浅析中国运载火箭的商业化发展

◎中国运载火箭技术研究院 孙冀伟 张涛 刘佳雯 唐亚刚

浅析中国运载火箭的商业化发展

◎中国运载火箭技术研究院 孙冀伟 张涛 刘佳雯 唐亚刚

20世纪80年代末,商业航天逐渐兴起并日趋活跃,时至今日已占据全球航天产业经济总量的75%以上,成为世界航天产业发展的主要动力。诸如SpaceX公司、轨道科学公司等一大批商业航天企业也展示出了强大实力,以出色的成本控制、大胆的技术创新为显著特点,迅速成长并逐渐占领市场。传统意义上,商业航天大多是指卫星应用和服务,运载火箭的商业化往往仅限于提供商业发射服务。但随着基础工业和航天技术的不断进步,运载火箭制造也逐步开始了商业化发展,SpaceX公司的Falcon系列运载火箭就是其中的杰出代表。

为此,笔者研究了运载火箭商业化的内涵,梳理了国内外的发展现状,针对运载火箭如何实现商业化提出了几点思考和建议,希望能为我国的商业航天发展、促进军民融合以及传统航天产业转型升级提供借鉴和参考。

一、运载火箭商业化的内涵

与卫星相比,运载火箭研制是一项规模更加庞大的系统工程,技术难度高,专业门类广。目前,只有美、俄、欧、中、日、印等少数航天大国具备完整的研制能力,其中发动机技术更是火箭研制的基础,具备研制能力的国家更少。按照阶段来分,运载火箭全寿命周期可分为研制和发射2个阶段,其中研制阶段的工作又大致包括设计、试验、采购、生产、总装、调试等几个环节。传统意义上的运载火箭商业化,是指由政府或军队所属的国有企业完成运载火箭研制,用来执行商业发射服务。随着技术进步,美国逐步出现了私营航天企业,可以独立完成运载火箭的设计生产等研制阶段的全部工作,这样运载火箭的商业化范畴就从提供商业发射服务扩展到了运载火箭的研制生产。

因此,从自身特点来说,运载火箭的商业化包括2个层面内涵：研制的商业化和运营的商业化。从实现方式来说,运载火箭的商业化又分为2种：一种为按照市场化模式来组建商业航天企业,独立承担运载火箭的设计生产,并提供商业发射服务,即所谓的“商业化航天”,如SpaceX公司;第二种为传统国有航天企业按照商业规律从事的航天业务,利用商业化手段来降低成本、提高效率,以商业化模式提供发射服务,即所谓的“航天商业化”。无论哪种形式,运载火箭商业化均是以盈利为首要目的,在获得经济利益的同时也激发了产业活力,带动了整个航天产业的发展。

二、商业化发展现状及未来市场需求

发展廉价、快速、机动、可靠的天地往返运输技术,是世界各国航天产业正在努力实现的目标。而私营公司的加入,打破了国际航天领域发展的竞争格局。

1．SpaceX公司Falcon系列运载火箭

2002年,美国私营航天企业SpaceX公司成立,并用10年时间先后研制成功Falcon 1号和Falcon 9号系列运载火箭,赢得了美国航空航天局(NASA)的商业发射合同,同时已经成功为NASA执行了多次空间站补给飞行任务。目前,SpaceX公司推崇“简单、低成本、高可靠”的经营理念,Falcon系列运载火箭也以出色的性能和低廉的价格给国际航天业界带来大幅冲击和振动。Falcon系列运载火箭近地轨道运载能力达13吨,地球同步轨道运载能力6吨左右,同时商业发射报价大幅降低,甚至低于我国的“长征”系列运载火箭。

2．轨道科学公司安塔瑞斯运载火箭

自1982年成立以来,轨道科学公司一直是航天工业界最活跃的商业火箭研制生产商之一,研制生产了飞马座、金牛座(安塔瑞斯)和米诺陶系列火箭,也是NASA商业轨道运输服务计划(COTS)项目中的有力竞争者。与SpaceX公司不同,轨道科学公司并没有全程参与火箭的研制工作,而是采取国际分工承包的方式,选择了在运载火箭设计、发动机研制或结构件制造等方面具有雄厚实力的国际供应商。安塔瑞斯系列火箭包括7种构型,分别用于近地轨道、太阳同步轨道及深空探测等任务,可满足民用、军用中型有效载荷的发射需求,近地轨道运载能力覆盖4.8～6吨范围。

3．我国商业运载火箭起步

目前,我国已经出现了商业运载火箭发展萌芽。其中,翎客航天公司将自身定位为国内首家从事航天系统产品研发制造的私营公司,旨在推动国内航天产业商业化、民用化发展。公司初期将以探空火箭作为主要产品,最终计划推出直径达3.35米的运载火箭。据了解,我国传统国有航天企业也正在探索利用现有运载火箭开展商业化运营的可能。

4．未来市场需求预测

2005～2014年 的10年 间,全球航天产业收入增长了2.3倍,高于全球经济增长率。据不完全统计,预计在未来10年我国将发射共计333个航天器,国外商业卫星预计总共发射312次。可见小卫星任务或呈井喷式发展,搭载任务需求仍然旺盛。

另外,据美国联邦航空局预测,未来10年内太空旅游将成为产值超过10亿美元的产业,维珍银河公司“太空船二号”单人价格25万美元,预定者已超过600位;SpaceX公司宣称在未来15～20年,将8万名地球人送往火星生活。太空旅游有望成为促进商业运载火箭发展的另外一个强力引擎。

三、我国运载火箭商业化实施途径

1．转变观念，主动迎接航天平民化时代

半个世纪以前,宇宙空间还是人类遥不可及的活动禁区,仅仅几十年时间,航天产业就已经全面渗透了人类社会的方方面面。如果说20世纪是航空时代,航空基本实现了平民化,那么可以断言,21世纪必然迎来航天产业的更大发展,航天平民化时代正加速向我们走来。而商业运载火箭正是开启航天平民化时代的前提和保障。快速、可靠、低成本的商业发射服务可为众多的空间活动提供便利,而加速发展的空间活动反过来又对商业发射提出更多需求。可以预见不久的将来,太空互联网、太空旅游、太空垃圾清理等都会变成很现实的任务,传统航天企业应转变观念,利用一切有效手段降成本、提效率,主动迎接航天平民化时代的到来。

2．美国商业航天发展对我国具有十足的借鉴意义

美国等航天大国从国家层面为商业航天发展营造了良好的政策环境,有力推动了美国商业航天的发展。首先,美国通过法律支持,为商业航天发展提供足够空间。《商业航天运输竞争法案》规定了所谓政府赔偿条款的延长,为商业航天发展起到了后盾作用：当航天发射或运营遇到严重事故,商业保险的赔付额度不足以弥补客户损失时,由政府出面来赔偿超出保险额度的损失。这对新兴航天企业来说是真正意义上的保驾护航。另外,《商业航天运输竞争法案》还明确规定：允许私营公司开发外太空,开采太空资源,并对带回的太空物质拥有所有权和使用权,进一步激发了私人开发太空的热情。除了在政策、法律层面的支持保障,美国还给予商业航天公司直接的项目支持：2006年, NASA启动了商业轨道运输服务(COTS)项目,经过招标选择了SpaceX公司和轨道科学公司向国际空间站运送货物;2010年初,NASA通过商业载人开发(CCDev)计划,鼓励私营公司发展商业载人航天运输系统; 2011年,NASA宣布了第二轮商业载人开发项目(CCDev2),向SpaceX公司授予了价值26亿美元的商业载人运输合同。

3．研制阶段利用商业化手段，重点在于降低成本

SpaceX公司的成功为我国商业运载火箭发展带来很多启示。在设计模式上,SpaceX公司打破了传统的不同分系统由不同单位分别承担的模式,转向独自承担绝大部分火箭的设计和生产制造,效率更高;采用扁平化的组织结构使设计和生产的联系更为紧密;在制造环节,成熟技术和3D打印等新技术的大量应用,使得SpaceX公司具有年产40枚Falcon 9火箭的能力;在采购环节,从原材料到电器元件供应采用供应链系统自动控制,大胆使用工业级电子元器件,大幅降低成本;在各个环节最大程度地信息化和自动化,显著提升生产效率,并将测试发射周期压缩到16天左右。

4．运营阶段采用市场化运作，关键在于增加利润

运载火箭作为一种运载工具,其用途与汽车、火车和飞机没有本质区别,要想获得更多利润,就需要更多的“乘客”搭乘。在“招揽乘客”的过程中,商业化运营的优势在于对市场需求更加敏感,反应更加迅速,并力求提供更加优质的服务。从这点上来说,无论是商业化的还是传统的航天企业,均应尽量采用商业化思维,主动寻找国际和国内2个市场的各类载荷;尽可能多地优化运载能力,提供更多的搭载机会;争取直接面向载荷、面向用户,提供“箭-星-载-用”一体化解决方案;开展运载火箭的品牌营销,开发运载火箭相关的教育、旅游、文化、广告等附加产业。另外,需要特别提出的是,当前微小卫星的发展进入快车道,以立方星为代表的微小卫星、星群及其星座以前所未有的速度和规模数量,在快速抢占优势太空卫星轨道以及通信频段。未来,大量的微小卫星发射升空的需求蕴藏着巨大的商业发射商机,只有商业化的运营模式,才能迅速发现需求,整合资源,低成本高效率地完成众多复杂载荷的发射,并获得利润。

5．促进协同创新，采用多种合作机制实现企业间互补发展

目前,我国航天产业正由单纯军工科研生产行业逐步转变成为全面服务于社会主义市场经济的高技术产业。在发射、制造、运营、服务等方面,我国航天产业正逐步培育商业化成分,航天商业化发展不断推进,我国运载火箭商业化发展的时机也逐步走向成熟。传统国有运载火箭企业可尝试商业化手段降成本提效率,关注国内商业发射市场;而民营企业则可根据自身企业优势参与运载火箭的生产、运输等环节,或者立志成为中国的SpaceX也未尝不可。传统航天企业和商业企业合作可在技术、资金和管理方面实现互补,有利于短期内促成航天业务的商业化运作。

航天商业化发展是未来总体趋势,我国发展商业航天的大气候也已基本形成,可预见到未来将会有越来越多的资源投入,以及社会资本参与。运载火箭实现商业化将是商业航天产业高度发展的重要标志,在运载火箭的研制过程中运用商业化手段,将十分有利于降低成本,提高效率,提升火箭的市场竞争力;利用商业化手段运营运载火箭,则会对市场需求更加敏感,反映更加迅速。希望越来越多的民营企业加入到运载火箭商业化进程中来,共同推进航天产业的转型升级,加速航天平民化时代的到来。