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马斯克放了那么多颗卫星,中国创业者怎么赶上他

全球向太空发射火箭的热情正在重新点燃。

去年,发射次数首次打破了美苏太空竞赛以来保持了50余年的纪录。新纪录还会很快打破。今年一季度,这一数字已经达到32次,略超去年同期的27次。

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中国与美国主导了新一轮太空竞争。在去年全部144次轨道发射中,中国为55次,美国为51次。

马斯克的SpaceX公司已经发射了1,900多颗低轨道卫星,其星链(Starlink)卫星互联网服务,已经拥有 250,000 名用户。星链在俄乌战争中已经初露峥嵘。亚马逊公司也在加大投入卫星互联网服务,已经签约未来几年的83次火箭发射,提供发射服务的公司中,包括贝索斯创办的蓝色起源(Blue Origin)。

最近,中国完成了神舟13号载人飞行任务,3名宇航员在空间站驻留183天。2022年,中国将加快建成空间站和太空实验室。

中国的国家发改委,最近也提出推动“十四五”北斗产业发展,推广北斗规模化应用,以及市场化、产业化、国际化发展。北斗卫星导航系统已于2020年7月正式开通服务,目前在轨服务的北斗卫星共计45颗。

但竞争已变得有所不同,除了承担国家间竞赛的使命,火箭搭载了更多的商业应用,民营企业、初创公司正在成为技术创新的主力。

剔除老牌国防军工企业,美国公司SpaceX的猎鹰9号发射了31次,其他初创公司合计11次,共失败3次。中国的民营初创公司共发射3次,失败2次。

两国民营公司的技术能力有差距,商业环境也不同。以Space X为代表的美国商业航天发射企业,通过创新不断降低成本,拓展了空间技术(Space Tech)的商业化应用场景;更多的需求,意味着更多的发射,进一步摊薄了成本,并推动了技术迭代。

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在商业航天发射领域,运载火箭的引擎推重比和燃料技术,决定了载荷的大小,也影响着一箭多星的数量,进而影响到单颗卫星的发射成本;一级火箭的可回收重复利用,也有助于降低单次发射成本。

SpaceX推崇液氧甲烷。从重复利用的角度讲,使用这种燃料,发动机不易积碳,生命周期会长很多;从成本的角度讲,甲烷成本比煤油低50%以上;从提升载荷的角度讲,液氧甲烷的比冲(也就是每单位推进剂的量,能产生的冲量)也要大于液氧煤油。目前,中国初创公司也在研发液氧甲烷发动机,但推力仍然无法与SpaceX猛禽系列的200吨相比。

提升载荷的另一条路径是提升发动机引擎推重比,也就是单位质量发动机能推动的总重量。自2002年以来,SpaceX已经先后研发了梅林、红隼与猛禽发动机。国内民营企业仍处于实验或理论阶段,较为领先的是来自星河动力的苍穹发动机,在今年三月份完成了全系统试车,其推重比介于SpaceX梅林系列的几个早期型号之间,至少有10年左右的差距。

载荷越高,单次发射能搭载的卫星越多。一箭多星的发射技术,降低了单颗卫星的发射成本。去年,SpaceX一次性将143颗卫星送上太空,创造了纪录。该公司下一代的星舰(StarShip)运载能力在百吨左右,预计能一次送400多颗卫星入轨。

降低发射成本的重大突破还来自重复利用技术。回收式的运载火箭,主要分为部分可回收以及完全可回收两大类。前者主要回收第一级火箭。SpaceX在完成回收第一级火箭后,将发射成本降到了两千美元左右。在此之前的几十年时间里,整个轨道发射的成本都高于每千克1万美元。星舰能进一步将成本压缩至每千克200美元。中国几家融资额领先的初创公司,也将可回收利用技术设计到下一代火箭中,但目前仍未发射验证。

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SpaceX的成功离不开政府的支持。事实上,NASA与美国国防部等政府机构与公共部门,是商业航天技术主要的早期投资者,也是合同提供方。但随着市场逐步向民营企业开放,更多风险投资涌入,美国的商业航天初创公司对接了更多元化的发射需求。

中国也在尝试开放市场。《2021中国的航天》白皮书鼓励引导商业航天发展,具体包括扩大政府采购范围,推动科研设施设备开放共享,支持参与重大工程项目研制,建立准入负面清单制度。

目前,中国的商业航天公司主要为科研院校及卫星互联网运营商提供卫星发射服务,营收规模较小,商业闭环相对脆弱。

风险投资看好中国商业航天的未来。今年,星河动力(Galactic Energy)宣布已完成2亿美元的B轮融资,这是继2020年长光卫星(CGSTL)融资4亿美元之后,中国在空间技术领域金额第二大的单轮融资,也是商业航天发射领域的最大融资,略高于之前星际荣耀(iSpace)和蓝箭航天(Landspace),以及从国企拆分出来的科工火箭(Expace)所宣布得1.75亿美元左右的融资记录。

但与竞争对手的投入相比,这还远远不够。在过去的8年里,中国商业航天初创公司共融资约20-25亿美元。美国仅SpaceX一家,就在2021年融资15亿美元;火箭实验室(Rocket Lab)则通过特殊目的收购公司(SPAC)上市融资7.77亿美元。

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围绕火箭零部件设计与制造,以及发射服务,这些来自中国的初创公司的探索与创新,正在开启中国商业航天的未来。

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