭已成功发射14次，在商业上率先实现了闭环。同时，我们的液体火箭也在同步加紧研发，固体火箭的成功也为液体火箭在发射端积累了经验。”孟宪博强调，围绕固体火箭，星河动力在通过“技术迭代+工业化批产”的方式进一步压低成本、提升市场占有率的同时，探索电磁弹射等适合固体火箭的新型技术路线，以期实现和液体火箭相近的单位运输成本。
但在投资人看来，在终点都是导向大中型可回收液体火箭的背景下，与液体火箭不存在技术继承关系、又无法实现可回收的固体火箭，不值得国内民营火箭公司投入太多精力。“固体火箭和液体火箭属于完全不同的两种技术路线。从固体火箭转向液体火箭意味着企业需要重新研发。一次性液体火箭和可回收液体火箭之间虽然有部分继承性，但在动力系统、气动系统等关键环节上依然需要重新设计。”何艺娟说。
在李剑威看来，2015年被认为是中国商业航天元年，很多成立的公司虽然声称要做类似马斯克的事情，但彼时却选择了固体火箭，这在他看来没有意义。“固体火箭不可回收，且国家队在这方面已经做得很好，没有民营公司的太多机会。民营公司如果要在运载火箭领域做出成绩，必须专注于可回收火箭。”李剑威认为，绝大多数商业航天企业还需依靠外部资金维持运转，缺乏自我造血的能力，打造一款有门槛的“拳头”产品是民营火箭企业应重点考虑的事情。
“火箭产品必须证明其可靠性，我估计可回收液体火箭领域还需要一两年时间。固体火箭领域也有一些进展，但因为是国家队早已成熟的技术，民营公司做类似的事情很难赚钱。”李剑威说。
在何艺娟看来，抛开固体火箭不谈，在液体火箭的路径选择上同样可以分为两类。一种路径是从一次性液体火箭入手，企业先成功研发并发射，再向大中型一次性液体火箭迈进，大中型一次性火箭批量成功后再研发可回收技术。另一种路径是开始的小火箭就一步到位设计为可回收，之后企业再基于小型可回收火箭的经验升级迭代到大中型可回收火箭。“为什么有些企业选择从一次性火箭入手？或许是出于融资的考量，发射成功证明其商业化能力，再通过‘里程碑’提高估值以达到融到所需资金、又不至于稀释太多股权的目的。”何艺娟说。
限制与挑战
“现在大家不是担心发射的问题，而是没地方发射。中美之间在发射工位上的差距可能还要大于技术上的差距。”谈及目前国内民营火箭行业发展面临的挑战时，赵亚说。
发射工位指火箭发射时在发射场上占用的具体位置或发射台，包括火箭发射所需的各种设施、设备和发射支持系统。发射工位为火箭的发射提供物理位置，并为发射过程中的一系列准备工作提供支持，如火箭的组装、燃料加注、发射控制等。
何艺娟称，发射工位确实是限制目前国内火箭发射节奏的主要痛点。2023年，我国航天发射约为67次，发射的航天器总数不超过200个；2024年我国航天规划发射100次，截至目前进度未过半。“国内有四大发射场，一个海上发射场，还有文昌商业航天发射场，发射工位和窗口稀缺确实是制约因素。除此之外，发射的审批管理流程同样是影响因素。”何艺娟说。
在赵亚眼中，中国和美国在航天发射条件上存在较大差别，美国三面环海，其发射轨迹可以直接投影到海上，这样的地理条件保证了发射的安全性，几乎不存在击中城市的风险，美国可以沿着东西海岸建造许多发射工位。中国因为周边邻国众多，约束条件也相对比较多。
赵亚称，除了海南文昌，像酒泉、太原、西昌等航天发射场的选址有历史原因，是从当时的战略安全需求出发，位置都比较偏远。在这样的背景下，以往许多民营火箭企业制造的火箭规模较小不全是技术问题，还与这些发射场的地理位置限制火箭的运输有关。
“未来，中国大量商业航天发射任务将逐步转向海上。海上发射的一个显著优势是灵活，哪里适合发射就可以将发射平台拖到哪里。虽然发射成本可能稍高于陆地，但只要提供足够稳定的发射和回收平台，海上发射完全可行。现在我国的东方航天港号自航式发射船（我国首艘商业海上火箭发射船）造价大约3亿元，不算特别昂贵。SpaceX就拥有十几艘回收船。海上发射、回收将成为未来发展的重要方向。”赵亚还认为，随着我国商业航天发射场建设的不断推进，我国在航天发射工位面临的这些限制将是阶段性的。
孟宪博认为，从长远市场发展看，我国卫星互联网建设对于火箭的需求数量巨大，必然会对发射工位的数量、申请窗口的频次提出更高需求，相比前些年，国家政策也呈现出逐年开放的状态。
“中国民营火箭的发展受到政策、设施、市场、资金链、产业链等多方因素影响，发射工位建设的进程需要一个客观过程。”孟宪博说。
另外，当前缺乏造血能力的民营火箭企业，也面临持续融资困难的挑战。
“火箭企业的资金需求巨大，包括但不限于基础设施建设、型号研发和试验、人员费用等。近几年，一级市场资金体量及活跃度相对有所下降，如何在变化的大环境下持续获得大额的融资以支撑企业发展，是所有火箭企业需要考虑的问题。”何艺娟说。
在李剑威看来，虽然目前资本市场相对低迷，但相关的“绿色通道”政策也带来了机会。
“绿色通道提到的几个领域中，商业航天、低空经济、生物制造都在列。如果一家企业在商业化上取得了进展，尤其是有了收入并证明产品的可靠性，它或许能够通过绿色通道上市。”李剑威说，最终还是要看哪家企业能真正交付产品。
在何艺娟看来，火箭企业至少需要连续三次发射成功才算初步具备商业化能力，就算拿出能够入轨并回收的火箭产品，后续的批量化生产对火箭企业的总体设计、供应链管理能力、基础设施建设等都是不小的挑战。
“对于中国的商业航天产业，重要的是要有容忍失败的开放心态，要尊重市场、尊重创新，不能因为一次失败就收得特别紧，收得太紧就没法干了。”李剑威说。