科工力量:2024,当中国开始“卷”民营火箭

来源:观察者网

2024-01-11 08:30

科工力量

科工力量作者

讲述中国企业科技自强、科技向上的故事。各平台同名账号@科工力量

到目前为止,人类航天的“白菜化”,正在由马斯克主导和推动。

2023年,全球将近80%的有效载荷,由SpaceX送入轨道。

要改变这一局面,只靠“国家队”是不行的。2023年12月,中央经济工作会议提出要“打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业”,在中央层面明确支持商业航天产业发展,为行业注入了强心剂。

展望2024年,民营火箭行业将迎来重大变革,从技术验证阶段转向商业模式验证阶段,迈向大运力、高频率发射的新纪元,商业航天的价值将得到进一步的凸显与实现。

本文将深入分析2024年民营火箭行业可能取得的商业化突破,包括运载能力、发射次数和发射价格,并逐一分析蓝箭航天、星际荣耀、深蓝航天、星河动力、中科宇航、天兵科技、东方空间(按成立时间排序)等主要火箭企业的发展动态。

但不可否认的是,中国民营火箭企业在当前发展阶段仍遇到一些问题,但笔者认为这些问题只是时间问题。近年来,中国民营企业在商业航天领域的活力与能力已充分展现,这足以让我们对未来充满信心,并保持耐心。

2023年7月12日9时整,中国酒泉卫星发射中心成功发射由蓝箭航天研制的朱雀二号液氧甲烷火箭,火箭按预定程序进入轨道,任务取得圆满成功。这是全球液氧甲烷火箭首次实现入轨。@视觉中国

01. 运力即是实力

去年3月,马斯克放言,全球超过80%的有效载荷将由SpaceX送入轨道。以去年12月的数据来看,这个目标基本实现。

不论是从现实市场需求出发,还是从大国频轨竞争的角度考虑,运载能力是火箭行业最关注的指标。有着大运力、高频次、低成本优势的SpaceX已经成为美国航天发展的主要力量。

相较之下,国内的民营火箭的运载能力还不够支持主流星座的高效组网工作。目前国内新一代高分遥感、低轨通信星座计划的单星重量多在200、300公斤以上。而已成功发射的双曲线一号、谷神星一号 500 公里太阳同步轨道运载能力在 300公斤以下,一箭只能发1颗,力箭一号、天龙二号、朱雀二号同等级运载能力为1.5吨左右,从重量看单次最多仅能发射6颗,不能支持集约高效的卫星组网。因此,这些火箭还基本只能发射验证星、微小卫星任务。

天龙二号

2024年,众多新亮相的火箭有望为组网卫星发射提供新能力。

首先,东方空间的引力一号,计划于1月发射,标准近地轨道(以下简称LEO)运载能力达到6.5吨,500 公里太阳同步轨道(以下简称SSO)运载能力为4.2吨,这一性能略逊于长征六号改和长征八号,处于业界公认的高效运力区间。东方空间曾表示引力一号的设计初衷就是为了实现“一箭一轨”或“一箭半轨”的发射任务,一旦成功,它有望成为支持未来卫星组网任务的主力火箭之一。

引力一号

紧接着,天兵科技的天龙三号,计划在24年6月首飞,其近地轨道(LEO)运载能力高达17吨,500 公里太阳同步轨道(SSO)运载能力14吨,展现出直指猎鹰9号的野心。液体火箭的确存在运力优化的过程,首飞时基本无法达到设计的最大运力参数,例如朱雀二号最初设计为4吨,目前实现运力是1.5吨,但天龙三号的首飞无论成功与否,都将为行业的中大型液体火箭进展开个好头。

天龙三号

此外,星河动力的智神星一号计划在年底发射,LEO运力为5吨。这一数值在众多液体火箭中不算大,延续了其较为稳健的产品风格。

未来三年,计划发射的大运力火箭还有蓝箭的朱雀三号(LEO21.3吨)、东方空间的引力二号(LEO15-20吨)、中科宇航的力箭二号(LEO12吨)等。运力的跨越式提升也意味着研制难度的大幅增加,这些火箭距离发射成功可能还有不少难题要解决,但可以预计,我国的商业火箭行业有望在三年内形成小型火箭+中型火箭+中大型火箭运力丰富的型谱。

02. 频次即是效率

其次,发射次数的增长是商业航天发展的关键指标。近两年,商业航天发射快速增长,2020年仅1次发射,2021年3次,2022年5次,2023年13次、接近国内发射总量的五分之一。预计2024年商业发射次数有望翻倍增长。

然而,稀缺的发射工位资源成为制约增长的主要因素。目前仅酒泉、东方航天港以及建设中的海南商业发射场可以支持商业航天火箭发射。

酒泉卫星发射中心在支持中小型商业航天火箭发射方面发挥了关键作用,但面向未来高频发射、更大尺寸火箭发射,并无优势。为了解决工位不足的问题,蓝箭航天在酒泉自建了发射工位。然而,对于深处内陆的酒泉而言,运输问题仍然是一个挑战,单次公路转运可能需要近10天的时间,而且随着液体火箭箭体直径超过4米,长途运输的难度将进一步增加。

蓝箭航天酒泉工位

东方航天港则在9月成功实现了谷神星一号的民营火箭海上发射,引力一号也计划在此首飞。如果一切顺利,东方航天港将具备支持从300公斤级(谷神星一号)到4吨级(引力一号)多种火箭海上发射的能力。近年来,东方航天港的发射能力快速扩充,泰瑞号、博润九州号、东方航天港号等多条船只可以使用。不过,东方航天港主要支持固体火箭的发射,尚未具备液体火箭的发射能力。

2023年9月5日17时34分,中国太原卫星发射中心在山东海阳及附近海域使用谷神星一号海射型运载火箭,将天启星座21星-24星共4颗卫星顺利送入预定轨道,发射任务获得圆满成功。 新华社(安迪摄)

海南国际商业航天发射中心被寄予厚望。根据工商注册信息,星河动力、天兵科技、星际荣耀、东方空间、中科宇航都在文昌注册了子公司,显示出在此发射的意愿。目前,专供长征八号发射的一号发射工位已经正式竣工,二号工位正在进行建设,天龙三号计划在此首飞。我们期待海南商发能够加快工位建设,并为商业航天企业提供更多的发射支持。

海南商发一号发射工位(2023年12月29日,无人机照片)图自新华社

03. 价格即是竞争力

最后,发射价格也是商业航天发展需要考虑的重要因素。基于公开信息,长光卫星批量采购了星河动力谷神星一号5发火箭、单发3155万元,采购了东方空间引力一号4发火箭、单发19500万元。

结合两种火箭各自的运载能力,可以算出谷神星一号每公斤载荷的价格约10.5万元(500km SSO)或8万元(LEO),引力一号的价格则是4.5万元(500kmSS0)或3万元(LEO)。需要指出的是,上述价格应当是卫星客户整箭、批量采购火箭发射的价格,这应当比单箭购买或拼车搭载更加优惠。也可以看出“大火箭”比“小火箭”便宜。

根据中科宇航官方口径,力箭一号的价格在约6-7万元人民币/公斤,蓝箭航天朱雀二号、天兵科技天龙二号尚未有公开价格信息。此外,各商业航天公司介绍未来计划开发的更大型运载火箭的单位运力价格,大都是以猎鹰九号作为技术样板。

国际商业航天中,除了SpaceX,其他商业航天火箭发射价格还很贵。SpaceX的报价是单发火箭6700万美元,按近地轨道22吨计算,LEO单位价格不到3000美元/kg(约2.1万人民币/kg)。美国另一家火箭公司RocketLab的电子号运载火箭,单箭750万美元300kg载荷,每公斤载荷发射要2.5万美元(约18万人民币/kg)。

可以看到,目前国内商业航天的发射价格并不高,如上述公开信息中引力一号最优价格已到3-4万元/公斤,随着各家后续更大运力的型号推出,其价格与猎鹰9号齐平并不是难题。更乐观地估计,依托于中国强大的制造业基础,未来国产大运力可回收火箭,很可能会比猎鹰9号可回收版更为经济。

04. 点兵:有困难的和可期待的

蓝箭航天

成立于2015年,是目前国内第一批成立的商业火箭公司中唯一还在从事轨道级运载火箭业务的公司,2023年高歌猛进,成功发射朱雀二号,成为全球首个成功入轨的液氧甲烷火箭。蓝箭航天的火箭厂房、试车台、发射工位等基础设施建设扎实,技术路线具有前瞻性。

难点是长期技术路径和短期盈利能力的权衡。正如上文所说,蓝箭朱雀二号1.5吨运力还不够承接未来3年主流大规模组网发射任务的订单。未来两年,在有限的资源约束下,是要并行研制朱雀二号改进版(4吨运力)、朱雀三号,还是做出技术型号上的取舍,这是他们需要解决的问题。

期待2024年,蓝箭能发挥自建厂房的优势,发射更多的朱雀二号。

星际荣耀

成立于2016年,2023年旗下的双曲线一号成功复飞,但激起的水花不大,毕竟类似型号中已有谷神星一号的稳定发挥。星际荣耀2023年的另一工作重点是双曲线二号垂直起降试验,此外,年底进行的JD-2发动机的热试车是其液体火箭双曲线三号的重要进展。

作为中国首个实现火箭成功入轨的民营火箭公司,目前星际荣耀的星光似乎略显暗淡。公司在2024年,甚至到2025年,都很可能只有300公斤运力的双曲线一号能提供发射服务,这很可能导致他们错过卫星发射市场的快速增长期。星际荣耀目前也积极投入可回收技术的研制,这是一张可能实现翻盘的牌,但预计在2年内实现还较难。

深蓝航天

成立于2016年。不同于主流的“先入轨、再回收”的技术路径,深蓝航天的路径是“先回收、再入轨”,这种路径像是专注于攻关技术的科研团队,容易忽略技术研制跟市场和应用的结合。2023年,深蓝航天一直在进行整机试车和星云-1号可回收着陆支腿等技术的研制,并计划2024年底将在海南商发开展火箭回收及入轨发射回收。

考虑星云-1号运载能力LEO为2吨,且回收需额外保存燃料,从而对运力有较大折损,基本可以认为星云-1号是为研制可回收技术而开发,并无太多实际的载荷发射能力。但星云-1号若是完成可回收技术的研发,也将是中国商业火箭领域的重大突破。

星河动力

成立于2018年。2023年,星河动力的发展可以说是稳、高、快。依托旗下谷神星一号的稳定发挥,星河动力算得上是真正完成了商业航天的运营闭环,实现了批量化生产、高密度发射、高质量交付。2024,期待智神星一号能够成功发射。

美中不足的是星河动力的火箭偏小。谷神星一号运载能力为300公斤,智神星一号立项较早,规划运载能力仅为5吨,和其他公司同期型号相比小一个量级,对应单箭收入体量也较小。但商业火箭作为一个另类的物流行业,既要大货车,也要面包车。因此,参考 Rocketlab, 预计星河动力靠着稳定发挥,也将在中国商业航天占据一席之地。

中科宇航

成立于2018年。2022年7月力箭一号首飞成功,2023年6月发射了力箭一号遥二,24年1月预计执行遥三任务。从1年1发到半年1发,发射频次正在缓慢起步。

力箭一号与捷龙三号比较相似,运载能力均为1.5吨左右。然而捷龙三号已经实现了海上便捷发射的模式,而力箭一号发射还需要从广东转运至酒泉,在产品类似的情况下整体流程更复杂,难有优势,还需抓紧研制更大的火箭型号突出价值。

天兵科技

成立于2019年。2023年天龙二号首飞成功,是我国首个成功入轨的民营液体火箭。天兵科技在验证其入轨能力后直接将精力投入研发运力更大的天龙三号。目前看来,天龙三号的研制进度较快,非常值得期待。

天龙三号作为一款提升十倍运力的新火箭,多级并联技术、增压输送技术等诸多技术难点需要克服,要切实实现其运载能力,可能还需一些时间。

东方空间

成立于2020年,旗下首款火箭引力一号计划在2024年1月份发射。引力一号具备4.2吨运力,是国内首个达到4吨级的民营火箭,商业应用价值高。

在技术上,引力一号是国内民商火箭中首个采用助推分离技术的,也是国内海上发射火箭中最大的,研制团队的思路显得较为清晰、创新,避免了在百公斤级和一吨级火箭重复造轮子。如果首飞成功,考虑其成本优势,大有后来居上的态势。若首飞不成,参考蓝箭复飞,则还需半年以上时间才能形成入轨能力。

小结

总的来说,2024年,国内民营火箭将有望形成更丰富的运力梯队(引力一号、天龙三号、智神星一号),更实质性服务于我国商业发射市场,进一步显现其在国家航天事业中的作用。

SpaceX用6年时间实现首款火箭发射,8年射成猎鹰9号,13年实现可回收,到现在研制星舰,每次都取得令人瞩目的突破。

我们需要承认,中国民营火箭企业们与SpaceX的水平仍存在巨大差距。但不用灰心的是,国内谷神星一号、天龙二号、引力一号等均在3年左右研制成功,存在一定后发优势。预计未来更大火箭和可回收技术的研制,国内民营火箭公司也能够取得更快的进展。

让我们一同祝愿中国商业航天2024大放异彩!

参考文章:7

天兵科技大型液体运载火箭天龙三号邀您一起见证首飞 https://mp.weixin.qq.com/s/DfG7QCxaMWj2TllXczSIag

新海南财经观察-2023中国(文昌)商业航天高峰论坛嘉宾:商业航天的未来是大直径液体火箭,海南优势独一无二 https://mp.weixin.qq.com/s/6uy6IxwubSs4mEeuLZI-QA

蓝箭航天可复用液氧甲烷火箭官宣,朱雀三号加速开启卫星互联网质变时代! https://mp.weixin.qq.com/s/qNSp-DPOY_H_rgbT5XYziQ

研制进展 | 力箭二号液体运载火箭(四):低温箭上动力系统联合调试试验取得圆满成功 https://mp.weixin.qq.com/s/EBl9EmXANGrS_v7fSu6t8Q

东方空间自研“原力-85”百吨级液氧煤油发动机半系统热试车圆满成功,https://mp.weixin.qq.com/s/GtolCiXqnVIAyyhrow-EeA

风云星闻 | 542天!一号发射工位竣工啦! https://mp.weixin.qq.com/s/53dp4PuUAVa31xjW5EjbKg

托举“力箭一号”的青年团队:平均30多岁 三年研制出我国迄今最大固体火箭 https://finance.sina.cn/2022-12-23/detail-imxxsets4348881.d.html

长光卫星, 8-3 补充法律意见书(二) https://static.sse.com.cn/stock/disclosure/announcement/c/202305/001358_20230517_AZIL.pdf

风云星闻|定了:明年在海南文昌试验火箭回收! https://mp.weixin.qq.com/s/FiSRXglKXJw3Qv07MesmCQ

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责任编辑:史岱君
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