中国商业航天,“瞄准”SpaceX
2024-03-05 16:43:43
来源: 央视网
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中国商业航天,“瞄准”SpaceX

央视网消息(新闻联播):h视频播放器app   在气象学意义上,寒潮有严格的“门槛”。中央气象台副首席预报员杨舒楠介绍,寒潮天气过程是一种大规模的强冷空气活动过程。根据冷空气国家标准,使某地的日最低气温24小时内降温幅度≥8℃,或48小时内降温幅度≥10℃,或72小时内降温幅度≥12℃,而且使该地日最低气温≤4℃的冷空气活动为寒潮。不过,因各地受地理环境和气候条件影响,寒潮标准也会有所不同。。

  商业航天竞速:中国企业“瞄准”SpaceX

  中国新闻周刊记者/周游

  发于2024.3.4总第1130期《中国新闻周刊》杂志

  试想在海边,打开手机推送,看着上面实时播报的当地紫外线强度、海温高低、海岸风浪等级等信息,来决定今天要不要做日光浴。这样的场景已不是幻想。不远的未来,婺源哪里开着油菜花,香山哪一棵树的叶子红了,诸如此类的信息都能通过手机端直连卫星的App来获得。

  这类服务得益于低轨卫星互联网上的遥感卫星。2月3日,来自吉利未来出行星座的11颗卫星,搭载长征二号丙运载火箭进入预定轨道,组成了全球首个商用通信—导航—遥感一体星座的一部分,目前已有20颗卫星在轨。按吉利控股集团计划,该星座今年将完成一期72颗卫星的组网部署,实现全球实时数据通信服务。

  这还只是冰山一角。今年,来自国家卫星互联网建设计划“星网工程”的部分卫星即将陆续升空,最终计划在10年内形成拥有1.3万颗星的巨型星座。作为卫星的载体,火箭的发射为规模化组网发射做着积极准备。2023年,国内共完成67次火箭发射,仅次于美国,占全球火箭发射次数的30%,其中48发来自中国航天科技集团。与此同时,民营商业航天异军突起,占据13发,商发数量、发射份额、发射成功率等都创下历史新高。

  商业航天迎来增速的同时,中国企业与美国太空探索技术公司(Space X)的差距并未被忽视。国际宇航科学院院士、中国遥感委员会主席顾行发告诉《中国新闻周刊》,SpaceX在全球商业航天领域开启了低轨卫星互联网的国际竞争局面,其在高效、低成本的海量卫星星座建设、配套业务及市场规模方面依然领跑全球。未来中国需要进一步实现通信—导航—遥感一体化,以及卫星服务的大面积用户覆盖。“商业航天不是基础设施的商业化,而是服务的商业化。”

  “卷”出成本更低的大火箭

  在北京亦庄,以荣华南路为核心,西起地泽路东至宏达中路的一片区域,素有“火箭一条街”之称。该区域半径不到两公里,却坐落着中国市场估值最高的几家民营火箭企业。如果以成功发射入轨为指标,截至去年,国内已有5家商业火箭公司达标,分别是星际荣耀、星河动力、蓝箭航天、天兵科技、中科宇航。

2024年1月19日,蓝箭航天自主研发的可重复使用垂直起降回收验证火箭在中国酒泉卫星发射中心点火升空,验证朱雀三号大型液氧甲烷可重复使用火箭的一子级垂直返回关键技术。图/中新

  今年1月11日,“引力一号”遥一商业运载火箭在山东海阳附近海域试飞成功,将搭载的3颗云遥一号气象卫星送入预定轨道。该箭由商业火箭公司东方空间自主研制,创造了全球起飞推力最大固体运载火箭、世界首型全固体捆绑运载火箭等多项纪录。如今,东方空间靠“引力一号”成功跻身第6家达标企业,同排行榜上的几位行业前辈在火箭一条街上“论箭”。

  “除了蓝箭航天的CEO张昌武是投资人出身,其他几位和我一样都是国家队出身。”对《中国新闻周刊》谈起竞争对手时,布向伟显得了如指掌。他是东方空间联合创始人兼联席CEO、“引力一号”总设计师兼总指挥。2010年硕士毕业后,他进入了中国航天科技集团有限公司第一研究院(以下简称“航天一院”)工作,曾参与长征十一号运载火箭的研制。2020年,其与几位创始人联合成立了东方空间。

  北京星河动力航天科技股份有限公司(以下简称“星河动力”)董事长刘百奇也在航天一院工作过7年。他告诉《中国新闻周刊》,离开国家队来商业“拓荒”可以称作是时代的召唤。他在2018年创建星河动力时,国家对商业航天已多有支持。2014年,国务院出台《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》,首次打破民间资本参与商业航天的政策门槛。2015年,国家发改委等部门联合发布《国家民用空间基础设施中长期发展规划》,明确鼓励民营企业发展商业航天,此后中国航天开始由政府主导向市场推动转变,这一年也被称为中国商业航天元年。蓝箭航天、星际荣耀等第一批商业航天企业都在这一时期成立。

  2020年6月,东方空间成立。三年里,其“卷”出了全球最大固体运载火箭。“引力一号”研制团队共开展了23项大型地面试验,超过1450次试验迭代,其中大部分都在2023年内完成。布向伟称,2023年自己出差的时间加起来超过190天,这个数字还远远比不上一些员工。

  布向伟回忆,不仅实验需要现场盯,每一次实验发现故障后,都要连夜排故,遍历此前生产的所有环节。“引力一号”自控动力系统试车时,所有的产品都准备好了,在北京测试时没问题,一到海阳发射场的试车台上做点火测试,就发现气密性未达标,这是致命的故障。试车台是流水线式的,团队面临着3~5天之后产品要撤出的压力,因为要换其他企业的产品做测试,所以必须在一天之内把故障解决,包括把产品拿回生产厂家去拆解返工。

  “卷”似乎成了一种通用的技术迭代模式。布向伟表示,2023年9月底,“引力一号”进入东方航天港后,一直在为发射做准备,主要涉及火箭的总装和合练。合练就是让火箭和发射场的相关设施、包括发射台进行匹配演练。多次合练期间还穿插发射台底部防热等测试工作,进行了多项小技术的快速迭代,从而利用有限的时间和资源将故障风险降到最小。

  “卷”的过程中也涌现出不少业内共有的问题。目前,企业做产品测试几乎都是各地跑的模式。市场上有很多专业机构,提供振动实验、发动机试车等环节的测试,企业必须选择有资质的机构,让专业人员进行操作。各地的实验设施不一样,例如火箭的静力加载实验,工位不一定能排上,加载能力也不一定适配自家火箭,所以只能反复挑地方。

  好在国家队的实验资源开放程度很高,民营企业都能去国家队的实验场地做实验。在布向伟看来,商业航天要做的是把一些国家队的成熟技术低成本化。这一过程存在巨大的创新空间。企业要改变国家队固有的协作配套模式,改变火箭用材和工艺等,追求全机械化的全流程操作,降低成本的同时提高可靠性。商业航天特有的快速迭代、开放性和高效管理理念也将反哺国家队。国家队承载了基础研究、国际竞争等任务,而满足市场用户需求是商业航天的第一要务。

  国际宇航空间运输委员会副主席杨宇光表示,商业航天在整体规模尚小且缺乏经验的情况下,会依赖国家技术和人才的外溢。比如2023年4月,天兵科技发射的“天龙二号”遥一液氧煤油火箭实现了中国液体火箭的成功首飞,其使用了航天六院研制的液发-102发动机。顾行发认为,国家队成员创办民营企业后,市场机制的引入倒逼创新,形成稳步系统发展的国家队和低成本高风险的商业队,二者协同发展,共同降本增效。

  目前,业内公认,要实现降本增效,企业必须完全或部分走可复用液体大火箭的道路。可复用面临的既有基础科学问题,也有工程技术问题。例如,去年送SpaceX的新型运载火箭“星舰”上天的第二代“猛禽”液氧甲烷发动机,仅1.3米喷口直径能提供200吨级推力。蓝箭航天自研的“天鹊-12” 一级火箭发动机是国内唯一投入使用的液氧甲烷发动机,去年7月送“朱雀二号”上天,其喷口直径1.5米,推力为80吨级。越小的喷口和越大的单机推力意味着能够并联更多发动机、以更经济方式获得更大推力。

  布向伟认为,国内可以退而求其次,放弃一定的推力面积比,先实现液体箭的回收,然后通过产品快速迭代实现具体指标的赶超。这也是东方空间在研的“引力二号”液氧煤油火箭未来要走的道路。今年1月,东方空间完成近6亿元B轮融资,用于其自研的“原力-85”百吨级液氧煤油发动机研发与生产工作,加速“引力二号”的研制。

  即使死抠技术细节,火箭发射失败也是兵家常事。星际荣耀的“双曲线一号”在2019年首飞成功后,接连经历了三次复飞失败,箭上卫星全部损失。2023年,星河动力共有7次火箭发射记录,为当年民营企业之首。其中, “谷神星一号”遥十一箭发射失利。此次失利后23天完成错误归零,75天完成复飞。刘百奇称,此前,业内普遍有着发射务必成功的压力,如今,业内外对成败的看法趋于理性,人们认识到一些偶发的失利是难免要交的学费。这使得企业失利后能客观迅速地寻找原因,保持敢打敢冲的劲头。

2023年12月10日,星际荣耀公司研制的双曲线二号可重复使用液氧甲烷验证火箭在中国酒泉卫星发射中心圆满完成第二次飞行试验任务,这是中国民营航天首次实现火箭复用飞行。图/中新

  顾行发认为,在市场和政策的加持下,目前国内商业航天已经进入了快速发展阶段,形成了既有独立自主创新又和国际接轨的完整产业链,不存在某一个环节卡脖子的情况。资深航天技术学者黄志澄向《中国新闻周刊》表示,中国商业航天的起步阶段已于2023年结束,今年开始步入成长阶段。

  北京微纳星空科技有限公司创始人、董事长兼总经理高恩宇是卫星从业者,对这一阶段转变深有感触。他告诉《中国新闻周刊》,去年商业航天首次被中央经济工作会议“点名”后,许多航天人都在朋友圈刷屏庆祝。从“元年”算起,中国商业航天迈入了第九个年头,已经不能再用“拓荒”去形容行业生态了。大部分企业都有了相对成熟的技术方向,接下来的主要任务是实践落地,引入更多技术创新、降本增效、开拓市场。

  “引力一号”只是打响了2024年商业航天发射的第一枪,各企业今年计划中的发射任务不胜枚举。天兵科技的“天龙三号”被认为是国内首型“猎鹰9号”级别的可复用液体火箭,计划年中首飞,如果成功将大大拉近和SpaceX的距离。各大头部企业在下半年都有发射计划。多位受访者表示,除了首发箭,现役火箭发射密度也将继续增加,全年发射次数大概率将再破纪录。

  下游应用的万亿市场

  布向伟表示,国内商业航天在2020年时已有了不少从业者,业内公认行业已初具规模。在此之前,SpaceX的“猎鹰9号”液氧煤油火箭已于2016年实现回收复用,星际荣耀的“双曲线一号”作为国内首枚成功入轨的商业运载火箭已于2019年飞成,这意味着“这件事能做”,接下来就该探索商业模式了。

  目前,公认的商业航天产业链可简单分为上游制造、中游发射、下游应用与运营。卫星在空中组网,提供大量数据,实现信号的全球覆盖,构建卫星互联网,是当前商业航天最清晰可见的盈利场景。其中,低轨卫星因为绕行周期短、近地面等特征,能够实现数据的快速获取和传输,受到各国重视。SpaceX于2015年公布“星链计划”,计划到2027年前将4.2万颗卫星送入低轨,目前,已经布局了超过5200颗,在全球低轨卫星总量中占比超过50%,组成了人类有史以来规模最大的卫星星座。今年1月,工信部等7部门印发《关于推动未来产业创新发展的实施意见》,将布局6G、卫星互联网、手机直连卫星等关键技术纳入新型数字基础设施。

  高恩宇曾就职于航天一院和航天五院,于2017年创立微纳星空。他回忆,那时市场上已有了一些卫星公司,但自己这样科班出身的前国家队成员还是比较稀缺,所依仗的优势资源只有自己手里的技术和经验。新组建的公司面临着缺钱、少成功案例、没订单的挑战,需要面对“一颗卫星的研发费用得几百万,而公司第一轮才融了1000万”的窘境,钱都得掰手指头花。

中科宇航的太空旅游飞行返回舱模型。图/中新

  微纳星空的脱困方案是缓慢迭代滚雪球。在高恩宇看来,许多前国家队创始人都知道技术路线应该怎么做,在前期资金没有那么充足的情况下,只能从小做起,接10公斤左右小卫星的制造任务。经过不断技术迭代,如今微纳星空研制的主流卫星产品达到500公斤级。

  “双曲线一号”首飞成功后,星际荣耀估值从8亿元跃升至12亿元。布向伟表示,商业火箭公司早期的融资额一般在千万元量级。东方空间的首笔融资为5000万,可见2020年资本相较5年前更愿意向商业航天倾斜。虽然目前国内火箭企业还在追逐盈利拐点,但事实证明商业航天模式可以盈利。去年11月,SpaceX首席执行官埃隆·马斯克在社交平台X上称,当年第一季度SpaceX营业收入为15亿美元,首次实现盈利。马斯克同时预计,“星链”将很快实现正向现金流,并成为SpaceX最大的收入板块。

  2020年,中国向联合国下属的国际电信联盟(ITU)提交了星座频谱申请,计划发射约1.3万颗低轨卫星,代号GW。2021年,中国卫星网络集团有限公司成立,负责统筹规划GW卫星互联网领域的发展,次年“星网工程”正式立项。除此之外,由上海市政府主导、业内称为“中国版星链”的G60星座,计划发射约1.2万颗低轨卫星。2023年7月,隶属国家队的长征二号丙运载火箭将一颗GW试验卫星成功送入轨道。同年12月,G60首颗商业卫星在上海格思航天卫星数字工厂下线。

  顾行发向《中国新闻周刊》介绍,卫星应用有三大板块:一是卫星导航和定位,已在生活中广泛应用。二是卫星通信,GW与G60卫星都是通信卫星,“星网工程”建设成熟后,海洋和山区等基站难以触及的地区也能实现通信互联。2023年8月,华为发布新款Mate60 Pro手机,可支持卫星通话。同年10月,SpaceX推出了“星链”直连手机业务。卫星通信很快将惠及大众。三是卫星遥感,天气预报、国土资源调查、地图测绘等,都需求大量遥感数据,但这部分应用还有待进一步挖掘。

  在刘百奇看来,卫星应用的发展代表着继政策和资本之后,商业航天发展的第三个推动因素已然成熟,也就是市场需求。布向伟称,SpaceX发布“星链计划”后,空间轨道和卫星频段成为必须抢占的资源,这意味着卫星的运载火箭和发射场成为核心需求。杨宇光对《中国新闻周刊》称,中国商业航天发展已具备充分条件,即既有了技术可行性,同时,下游应用领域也有了大规模需求。

  刘百奇简单算了算账,假设国家发射1万颗卫星,低轨通信卫星目前国内平均造价算3000万元,硬件投入已超千亿元。以业内经验性的“10倍理论”来看,卫星形成的应用市场规模通常是硬件投入的10倍以上,因此下游应用可以轻松实现“万亿级市场规模”。艾媒咨询2022年3月发布的《中国商业航天产业发展趋势专题研究报告》预计,中国商业航天产业规模在2024年将突破2.3万亿元。2023年2月,泰伯智库发布《中国商业航天产业研究报告》称,到2025年这一数字将达2.8万亿元。

  目前,市场空间未能得到充分释放。顾行发举例称,美国民用遥感数据已没有地面分辨率限制,谷歌地图常用的分辨率为0.27米,最高第22级低于0.07米。而国内民用遥感卫星分辨率限制在0.5米,数据共享等各方面的政策还不完善。因此,在切实维护国家安全的前提下,需建立衔接市场的政策措施。高恩宇认为,考虑到目前商业航天供应链薄弱,上下游供应和服务商仍然以体制内企业为主,数量有限且未得到充分竞争,可以给民用数据一个明确的市场份额定量,逐步放开遥感卫星分辨率限制。

  “卫星数据向服务的转化还是弱项。”顾行发说。他将现在的产业链规模形容为一个哑铃,两头分别是上游制造和下游应用,中间的服务转化薄弱,限制了下游应用的发展。现在商业航天出圈的更多是火箭、发射台和卫星,这说明发展所需的原料有了,但要完全发挥其商业价值,在以火箭、卫星为代表的基础产业链形成的同时,还应同步构建卫星数据普及等信息增值服务产业链,释放下游市场空间,将哑铃状变为喇叭状。

  “别叫我‘中国马斯克’”

  商业航天的“内卷”很大程度上是在追逐需求的步伐。布向伟称,业内认为2026年国内将迎来卫星的高密度发射。对商业航天企业来说,能不能在这一时间点拿出运载能力更强、成本更低的火箭,是最大的考验。因此,各大火箭企业目前都有一种考前“赶作业”的感觉。如果不“卷”,将来在市场上就没有立足之地。

  位于上海松江的G60产业基地计划在2024年发射并运行至少108颗卫星,提供初步的商业服务,到2027年建成一个参与全球竞争的完整产业链,基地产能为300颗卫星/年。作为“星链”的竞品,G60卫星总数达1.2万颗,覆盖全球的宽带网络需求。加上GW,10年内中国总共要送超过2.5万颗卫星上天,最终形成中国自己的卫星互联网完全体。从已经上天的卫星数量来看,“星网工程”落后于“星链”。

  此外,根据ITU规定,卫星频率及轨道按照申报顺序获得优先使用权,也就是先到先得。SpaceX已经申请了4.2万颗卫星,据ITU官网数据,地球低轨卫星总容量约6万颗,目前各国申报数量已超7万颗。申报后也非一劳永逸,如果没有在规定时间内完成发射数量要求,则将被视为放弃轨道使用权。也就是说,“星网工程”要实现未来10年内的完全部署,平均每年要至少发射1300颗卫星。多位受访者表示,国内目前的发射能力还有较大差距。

  为加快推进“星网工程”,海南商业卫星发射场建设于2022年7月开工,这是中国继酒泉、太原、西昌和文昌后建设的第五个发射场,也是全国首个商业航天发射场。目前,一号发射工位已竣工,2024年上半年,海南商业卫星发射场将完成火箭的首次发射,有望在年内实现常态化发射。全部建成后其将具备一年32发的能力。刘百奇指出,如果瞄准未来发射需求,当前的发射容量是不足的,但现在的发射量还没有崛起。发射量和发射需求是同步发展的,未来发射容量不会成为发展的限制因素。

  其他方面的差距也要正视。高恩宇表示,国内商业航天虽然发展迅猛,但SpaceX动作更快。以液体可复用火箭为例,国内目前成功入轨的箭型还都是一次性消费品,而“猎鹰9号”在2022年全年61次发射与回收中就达到了100%成功率。目前,国内可复用火箭技术还处在初级阶段。2023年12月,星际荣耀的“双曲线二号”验证火箭在中国酒泉卫星发射中心进行了第二次飞行试验,成功完成一个高度340米的“蚱蜢跳”。蓝箭航天的“朱雀三号”VTVL-1可重复使用垂直起降回收火箭也于今年1月完成类似验证。

  刘百奇用水杯当作箭体演示了回收验证过程。“蚱蜢跳”是验证的第一阶段,指火箭垂直起降,例如目前国内做的百米级垂直起降实验,过程中火箭发动机一直开着,比较缓慢地升空再落地,就像握住手里的水杯让它来回垂直移动一样。第二阶段还是垂直起降,但要打得比较高,就如同把手里的杯子往上抛出去很高,然后再想办法接住它。第三阶段则是完全模拟火箭出入大气层再返回的过程。国内目前还在“手不能离开杯子”的阶段,距离最终目标至少还有两年。而“猎鹰9号”在2016年就完成了第三阶段,这是最明显的差距。在可复用这样的核心关键技术领域,国内与SpaceX的差距可达10年。

  布向伟指出,SpaceX在其他企业还没有形成能力的时候,已经跑得很远。“星舰”液体燃料箱的薄壁结构设计水平很高,质量系数可以达到4%~6%,国内常规的质量系数为7%,别看就1%,能省下好几吨辎重。杨宇光认为,在降本增效、规模化生产的探索道路上,起决定性作用的还是国家整体的科技与工艺水平。“星舰”采用304不锈钢铸箭体,材料每个国家都有,但能够用如此便宜的材料造出如此巨大且强度过关的整箭,说明SpaceX已经具备了较强的设计加工能力。

  此外,商业航天的盈利模式还有待进一步研究。黄志澄表示,中国较有实力的民营企业,对开发太空和商业航天领域的投资仍然持观望态度。全球范围内,现在还没有一家民营商业航天企业上市。上市困难意味着盈利困难。SpaceX盈利主要的原因还是有了“星链”的反哺,这也体现了商业闭环的重要性。

  作为北京市政协委员,刘百奇今年撰写了一份《关于加大对商业航天企业上市融资支持力度的提案》。他表示,要求航天企业这样一个高技术、高投入、高风险、高回报、长周期的行业在短时间形成盈利,才能登陆资本市场,将不利于行业快速发展。企业上市是解决资金问题的有效途径,因此他在提案中呼吁,希望政府进一步出台支持商业航天企业上市的政策。

  多位受访者称,尽管中国航天对标SpaceX有诸多不足,但也有潜在优势。中国航天拥有多年积累和完整体系,涉及运载火箭、空间站、环登月、卫星互联网等多领域。而SpaceX受制于美国航空航天局(NASA)的订单,很难做到各方面均衡发展。黄志澄指出,虽然中国没有SpaceX这样一骑绝尘的头部企业,但受益于大量企业和积极配合的地方政府,可能演化出独有的发展道路。在他看来,商业航天的参与者有国家队和商业队,需要更高层级的部门来统筹二者的协调融合。

  2月3日,北京商业航天产业高质量发展大会在亦庄举办,提出到2028年将在亦庄形成商业航天500亿级产业集群。大会正式发布了“北京火箭大街共性科研生产基地项目”,将于今年4月开建,2025年正式投入使用。黄志澄称,从江湖人称的“火箭一条街”到名副其实的“北京火箭大街”,中国走得很快。

  SpaceX在北京时间2月16日又进行了一项“星链”任务,这次任务将22颗低轨互联网卫星送入了轨道,包含24小时内的三次发射,其中一次是“猎鹰9号”型火箭的第300次飞行。它的一级火箭于发射后8分钟返回地球,垂直着陆在太平洋一艘无人船上。这艘船名字叫“当然我依旧爱你”,取材于英国著名作家伊恩·班克斯的“文明”系列科幻作品中的名作《游戏玩家》,书中高级文明的一艘舰船便叫这个名字。

  搭载“引力一号”完成海上发射任务的发射船名叫“东方航天港号”。在被问及为什么发射船名如此“直给”时,布向伟笑了。他表示,目前国内各企业的首要目标还是活下去,哪怕是有成果的企业创始人也不愿意讨论谁会成为中国的马斯克,因为SpaceX模式只能对标,不能模仿,企业要探索各自的生存之道。“别叫我‘中国马斯克’,那不是赞美。”布向伟摆摆手说。

  《中国新闻周刊》2024年第8期

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