【本刊觀察】 大型、重型和超重型 ——商業(yè)發(fā)射服務(wù)的未來是地月經(jīng)濟(jì)

2021年1月18日，美國維珍軌道公司的運(yùn)載器一號火箭成功地將9顆小衛(wèi)星送入地球軌道。

這次成功，意味著世界上如今已經(jīng)有7種商業(yè)化的小型運(yùn)載火箭實(shí)現(xiàn)了成功。同時(shí)，尚有一些小型運(yùn)載火箭正在研制當(dāng)中，市場似乎呈現(xiàn)出相當(dāng)繁榮的景象。但，這樣“繁榮的景象”背后的真相如何呢？

小型火箭的興起，與兩個(gè)因素密不可分：作戰(zhàn)快速響應(yīng)航天和微小衛(wèi)星。其中，微小衛(wèi)星并不一定需要主流的大型運(yùn)載火箭來發(fā)射，也因此而不一定需要使用主力發(fā)射工位和測控系統(tǒng)。使用小型運(yùn)載火箭，微小衛(wèi)星可以擁有更多地發(fā)射機(jī)會。作戰(zhàn)快速響應(yīng)航天則是美國為了滿足軍事C4ISR需求而提出的理念，試圖把航天支援從戰(zhàn)略級別下沉到戰(zhàn)術(shù)級別，為了滿足具體戰(zhàn)區(qū)的需求而快速發(fā)射衛(wèi)星、投入使用。

正是這兩個(gè)概念，使小型火箭一直處在市場邊緣。

作為發(fā)射服務(wù)的創(chuàng)業(yè)企業(yè)，把小型火箭作為進(jìn)入市場的第一個(gè)里程碑，是無可厚非的。畢竟，相當(dāng)多創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)依靠從體制內(nèi)走出的工程技術(shù)人員，需要一個(gè)型號來整合內(nèi)部運(yùn)行流程、驗(yàn)證管理機(jī)制和團(tuán)隊(duì)能力。但是也需要充分認(rèn)識到，小型火箭和小衛(wèi)星快速發(fā)射是一個(gè)邊緣化的市場，從長期來看，它無法支撐多家企業(yè)同時(shí)盈利。

首先，可以通過討論微小衛(wèi)星的發(fā)射服務(wù)市場來做一定的判斷。

隨著小衛(wèi)星平臺的標(biāo)準(zhǔn)化和搭載服務(wù)的不斷成熟，特別是主力大型運(yùn)載火箭發(fā)射頻率的提高，缺少發(fā)射機(jī)會正在逐步成為歷史。獵鷹九號在2020年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了26次發(fā)射，2020年底首飛成功的長征八號正在努力實(shí)現(xiàn)每年20到30次發(fā)射的服務(wù)能力，國內(nèi)的商業(yè)火箭企業(yè)北京中科宇航探索技術(shù)有限公司，瞄準(zhǔn)的也是這個(gè)頻繁飛行的方向。這樣的頻率已經(jīng)能夠覆蓋絕大多數(shù)小衛(wèi)星用戶的發(fā)射需求。

各類立方星的星箭接口和部署器正在逐步標(biāo)準(zhǔn)化，大型運(yùn)載火箭的“公交化”是很有希望實(shí)現(xiàn)的，在獵鷹九號1月25日剛剛完成的transport-1任務(wù)中，將143顆衛(wèi)星送入軌道。這就讓“拼車化”甚至“專車化”的小型運(yùn)載火箭市場進(jìn)一步被壓縮?？梢哉f，只有在一些時(shí)間敏感型的市場上，包括緊急補(bǔ)網(wǎng)發(fā)射、針對短暫自然現(xiàn)象的科學(xué)探索、為滿足時(shí)間節(jié)點(diǎn)需求的窄窗口發(fā)射等，小型火箭才能表現(xiàn)出比較強(qiáng)的競爭力。

獵鷹九號transport-1任務(wù)概況

ORS的需求則受到美國軍事政策的強(qiáng)烈影響。它提出的時(shí)候正值“反恐戰(zhàn)爭”高潮。近幾年，雖然美國國防部下屬的高級研究計(jì)劃局、航天發(fā)展局一直維持著對快速反應(yīng)小型火箭的投資，但是所投入的經(jīng)費(fèi)和需求前景都是非常有限的。

目前全球共有六家小型商業(yè)發(fā)射服務(wù)商已經(jīng)進(jìn)入正式運(yùn)營或試運(yùn)營，分別是美國的諾斯羅普-格魯曼公司創(chuàng)新部（“飛馬座”空射火箭）、維珍軌道公司（“發(fā)射器一號”空射火箭），中國的中國長征火箭有限公司（長征11和捷龍一號）、北京星際榮耀空間科技股份有限公司（雙曲線一號）、星河動(dòng)力（北京）空間科技有限公司（谷神星一號），新西蘭火箭實(shí)驗(yàn)室有限公司（“電子”火箭，有些媒體也把這家公司歸于美國）。另有一些企業(yè)正在火箭研制的過程當(dāng)中。這樣多的供應(yīng)商集中在一個(gè)前景有限的市場上，意味著很難取得足夠的營業(yè)收入和利潤，來支撐研發(fā)及產(chǎn)能擴(kuò)張。經(jīng)過一段時(shí)間的市場競爭，世界上很可能根據(jù)“ITAR之內(nèi)”和“ITAR之外”，形成兩個(gè)小型火箭市場，各自容納極少量企業(yè)。

一枚諾斯洛普·格魯門飛馬座 XL 火箭被安裝在一架 L-1011運(yùn)載火箭下面，這架火箭將在周四晚上從佛羅里達(dá)東海岸發(fā)射升空。

可以看出，發(fā)射服務(wù)創(chuàng)業(yè)者面臨著資金少、產(chǎn)能低的困境，用小型火箭來作為入門級業(yè)務(wù)，是具有合理性的。但這并不應(yīng)當(dāng)成為創(chuàng)業(yè)者們的最終目標(biāo)。用小型火箭來證明自己的能力、爭取資本的支持來開發(fā)大型、重型火箭，進(jìn)入主流市場，才是正確的考慮。

航天發(fā)射服務(wù)的市場，與整個(gè)商業(yè)航天市場的發(fā)展是分不開的。如今的商業(yè)航天市場以政府采購和消費(fèi)型衛(wèi)星服務(wù)為主要的最終需求，牽引著發(fā)射服務(wù)的發(fā)展。衛(wèi)星服務(wù)在地球軌道上開展，主要運(yùn)行在靜止軌道、傾斜同步軌道、中圓軌道、太陽同步軌道和低軌道上。其中又以靜止軌道、太陽同步軌道和低軌道的發(fā)射最為頻繁。

然而，這只是眼下的發(fā)射服務(wù)市場。具有前瞻性的商業(yè)航天人士已經(jīng)把目光投向了更加廣闊的空間，也就是：地月空間經(jīng)濟(jì)區(qū)。這為發(fā)射服務(wù)企業(yè)展現(xiàn)了全新的藍(lán)海市場。

早在2019年10月30日，中國航天科技集團(tuán)有限公司科技委主任包為民在2019年CALT論壇上發(fā)表報(bào)告時(shí)中表示，未來中國地月空間的經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值潛力巨大。中國必須發(fā)展出高可靠、低成本、航班化的進(jìn)出空間運(yùn)輸系統(tǒng)研究，力爭在2030年完成基礎(chǔ)問題研究，突破關(guān)系技術(shù)；在2040年建成高可靠、低成本、航班化的航天運(yùn)輸系統(tǒng)，到2050年左右建成地月空間經(jīng)濟(jì)區(qū)。

從陸地、空氣空間、海洋的產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史來看，人員頻繁往來和大宗貨物的運(yùn)輸，將極大地推動(dòng)這個(gè)具體空間內(nèi)的運(yùn)輸工具發(fā)展。人類在陸地上已經(jīng)生存了數(shù)十萬年，有據(jù)可查的輪式交通工具發(fā)展已經(jīng)超過5000年，至今依然方興未艾。

地月空間經(jīng)濟(jì)區(qū)的發(fā)展，空間太陽能電站、月球基地的建設(shè)和運(yùn)行，小行星礦產(chǎn)的開發(fā)，將成為發(fā)射服務(wù)的主要服務(wù)對象。

根據(jù)包為民院士的預(yù)測，2050年后地月空間經(jīng)濟(jì)的規(guī)模將達(dá)到10萬億美元以上。如果按照2019年發(fā)射服務(wù)業(yè)在航天產(chǎn)業(yè)中的產(chǎn)值占比（2.24%），2050年的發(fā)射服務(wù)市場收入將達(dá)到2235億美元以上。這里還沒有考慮到更復(fù)雜的業(yè)態(tài)，例如月球表面上升、小行星表面上升、空間擺渡等等。

僅僅考慮天基太陽能電站這一項(xiàng)內(nèi)容，部署在地球靜止軌道上的電站質(zhì)量達(dá)到萬噸級。我們假設(shè)地球同步轉(zhuǎn)移軌道和靜止軌道之間采用核動(dòng)力或者太陽能電推進(jìn)渡船來轉(zhuǎn)運(yùn)，那么使用獵鷹九號火箭，要發(fā)射1200次以上，才能把一萬噸載荷送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道；使用重型獵鷹火箭，要發(fā)射380次。按照獵鷹九號單次發(fā)射6200萬美元的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)天基太陽能電站創(chuàng)造的發(fā)射服務(wù)產(chǎn)值就將達(dá)到746億美元以上。超過了2010~2020年全球發(fā)射服務(wù)營收的總和。即使獵鷹九號發(fā)射價(jià)格能降低到2800萬美元的理想值，總發(fā)射服務(wù)產(chǎn)值也將達(dá)到337億美元。

中國已經(jīng)宣布，要在2060年達(dá)到碳中和。在具體的節(jié)能減排措施中，有很大可能包括天基太陽能。這就要求在2050年前后建成相當(dāng)數(shù)量和規(guī)模的天基太陽能電站。這對發(fā)射服務(wù)的需求非?，F(xiàn)實(shí)和緊迫，市場潛力也非常巨大。

當(dāng)今的小型火箭一般服務(wù)于太陽同步軌道和低軌道發(fā)射需求，有關(guān)企業(yè)給出的火箭指標(biāo)中，高度最大的是700千米太陽同步軌道，載荷能力在數(shù)百千克。要想服務(wù)于地月經(jīng)濟(jì)，必須有發(fā)射能力更強(qiáng)的火箭，要能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射從地球軌道去往月球軌道、小行星軌道的能力，載荷重量至少以噸計(jì)算，甚至要達(dá)到幾十噸。也就是說，必須研制大型（長征八號等級）、重型（長征五號或者重型獵鷹等級）甚至超重型火箭（長征九號等級），才能參與地月經(jīng)濟(jì)地開發(fā)。否則將在邊緣化市場上徘徊。而且，大型及以上運(yùn)載火箭的航班化，將為小衛(wèi)星搭載提供更頻繁、更低價(jià)的服務(wù)機(jī)會，蠶食甚至消滅小型火箭的市場空間。

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如果按照前文當(dāng)中的預(yù)測，發(fā)射服務(wù)企業(yè)還有20年的時(shí)間來研制服務(wù)于地月空間經(jīng)濟(jì)區(qū)的航天運(yùn)輸系統(tǒng)，從地球表面起飛的發(fā)射能力應(yīng)當(dāng)不小于長征八號運(yùn)載火箭。到目前為止，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大型和重型火箭飛行的商業(yè)航天企業(yè)只有美國的太空探索技術(shù)公司。提出想法的包括藍(lán)色起源公司（“新格倫”火箭）和北京中科宇航探索技術(shù)有限公司。后兩者的技術(shù)積累較為扎實(shí)，飛行時(shí)間表較為可信。在2030年前后即有較大可能進(jìn)入主力發(fā)射服務(wù)市場?？紤]到大型以上火箭的研制難度和周期。對其他企業(yè)來說，要在2040年前后進(jìn)入主流發(fā)射服務(wù)市場，時(shí)間已經(jīng)非常緊迫。

對資本來說，時(shí)間窗口可能更加狹窄。為了扶持一個(gè)能夠在2040年前后進(jìn)入商業(yè)發(fā)射服務(wù)前三甲的企業(yè)——至少是國內(nèi)前三甲——需要在近三年內(nèi)識別并且確認(rèn)有發(fā)展?jié)摿Φ膭?chuàng)業(yè)企業(yè)，加以扶持，依次完成各主要節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)日?；臉I(yè)務(wù)發(fā)射。同時(shí)，資本還有必要搭建更大范圍的地月經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)生態(tài)，為發(fā)射服務(wù)企業(yè)創(chuàng)造產(chǎn)能出口，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的自我維持和發(fā)展。而這，將是今后20年時(shí)間里，商業(yè)發(fā)射服務(wù)市場最重要的努力方向。