商業航太競速: 中國企業「瞄準」SpaceX

  試想在海邊,打開手機推送,看著上面即時播報的當地紫外線強度、海溫高低、海岸風浪等級等資訊,來決定今天要不要做日光浴。這樣的場景已不是幻想。不遠的未來,婺源哪里開著油菜花,香山哪一棵樹的葉子紅了,諸如此類的資訊都能通過手機端直連衛星的App來獲得。
  這類服務得益於低軌衛星互聯網上的遙感衛星。2月3日,來自吉利未來出行星座的11顆衛星,搭載長征二號丙運載火箭進入預定軌道,組成了全球首個商用通信—導航—遙感一體星座的一部分,目前已有20顆衛星在軌。按吉利控股集團計畫,該星座今年將完成一期72顆衛星的組網部署,實現全球即時數據通信服務。
  這還只是冰山一角。今年,來自國家衛星互聯網建設計畫「星網工程」的部分衛星即將陸續升空,最終計畫在10年內形成擁有1.3萬顆星的巨型星座。作為衛星的載體,火箭的發射為規模化組網發射做著積極準備。2023年,國內共完成67次火箭發射,僅次於美國,占全球火箭發射次數的30%,其中48發來自中國航太科技集團。與此同時,民營商業航太異軍突起,佔據13發,商發數量、發射份額、發射成功率等都創下歷史新高。
  商業航太迎來增速的同時,中國企業與美國太空探索技術公司(Space X)的差距並未被忽視。國際宇航科學院院士、中國遙感委員會主席顧行發告訴《中國新聞週刊》,SpaceX在全球商業航太領域開啟了低軌衛星互聯網的國際競爭局面,其在高效、低成本的海量衛星星座建設、配套業務及市場規模方面依然領跑全球。未來中國需要進一步實現通信—導航—遙感一體化,以及衛星服務的大面積用戶覆蓋。「商業航太不是基礎設施的商業化,而是服務的商業化。」
  「卷」出成本更低的大火箭
  在北京亦莊,以榮華南路為核心,西起地澤路東至宏達中路的一片區域,素有「火箭一條街」之稱。該區域半徑不到兩公里,卻坐落著中國市場估值最高的幾家民營火箭企業。如果以成功發射入軌為指標,截至去年,國內已有5家商業火箭公司達標,分別是星際榮耀、星河動力、藍箭航太、天兵科技、中科宇航。
  今年1月11日,「引力一號」遙一商業運載火箭在山東海陽附近海域試飛成功,將搭載的3顆雲遙一號氣象衛星送入預定軌道。該箭由商業火箭公司東方空間自主研製,創造了全球起飛推力最大固體運載火箭、世界首型全固體捆綁運載火箭等多項紀錄。如今,東方空間靠「引力一號」成功躋身第6家達標企業,同排行榜上的幾位行業前輩在火箭一條街上「論箭」。
  「除了藍箭航太的CEO張昌武是投資人出身,其他幾位和我一樣都是國家隊出身。」對《中國新聞週刊》談起競爭對手時,布向偉顯得瞭若指掌。他是東方空間聯合創始人兼聯席CEO、「引力一號」總設計師兼總指揮。2010年碩士畢業後,他進入了中國航太科技集團有限公司第一研究院(以下簡稱「航太一院」)工作,曾參與長征十一號運載火箭的研製。2020年,其與幾位創始人聯合成立了東方空間。
  北京星河動力航太科技股份有限公司(以下簡稱「星河動力」)董事長劉百奇也在航太一院工作過7年。他告訴《中國新聞週刊》,離開國家隊來商業「拓荒」可以稱作是時代的召喚。他在2018年創建星河動力時,國家對商業航太已多有支持。2014年,國務院出臺《關於創新重點領域投融資機制鼓勵社會投資的指導意見》,首次打破民間資本參與商業航太的政策門檻。2015年,國家發改委等部門聯合發佈《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃》,明確鼓勵民營企業發展商業航太,此後中國航太開始由政府主導向市場推動轉變,這一年也被稱為中國商業航太元年。藍箭航太、星際榮耀等第一批商業航太企業都在這一時期成立。
  2020年6月,東方空間成立。三年裏,其「卷」出了全球最大固體運載火箭。「引力一號」研製團隊共開展了23項大型地面試驗,超過1450次試驗迭代,其中大部分都在2023年內完成。布向偉稱,2023年自己出差的時間加起來超過190天,這個數字還遠遠比不上一些員工。
  布向偉回憶,不僅實驗需要現場盯,每一次實驗發現故障後,都要連夜排故,遍曆此前生產的所有環節。「引力一號」自控動力系統試車時,所有的產品都準備好了,在北京測試時沒問題,一到海陽發射場的試車臺上做點火測試,就發現氣密性未達標,這是致命的故障。試車臺是流水線式的,團隊面臨著3~5天之後產品要撤出的壓力,因為要換其他企業的產品做測試,所以必須在一天之內把故障解決,包括把產品拿回生產廠家去拆解返工。
  「卷」似乎成了一種通用的技術迭代模式。布向偉表示,2023年9月底,「引力一號」進入東方航太港後,一直在為發射做準備,主要涉及火箭的總裝和合練。合練就是讓火箭和發射場的相關設施、包括發射台進行匹配演練。多次合練期間還穿插發射台底部防熱等測試工作,進行了多項小技術的快速迭代,從而利用有限的時間和資源將故障風險降到最小。
  「卷」的過程中也湧現出不少業內共有的問題。目前,企業做產品測試幾乎都是各地跑的模式。市場上有很多專業機構,提供振動實驗、發動機試車等環節的測試,企業必須選擇有資質的機構,讓專業人員進行操作。各地的實驗設施不一樣,例如火箭的靜力加載實驗,工位不一定能排上,加載能力也不一定適配自家火箭,所以只能反復挑地方。
  好在國家隊的實驗資源開放程度很高,民營企業都能去國家隊的實驗場地做實驗。在布向偉看來,商業航太要做的是把一些國家隊的成熟技術低成本化。這一過程存在巨大的創新空間。企業要改變國家隊固有的協作配套模式,改變火箭用材和工藝等,追求全機械化的全流程操作,降低成本的同時提高可靠性。商業航太特有的快速迭代、開放性和高效管理理念也將反哺國家隊。國家隊承載了基礎研究、國際競爭等任務,而滿足市場用戶需求是商業航太的第一要務。
  國際宇航空間運輸委員會副主席楊宇光表示,商業航太在整體規模尚小且缺乏經驗的情況下,會依賴國家技術和人才的外溢。比如2023年4月,天兵科技發射的「天龍二號」遙一液氧煤油火箭實現了中國液體火箭的成功首飛,其使用了航太六院研製的液發-102發動機。顧行發認為,國家隊成員創辦民營企業後,市場機制的引入倒逼創新,形成穩步系統發展的國家隊和低成本高風險的商業隊,二者協同發展,共同降本增效。
  目前,業內公認,要實現降本增效,企業必須完全或部分走可複用液體大火箭的道路。可複用面臨的既有基礎科學問題,也有工程技術問題。例如,去年送SpaceX的新型運載火箭「星艦」上天的第二代「猛禽」液氧甲烷發動機,僅1.3米噴口直徑能提供200噸級推力。藍箭航太自研的「天鵲-12」一級火箭發動機是國內唯一投入使用的液氧甲烷發動機,去年7月送「朱雀二號」上天,其噴口直徑1.5米,推力為80噸級。越小的噴口和越大的單機推力意味著能夠並聯更多發動機、以更經濟方式獲得更大推力。
  布向偉認為,國內可以退而求其次,放棄一定的推力面積比,先實現液體箭的回收,然後通過產品快速迭代實現具體指標的趕超。這也是東方空間在研的「引力二號」液氧煤油火箭未來要走的道路。今年1月,東方空間完成近6億元B輪融資,用於其自研的「原力-85」百噸級液氧煤油發動機研發與生產工作,加速「引力二號」的研製。
  即使死摳技術細節,火箭發射失敗也是兵家常事。星際榮耀的「雙曲線一號」在2019年首飛成功後,接連經歷了三次複飛失敗,箭上衛星全部損失。2023年,星河動力共有7次火箭發射記錄,為當年民營企業之首。其中,「穀神星一號」遙十一箭發射失利。此次失利後23天完成錯誤歸零,75天完成複飛。劉百奇稱,此前,業內普遍有著發射務必成功的壓力,如今,業內外對成敗的看法趨於理性,人們認識到一些偶發的失利是難免要交的學費。這使得企業失利後能客觀迅速地尋找原因,保持敢打敢沖的勁頭。
  顧行發認為,在市場和政策的加持下,目前國內商業航太已經進入了快速發展階段,形成了既有獨立自主創新又和國際接軌的完整產業鏈,不存在某一個環節卡脖子的情況。資深航太技術學者黃志澄向《中國新聞週刊》表示,中國商業航太的起步階段已於2023年結束,今年開始步入成長階段。
  北京微納星空科技有限公司創始人、董事長兼總經理高恩宇是衛星從業者,對這一階段轉變深有感觸。他告訴《中國新聞週刊》,去年商業航太首次被中央經濟工作會議「點名」後,許多航太人都在朋友圈刷屏慶祝。從「元年」算起,中國商業航太邁入了第九個年頭,已經不能再用「拓荒」去形容行業生態了。大部分企業都有了相對成熟的技術方向,接下來的主要任務是實踐落地,引入更多技術創新、降本增效、開拓市場。
  「引力一號」只是打響了2024年商業航太發射的第一槍,各企業今年計畫中的發射任務不勝枚舉。天兵科技的「天龍三號」被認為是國內首型「獵鷹9號」級別的可複用液體火箭,計畫年中首飛,如果成功將大大拉近和SpaceX的距離。各大頭部企業在下半年都有發射計畫。多位受訪者表示,除了首發箭,現役火箭發射密度也將繼續增加,全年發射次數大概率將再破紀錄。
  下游應用的萬億市場
  布向偉表示,國內商業航太在2020年時已有了不少從業者,業內公認行業已初具規模。在此之前,SpaceX的「獵鷹9號」液氧煤油火箭已於2016年實現回收複用,星際榮耀的「雙曲線一號」作為國內首枚成功入軌的商業運載火箭已於2019年飛成,這意味著「這件事能做」,接下來就該探索商業模式了。
  目前,公認的商業航太產業鏈可簡單分為上游製造、中游發射、下游應用與運營。衛星在空中組網,提供大量數據,實現信號的全球覆蓋,構建衛星互聯網,是當前商業航太最清晰可見的盈利場景。其中,低軌衛星因為繞行週期短、近地面等特徵,能夠實現數據的快速獲取和傳輸,受到各國重視。SpaceX於2015年公佈「星鏈計畫」,計畫到2027年前將4.2萬顆衛星送入低軌,目前,已經佈局了超過5200顆,在全球低軌衛星總量中占比超過50%,組成了人類有史以來規模最大的衛星星座。今年1月,工信部等7部門印發《關於推動未來產業創新發展的實施意見》,將佈局6G、衛星互聯網、手機直連衛星等關鍵技術納入新型數字基礎設施。
  高恩宇曾就職於航太一院和航太五院,於2017年創立微納星空。他回憶,那時市場上已有了一些衛星公司,但自己這樣科班出身的前國家隊成員還是比較稀缺,所依仗的優勢資源只有自己手裏的技術和經驗。新組建的公司面臨著缺錢、少成功案例、沒訂單的挑戰,需要面對「一顆衛星的研發費用得幾百萬,而公司第一輪才融了1000萬」的窘境,錢都得掰手指頭花。
  微納星空的脫困方案是緩慢迭代滾雪球。在高恩宇看來,許多前國家隊創始人都知道技術路線應該怎麼做,在前期資金沒有那麼充足的情況下,只能從小做起,接10公斤左右小衛星的製造任務。經過不斷技術迭代,如今微納星空研製的主流衛星產品達到500公斤級。
  「雙曲線一號」首飛成功後,星際榮耀估值從8億元躍升至12億元。布向偉表示,商業火箭公司早期的融資額一般在千萬元量級。東方空間的首筆融資為5000萬,可見2020年資本相較5年前更願意向商業航太傾斜。雖然目前國內火箭企業還在追逐盈利拐點,但事實證明商業航太模式可以盈利。去年11月,SpaceX首席執行官埃隆·馬斯克在社交平臺X上稱,當年第一季度SpaceX營業收入為15億美元,首次實現盈利。馬斯克同時預計,「星鏈」將很快實現正向現金流,並成為SpaceX最大的收入板塊。
  2020年,中國向聯合國下屬的國際電信聯盟(ITU)提交了星座頻譜申請,計畫發射約1.3萬顆低軌衛星,代號GW。2021年,中國衛星網路集團有限公司成立,負責統籌規劃GW衛星互聯網領域的發展,次年「星網工程」正式立項。除此之外,由上海市政府主導、業內稱為「中國版星鏈」的G60星座,計畫發射約1.2萬顆低軌衛星。2023年7月,隸屬國家隊的長征二號丙運載火箭將一顆GW試驗衛星成功送入軌道。同年12月,G60首顆商業衛星在上海格思航太衛星數字工廠下線。
  顧行發向《中國新聞週刊》介紹,衛星應用有三大板塊:一是衛星導航和定位,已在生活中廣泛應用。二是衛星通信,GW與G60衛星都是通信衛星,「星網工程」建設成熟後,海洋和山區等基站難以觸及的地區也能實現通信互聯。2023年8月,華為發佈新款Mate60 Pro手機,可支持衛星通話。同年10月,SpaceX推出了「星鏈」直連手機業務。衛星通信很快將惠及大眾。三是衛星遙感,天氣預報、國土資源調查、地圖測繪等,都需求大量遙感數據,但這部分應用還有待進一步挖掘。
  在劉百奇看來,衛星應用的發展代表著繼政策和資本之後,商業航太發展的第三個推動因素已然成熟,也就是市場需求。布向偉稱,SpaceX發佈「星鏈計畫」後,空間軌道和衛星頻段成為必須搶佔的資源,這意味著衛星的運載火箭和發射場成為核心需求。楊宇光對《中國新聞週刊》稱,中國商業航太發展已具備充分條件,即既有了技術可行性,同時,下游應用領域也有了大規模需求。
  劉百奇簡單算了算賬,假設國家發射1萬顆衛星,低軌通信衛星目前國內平均造價算3000萬元,硬體投入已超千億元。以業內經驗性的「10倍理論」來看,衛星形成的應用市場規模通常是硬體投入的10倍以上,因此下游應用可以輕鬆實現「萬億級市場規模」。艾媒諮詢2022年3月發佈的《中國商業航太產業發展趨勢專題研究報告》預計,中國商業航太產業規模在2024年將突破2.3萬億元。2023年2月,泰伯智庫發佈《中國商業航太產業研究報告》稱,到2025年這一數字將達2.8萬億元。
  目前,市場空間未能得到充分釋放。顧行發舉例稱,美國民用遙感數據已沒有地面解析度限制,穀歌地圖常用的解析度為0.27米,最高第22級低於0.07米。而國內民用遙感衛星解析度限制在0.5米,數據共用等各方面的政策還不完善。因此,在切實維護國家安全的前提下,需建立銜接市場的政策措施。高恩宇認為,考慮到目前商業航太供應鏈薄弱,上下游供應和服務商仍然以體制內企業為主,數量有限且未得到充分競爭,可以給民用數據一個明確的市場份額定量,逐步放開遙感衛星解析度限制。
  「衛星數據向服務的轉化還是弱項。」顧行發說。他將現在的產業鏈規模形容為一個啞鈴,兩頭分別是上游製造和下游應用,中間的服務轉化薄弱,限制了下游應用的發展。現在商業航太出圈的更多是火箭、發射台和衛星,這說明發展所需的原料有了,但要完全發揮其商業價值,在以火箭、衛星為代表的基礎產業鏈形成的同時,還應同步構建衛星數據普及等資訊增值服務產業鏈,釋放下游市場空間,將啞鈴狀變為喇叭狀。
  「別叫我『中國馬斯克』」
  商業航太的「內卷」很大程度上是在追逐需求的步伐。布向偉稱,業內認為2026年國內將迎來衛星的高密度發射。對商業航太企業來說,能不能在這一時間點拿出運載能力更強、成本更低的火箭,是最大的考驗。因此,各大火箭企業目前都有一種考前「趕作業」的感覺。如果不「卷」,將來在市場上就沒有立足之地。
  位於上海松江的G60產業基地計畫在2024年發射並運行至少108顆衛星,提供初步的商業服務,到2027年建成一個參與全球競爭的完整產業鏈,基地產能為300顆衛星/年。作為「星鏈」的競品,G60衛星總數達1.2萬顆,覆蓋全球的寬頻網路需求。加上GW,10年內中國總共要送超過2.5萬顆衛星上天,最終形成中國自己的衛星互聯網完全體。從已經上天的衛星數量來看,「星網工程」落後於「星鏈」。
  此外,根據ITU規定,衛星頻率及軌道按照申報順序獲得優先使用權,也就是先到先得。SpaceX已經申請了4.2萬顆衛星,據ITU官網數據,地球低軌衛星總容量約6萬顆,目前各國申報數量已超7萬顆。申報後也非一勞永逸,如果沒有在規定時間內完成發射數量要求,則將被視為放棄軌道使用權。也就是說,「星網工程」要實現未來10年內的完全部署,平均每年要至少發射1300顆衛星。多位受訪者表示,國內目前的發射能力還有較大差距。
  為加快推進「星網工程」,海南商業衛星發射場建設於2022年7月開工,這是中國繼酒泉、太原、西昌和文昌後建設的第五個發射場,也是全國首個商業航太發射場。目前,一號發射工位已竣工,2024年上半年,海南商業衛星發射場將完成火箭的首次發射,有望在年內實現常態化發射。全部建成後其將具備一年32發的能力。劉百奇指出,如果瞄準未來發射需求,當前的發射容量是不足的,但現在的發射量還沒有崛起。發射量和發射需求是同步發展的,未來發射容量不會成為發展的限制因素。
  其他方面的差距也要正視。高恩宇表示,國內商業航太雖然發展迅猛,但SpaceX動作更快。以液體可複用火箭為例,國內目前成功入軌的箭型還都是一次性消費品,而「獵鷹9號」在2022年全年61次發射與回收中就達到了100%成功率。目前,國內可複用火箭技術還處在初級階段。2023年12月,星際榮耀的「雙曲線二號」驗證火箭在中國酒泉衛星發射中心進行了第二次飛行試驗,成功完成一個高度340米的「蚱蜢跳」。藍箭航太的「朱雀三號」VTVL-1可重複使用垂直起降回收火箭也於今年1月完成類似驗證。
  劉百奇用水杯當作箭體演示了回收驗證過程。「蚱蜢跳」是驗證的第一階段,指火箭垂直起降,例如目前國內做的百米級垂直起降實驗,過程中火箭發動機一直開著,比較緩慢地升空再落地,就像握住手裏的水杯讓它來回垂直移動一樣。第二階段還是垂直起降,但要打得比較高,就如同把手裏的杯子往上拋出去很高,然後再想辦法接住它。第三階段則是完全模擬火箭出入大氣層再返回的過程。國內目前還在「手不能離開杯子」的階段,距離最終目標至少還有兩年。而「獵鷹9號」在2016年就完成了第三階段,這是最明顯的差距。在可複用這樣的核心關鍵技術領域,國內與SpaceX的差距可達10年。
  布向偉指出,SpaceX在其他企業還沒有形成能力的時候,已經跑得很遠。「星艦」液體燃料箱的薄壁結構設計水準很高,品質係數可以達到4%~6%,國內常規的品質係數為7%,別看就1%,能省下好幾噸輜重。楊宇光認為,在降本增效、規模化生產的探索道路上,起決定性作用的還是國家整體的科技與工藝水準。「星艦」採用304不銹鋼鑄箭體,材料每個國家都有,但能夠用如此便宜的材料造出如此巨大且強度過關的整箭,說明SpaceX已經具備了較強的設計加工能力。
  此外,商業航太的盈利模式還有待進一步研究。黃志澄表示,中國較有實力的民營企業,對開發太空和商業航太領域的投資仍然持觀望態度。全球範圍內,現在還沒有一家民營商業航太企業上市。上市困難意味著盈利困難。SpaceX盈利主要的原因還是有了「星鏈」的反哺,這也體現了商業閉環的重要性。
  作為北京市政協委員,劉百奇今年撰寫了一份《關於加大對商業航太企業上市融資支持力度的提案》。他表示,要求航太企業這樣一個高技術、高投入、高風險、高回報、長週期的行業在短時間形成盈利,才能登陸資本市場,將不利於行業快速發展。企業上市是解決資金問題的有效途徑,因此他在提案中呼籲,希望政府進一步出臺支持商業航太企業上市的政策。
  多位受訪者稱,儘管中國航太對標SpaceX有諸多不足,但也有潛在優勢。中國航太擁有多年積累和完整體系,涉及運載火箭、空間站、環登月、衛星互聯網等多領域。而SpaceX受制於美國航空航天局(NASA)的訂單,很難做到各方面均衡發展。黃志澄指出,雖然中國沒有SpaceX這樣一騎絕塵的頭部企業,但受益於大量企業和積極配合的地方政府,可能演化出獨有的發展道路。在他看來,商業航太的參與者有國家隊和商業隊,需要更高層級的部門來統籌二者的協調融合。
  2月3日,北京商業航太產業高質量發展大會在亦莊舉辦,提出到2028年將在亦莊形成商業航太500億級產業集群。大會正式發佈了「北京火箭大街共性科研生產基地專案」,將於今年4月開建,2025年正式投入使用。黃志澄稱,從江湖人稱的「火箭一條街」到名副其實的「北京火箭大街」,中國走得很快。
  SpaceX在北京時間2月16日又進行了一項「星鏈」任務,這次任務將22顆低軌互聯網衛星送入了軌道,包含24小時內的三次發射,其中一次是「獵鷹9號」型火箭的第300次飛行。它的一級火箭於發射後8分鐘返回地球,垂直著陸在太平洋一艘無人船上。這艘船名字叫「當然我依舊愛你」,取材於英國著名作家伊恩·班克斯的「文明」系列科幻作品中的名作《遊戲玩家》,書中高級文明的一艘艦船便叫這個名字。
  搭載「引力一號」完成海上發射任務的發射船名叫「東方航太港號」。在被問及為什麼發射船名如此「直給」時,布向偉笑了。他表示,目前國內各企業的首要目標還是活下去,哪怕是有成果的企業創始人也不願意討論誰會成為中國的馬斯克,因為SpaceX模式只能對標,不能模仿,企業要探索各自的生存之道。「別叫我『中國馬斯克』,那不是讚美。」布向偉擺擺手說。
  (周遊/文)