每日经济 2024-12-25
今年11月中旬,美国SpaceX公司成功进行第六次星舰(Starship)发射。此次试飞的目标之一是让巨大的“超重型”助推器像10月份的第五次试飞那样,通过一对机械“筷子”夹住,迅速返回其发射时的塔架原位。但在飞行几分钟以及发出初步的“捕捉”指令后,SpaceX又更新了指令,决定跳过这一复杂的返回操作,而是让助推器直接溅落在了墨西哥湾。过程中,“星舰”成功实现了此次测试飞行的一个重要目标。大约飞行了35分钟时,一台猛禽火箭发动机首次在太空失重真空环境下成功点燃。这是“星舰”未来进行轨道飞行的一个关键步骤,因为它证明“星舰”有能力从轨道上减速脱轨并被带回地球,而不会变成失控的超大型太空垃圾。与之前的测试飞行一样,此次试飞中,“星舰”并没有进入轨道,而是按照设计沿亚轨道路径飞行。重新进入地球大气层后,飞行器上的襟翼开始发挥作用,首先引导飞行器进行俯冲。接着,在火箭发动机的帮助下,襟翼又将飞行器引导回类似垂直的姿态。最终,在发射约一小时后,“星舰”成功落入印度洋。据了解,美国联邦航空管理局(FAA)日前正式向SpaceX公司发放了星舰超重型火箭第七次试飞的发射许可,为其从南得克萨斯州进行下一次发射扫清了障碍。此次试飞最有可能在明年1月初或中旬进行。
无独有偶的是,12月16日18时00分,我国在文昌航天发射场使用长征五号乙运载火箭/远征二号上面级,成功将卫星互联网低轨01组卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。此前,8月6日、10月15日和12月5日,我国“千帆星座”分别发射3组卫星。
今年以来,中国的太空卫星发射事业也取得了一系列的进展。2月,“中国移动01星”和“星核”验证星成功发射入轨;5月,上海蓝箭鸿擎科技向ITU提交了包含1万颗卫星的“鸿鹄三号”卫星星座申请备案;6月,银河航天在泰国建成基于低轨宽带卫星互联网星座“小蜘蛛网”的地面试验站;8月,上海垣信“千帆星座”首批组网卫星以“一箭18星”的方式发射入轨;9月,时空道宇“一箭10星”将吉利星座03组卫星发射入轨……在商业航天公司与地面运营商的共同努力下,中国卫星互联网领域呈现出一派欣欣向荣的美好景象。
面对“星舰”几次的成功发射,《观察者网》等媒体在承认美国技术先进性的同时,认为中国自身的火箭发射技术在诸如可回收方面也取得了一系列的明显进展,赶上甚至超越SpaceX只是一个时间问题。对此,安邦智库(ANBOUND)研究人员认为,中国的太空发射技术固然取得了一系列长足进步,但是和美国之间的差距恐怕没那么容易弭平,中国的星辰征途依然是“艰路漫漫”。
首先,从技术和成本角度,中国与西方尤其是美国之间的差距依然不容忽视。就技术方面来看,在“2024卫星互联网技术与产业发展论坛”上,与会专家表示,中国高轨卫星与欧美相比有10年的差距,而低轨卫星则刚刚起步。在高轨方面,虽然中国发射了天通一号、中星、亚太等系列卫星,但是卫星制造成本较高,总体建设进度滞后;在低轨方面,中国在卫星运载能力、在轨处理能力等方面存在短板,限制了卫星的发射以及对卫星互联网的整体布局。
就成本方面来看,资料显示:目前国内星河动力谷神星一号、东方空间引力一号、中科宇航力箭一号批量采购的单位价格分别为8万元/kg、3万元/kg、6万元/kg。在国际市场,SpaceX目前单发火箭发射价格为6700万美元,其每千克发射价格折合人民币为2.1万/kg,而这还只是SpaceX的零售价,批量采购的价格会更低。
SpaceX在价格上形成高位打压,其原因在于猎鹰9号的独特设计理念和技术路线。马斯克强调过,可重复使用是未来太空技术发展的关键,它必不可少,SpaceX需要火箭的可重用性,就像汽车、飞机、自行车的可重用性一样。在马斯克眼中,火箭不是无尘车间内匠心打造的手工艺术品,而应该是结实并能反复使用的工业产品。
航空器材不同于普通器材,其重复使用的实现只能依赖于安邦创始人陈功提出的“系统制造”,而SpaceX成功做到了这一点,猎鹰9号箭体采用可重复使用的推进器及回收技术。有数据显示:如果第一级火箭推进器实现回收并重复使用,就能将火箭发射成本降低70%,如果第一级第二级火箭推进器实现回收和重复使用,其发射成本只有不可回收火箭的10%。目前最新的猎鹰9号Block 5型火箭可以做到重复发射10次才需要进行必要的检查和部件更换,而整个箭体寿命更是达到重复发射100次。
目前在国内民营火箭公司中,只有蓝箭航天旗下的“朱雀三号VTVL-1”在今年9月份实现了可重复使用垂直起降回收,而这只是技术验证和实验,距大规模商业应用还较远。除此之外,中科宇航、东方空间、天兵科技、星际荣耀等公司虽有可重复火箭计划,但其首飞实验时间均定于2025年之后,在进度上,落后SpaceX至少十年以上。技术上的滞后导致成本降不下来,这是国产民营商业火箭公司的困局。
其次,后续发射能力的建设推进恐未能如愿。近年来,中国也出台了建设低轨卫星互联网的宏伟计划,不仅是各省市地区出台发展政策的重要方向之一,也成为国内商业航天产业上下游发展的重要助力因素。不完全统计,可查询到的中国互联网星座计划累计数量已超过4万颗卫星。
以千帆星座为例,垣信卫星计划2024年完成108颗组网,2027年完成1296颗,2030年完成约15000颗星座建设。据媒体报道,目前千帆星座按一箭18星的方式发射,未来还将拓展一箭36星、54星的发射方式。以此计算,2024年108星组网,预计需要6发火箭完成; 2025年540颗组网,即使按照一箭36星发射,明年预计也需要15发火箭完成;2026-2027年,则累计需要发射18发火箭完成剩下的648颗组网;2028-2030年,更是每年需要发射84发火箭,以完成剩下的13000多颗卫星组网(2024年后,均按一箭36星计算)。2023年中国总计发射火箭67次,未来6年,仅千帆星座所需火箭发射就要近300次。
换算成载荷运力或许更能说明问题。相关信息显示,上海格思航天正在为“千帆星座”打造“星工场”。据IT之家报道,格思航天研发的可堆叠型平板卫星平台,每颗卫星重约300kg。到2030年完成15000颗卫星组网,6年时间,累计需要4500吨的发射运力,平均每年750吨。要知道,2023年中国累计发射载荷质量也不过150吨左右。对于更多更大运力火箭的需求,迫在眉睫,而现有的技术水平和生产能力可否满足则成疑问。
就火箭发射场的发射承载力而言,情况也未必乐观。以2023年为例,67次发射由四大发射场完成(包含商业公司发射设施),平均算下来,每个中心约16次发射任务。未来几年,如果在日常年度发射数量的基础上,加上中国卫星们的发射需求,每个发射场的任务数量可能要成倍增加。根据媒体报道,2024年,新建的海南文昌商业发射场将投入使用。已建成的两个液体工位具备每年32发火箭的能力(一号、二号工位规划能力各为每年发射16发 )。不过这也难以满足发射需求,而其中的二号工位还要适配19型火箭。
就卫星制造能力而言,过去几年,航天科技、航天科工等公司,在全国各地布局了多个卫星制造工厂。根据公开报道,每家工厂具备年产200颗到500颗不等的卫星制造能力。就算上述卫星工厂全都用于生产制造低轨卫星,每年最大生产能力为近2000颗,但这也难以满足未来10年数万颗的卫星制造需求。何况,除了低轨互联网卫星外,还有其他类型卫星制造需求。今年下半年,各级地方政府和企业都在进一步布局卫星产能。9月30日,格斯航天工厂项目正式在无锡市梁溪区启动建设,10月8日,上海市松江区人民政府正式印发《松江区商业航天和空间信息产业卫星互联网细分赛道高质量发展行动计划(2025-2027年)》。该文件提出,到2027年,全区商业卫星批量化制造能力达到300颗/年。但是,资金支持、市场客户、盈利收入等一系列问题都会继续困扰中国的卫星发展。
最后,最根本的差距或许还是在驱动机制上。曾几何时,美国的火箭发射市场也处于被垄断状态。在猎鹰9号火箭商业化之前,美国火箭发射市场被波音和洛克希德•马丁共同出资建立的“联合发射联盟”所垄断。数据显示:在高峰时,“联合发射联盟”占据美国火箭发射80%以上的市场份额。高度垄断带来的并不是效能的提升,反而是价格暴涨和效率降低。
以该联盟公司旗下的德尔塔IV火箭为例,发射一次地球同步轨道卫星的费用,德尔塔IV火箭需要超过4.5亿美元,而同样规格拿到中国,长征3号发射费用仅为6000万美元。而在单位发射成本上,中国长三乙单位价格为6400美元/kg,“德尔塔”单位价格直接翻倍,达到惊人的12800美元/kg。对NASA等美国客户来说,与费用相比,更为重要的是效率,德尔塔IV火箭从接单到发射需要等待30个月,而中国长征3号火箭发射的间隔只需要21天。依靠着中国国有企业的相对低成本和高效率,中国在火箭发射成本上一度占据优势。
但是,伴随着美国火箭发射领域的市场化改革,尤其是系统制造机制的逐渐成熟,这一情况逐步发生逆转。NASA等美国政府订单为SpaceX提供了维持生存、研发的必备资金,但是真正让其迅速发展的则是来自市场化的推动。据数据显示:2023年,SpaceX发射的2514颗卫星中,来自星链的卫星数量为1948颗,占比高达77.4%。目前星链在轨运行卫星达6426颗,其用户规模在今年9月份达到400万人,航天研究咨询机构Quilty Space预计,2024年,星链将实现66亿美元的营收,实现38亿美元的税前净利润。
星链的卫星网络和SpaceX的发射能力形成了一个正向的闭环增长:星链实现盈利,会覆盖更多地区,增大卫星发射数量,SpaceX就能持续不断的降低发射成本和赚取发射费用。这种循环一旦建立,SpaceX的发射成本将会越来越低。有资料显示,未来如果星舰实现全箭回收,其发射成本有望下探到1400元/kg,只有中国民营火箭发射成本的零头。
而在中国,商业性质的火箭发射和航空领域的民营资本则长期被认为是一种补充而非活动主体。虽然自2020年以来,中国开始逐步借鉴SpaceX的发展经验,卫星互联网被纳入国家“新基建”范畴。2021年中国卫星网络集团有限公司成立,负责统筹规划我国卫星互联网领域发展。面对逐步密集的发射需求,民营火箭厂商将不得不遵循“价低者得”的逻辑,这将迫使中国厂商集体转向,向着猎鹰9号的低成本、大载量、回收可重复使用的方向发展。但是,资金支持的可持续性,商业化应用模式的完善和潜力的有序培育及释放等方面依然面临着一系列挑战。
2023年,仅SpaceX一家,就完成了96次发射,将2514颗卫星送上轨道,而中国整个民营商业火箭发射总次数不及SpaceX零头,只有13次,而且绝大多数的发射都是实验性质,占中国全年发射比例还不到20%。虽然同比增长很迅猛,但是整体比例依然很低。需要看到的是,SpaceX的闭环模式正在逐步完善,这也意味着全球商业发射领域将会逐步被其垄断,留给中国企业的后续发展空间恐怕会很有限。
还需要看到的一点就是,借着今年“海伦娜”飓风导致佛罗里达州大批用户通信中断且无法恢复的契机,星链成功获得美国联邦通讯委员会的许可,使具有蜂窝直连功能的星链卫星能够为受灾地区的手机提供通讯服务。这也是星链手机直连业务在美大规模试用的成功实现。既有的研究已经指出,对于未来的移动通讯基建,基于卫星的移动通讯,相比基于地面基站的移动通讯,有着信号稳定,覆盖面广和成本相对低廉的明显优势,这也意味着在未来的全球通讯基建领域内的竞争,美国又开始逐步占据了优势,这会对中国通讯科技企业的全球扩展产生新的压力。
最终分析结论:
客观而言,中国的航空航天事业,尤其是民营航空事业的发展,在近几年有了长足的进步,也引发了长时段和巨额的投资热潮,发展前景也有着相当的乐观度。但是,比照美国的龙头企业,中国企业由于机制差异而造成的技术、成本劣势恐怕是长期的,需要综合性的改革和持续的投入才能够真正实现改观,中国的星辰征途依然是“艰路漫漫”。(ZC)