◎中國運載火箭技術(shù)研究院 孫冀偉 張濤 劉佳雯 唐亞剛

淺析中國運載火箭的商業(yè)化發(fā)展

◎中國運載火箭技術(shù)研究院 孫冀偉 張濤 劉佳雯 唐亞剛

20世紀80年代末,商業(yè)航天逐漸興起并日趨活躍,時至今日已占據(jù)全球航天產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟總量的75%以上,成為世界航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要動力。諸如SpaceX公司、軌道科學公司等一大批商業(yè)航天企業(yè)也展示出了強大實力,以出色的成本控制、大膽的技術(shù)創(chuàng)新為顯著特點,迅速成長并逐漸占領(lǐng)市場。傳統(tǒng)意義上,商業(yè)航天大多是指衛(wèi)星應用和服務(wù),運載火箭的商業(yè)化往往僅限于提供商業(yè)發(fā)射服務(wù)。但隨著基礎(chǔ)工業(yè)和航天技術(shù)的不斷進步,運載火箭制造也逐步開始了商業(yè)化發(fā)展,SpaceX公司的Falcon系列運載火箭就是其中的杰出代表。

為此,筆者研究了運載火箭商業(yè)化的內(nèi)涵,梳理了國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀,針對運載火箭如何實現(xiàn)商業(yè)化提出了幾點思考和建議,希望能為我國的商業(yè)航天發(fā)展、促進軍民融合以及傳統(tǒng)航天產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供借鑒和參考。

一、運載火箭商業(yè)化的內(nèi)涵

與衛(wèi)星相比,運載火箭研制是一項規(guī)模更加龐大的系統(tǒng)工程,技術(shù)難度高,專業(yè)門類廣。目前,只有美、俄、歐、中、日、印等少數(shù)航天大國具備完整的研制能力,其中發(fā)動機技術(shù)更是火箭研制的基礎(chǔ),具備研制能力的國家更少。按照階段來分,運載火箭全壽命周期可分為研制和發(fā)射2個階段,其中研制階段的工作又大致包括設(shè)計、試驗、采購、生產(chǎn)、總裝、調(diào)試等幾個環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)意義上的運載火箭商業(yè)化,是指由政府或軍隊所屬的國有企業(yè)完成運載火箭研制,用來執(zhí)行商業(yè)發(fā)射服務(wù)。隨著技術(shù)進步,美國逐步出現(xiàn)了私營航天企業(yè),可以獨立完成運載火箭的設(shè)計生產(chǎn)等研制階段的全部工作,這樣運載火箭的商業(yè)化范疇就從提供商業(yè)發(fā)射服務(wù)擴展到了運載火箭的研制生產(chǎn)。

因此,從自身特點來說,運載火箭的商業(yè)化包括2個層面內(nèi)涵：研制的商業(yè)化和運營的商業(yè)化。從實現(xiàn)方式來說,運載火箭的商業(yè)化又分為2種：一種為按照市場化模式來組建商業(yè)航天企業(yè),獨立承擔運載火箭的設(shè)計生產(chǎn),并提供商業(yè)發(fā)射服務(wù),即所謂的“商業(yè)化航天”,如SpaceX公司;第二種為傳統(tǒng)國有航天企業(yè)按照商業(yè)規(guī)律從事的航天業(yè)務(wù),利用商業(yè)化手段來降低成本、提高效率,以商業(yè)化模式提供發(fā)射服務(wù),即所謂的“航天商業(yè)化”。無論哪種形式,運載火箭商業(yè)化均是以盈利為首要目的,在獲得經(jīng)濟利益的同時也激發(fā)了產(chǎn)業(yè)活力,帶動了整個航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

二、商業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀及未來市場需求

發(fā)展廉價、快速、機動、可靠的天地往返運輸技術(shù),是世界各國航天產(chǎn)業(yè)正在努力實現(xiàn)的目標。而私營公司的加入,打破了國際航天領(lǐng)域發(fā)展的競爭格局。

1．SpaceX公司Falcon系列運載火箭

2002年,美國私營航天企業(yè)SpaceX公司成立,并用10年時間先后研制成功Falcon 1號和Falcon 9號系列運載火箭,贏得了美國航空航天局(NASA)的商業(yè)發(fā)射合同,同時已經(jīng)成功為NASA執(zhí)行了多次空間站補給飛行任務(wù)。目前,SpaceX公司推崇“簡單、低成本、高可靠”的經(jīng)營理念,Falcon系列運載火箭也以出色的性能和低廉的價格給國際航天業(yè)界帶來大幅沖擊和振動。Falcon系列運載火箭近地軌道運載能力達13噸,地球同步軌道運載能力6噸左右,同時商業(yè)發(fā)射報價大幅降低,甚至低于我國的“長征”系列運載火箭。

2．軌道科學公司安塔瑞斯運載火箭

自1982年成立以來,軌道科學公司一直是航天工業(yè)界最活躍的商業(yè)火箭研制生產(chǎn)商之一,研制生產(chǎn)了飛馬座、金牛座(安塔瑞斯)和米諾陶系列火箭,也是NASA商業(yè)軌道運輸服務(wù)計劃(COTS)項目中的有力競爭者。與SpaceX公司不同,軌道科學公司并沒有全程參與火箭的研制工作,而是采取國際分工承包的方式,選擇了在運載火箭設(shè)計、發(fā)動機研制或結(jié)構(gòu)件制造等方面具有雄厚實力的國際供應商。安塔瑞斯系列火箭包括7種構(gòu)型,分別用于近地軌道、太陽同步軌道及深空探測等任務(wù),可滿足民用、軍用中型有效載荷的發(fā)射需求,近地軌道運載能力覆蓋4.8～6噸范圍。

3．我國商業(yè)運載火箭起步

目前,我國已經(jīng)出現(xiàn)了商業(yè)運載火箭發(fā)展萌芽。其中,翎客航天公司將自身定位為國內(nèi)首家從事航天系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)制造的私營公司,旨在推動國內(nèi)航天產(chǎn)業(yè)商業(yè)化、民用化發(fā)展。公司初期將以探空火箭作為主要產(chǎn)品,最終計劃推出直徑達3.35米的運載火箭。據(jù)了解,我國傳統(tǒng)國有航天企業(yè)也正在探索利用現(xiàn)有運載火箭開展商業(yè)化運營的可能。

4．未來市場需求預測

2005～2014年 的10年 間,全球航天產(chǎn)業(yè)收入增長了2.3倍,高于全球經(jīng)濟增長率。據(jù)不完全統(tǒng)計,預計在未來10年我國將發(fā)射共計333個航天器,國外商業(yè)衛(wèi)星預計總共發(fā)射312次。可見小衛(wèi)星任務(wù)或呈井噴式發(fā)展,搭載任務(wù)需求仍然旺盛。

另外,據(jù)美國聯(lián)邦航空局預測,未來10年內(nèi)太空旅游將成為產(chǎn)值超過10億美元的產(chǎn)業(yè),維珍銀河公司“太空船二號”單人價格25萬美元,預定者已超過600位;SpaceX公司宣稱在未來15～20年,將8萬名地球人送往火星生活。太空旅游有望成為促進商業(yè)運載火箭發(fā)展的另外一個強力引擎。

三、我國運載火箭商業(yè)化實施途徑

1．轉(zhuǎn)變觀念，主動迎接航天平民化時代

半個世紀以前,宇宙空間還是人類遙不可及的活動禁區(qū),僅僅幾十年時間,航天產(chǎn)業(yè)就已經(jīng)全面滲透了人類社會的方方面面。如果說20世紀是航空時代,航空基本實現(xiàn)了平民化,那么可以斷言,21世紀必然迎來航天產(chǎn)業(yè)的更大發(fā)展,航天平民化時代正加速向我們走來。而商業(yè)運載火箭正是開啟航天平民化時代的前提和保障?？焖?、可靠、低成本的商業(yè)發(fā)射服務(wù)可為眾多的空間活動提供便利,而加速發(fā)展的空間活動反過來又對商業(yè)發(fā)射提出更多需求?？梢灶A見不久的將來,太空互聯(lián)網(wǎng)、太空旅游、太空垃圾清理等都會變成很現(xiàn)實的任務(wù),傳統(tǒng)航天企業(yè)應轉(zhuǎn)變觀念,利用一切有效手段降成本、提效率,主動迎接航天平民化時代的到來。

2．美國商業(yè)航天發(fā)展對我國具有十足的借鑒意義

美國等航天大國從國家層面為商業(yè)航天發(fā)展營造了良好的政策環(huán)境,有力推動了美國商業(yè)航天的發(fā)展。首先,美國通過法律支持,為商業(yè)航天發(fā)展提供足夠空間?！渡虡I(yè)航天運輸競爭法案》規(guī)定了所謂政府賠償條款的延長,為商業(yè)航天發(fā)展起到了后盾作用：當航天發(fā)射或運營遇到嚴重事故,商業(yè)保險的賠付額度不足以彌補客戶損失時,由政府出面來賠償超出保險額度的損失。這對新興航天企業(yè)來說是真正意義上的保駕護航。另外,《商業(yè)航天運輸競爭法案》還明確規(guī)定：允許私營公司開發(fā)外太空,開采太空資源,并對帶回的太空物質(zhì)擁有所有權(quán)和使用權(quán),進一步激發(fā)了私人開發(fā)太空的熱情。除了在政策、法律層面的支持保障,美國還給予商業(yè)航天公司直接的項目支持：2006年, NASA啟動了商業(yè)軌道運輸服務(wù)(COTS)項目,經(jīng)過招標選擇了SpaceX公司和軌道科學公司向國際空間站運送貨物;2010年初,NASA通過商業(yè)載人開發(fā)(CCDev)計劃,鼓勵私營公司發(fā)展商業(yè)載人航天運輸系統(tǒng); 2011年,NASA宣布了第二輪商業(yè)載人開發(fā)項目(CCDev2),向SpaceX公司授予了價值26億美元的商業(yè)載人運輸合同。

3．研制階段利用商業(yè)化手段，重點在于降低成本

SpaceX公司的成功為我國商業(yè)運載火箭發(fā)展帶來很多啟示。在設(shè)計模式上,SpaceX公司打破了傳統(tǒng)的不同分系統(tǒng)由不同單位分別承擔的模式,轉(zhuǎn)向獨自承擔絕大部分火箭的設(shè)計和生產(chǎn)制造,效率更高;采用扁平化的組織結(jié)構(gòu)使設(shè)計和生產(chǎn)的聯(lián)系更為緊密;在制造環(huán)節(jié),成熟技術(shù)和3D打印等新技術(shù)的大量應用,使得SpaceX公司具有年產(chǎn)40枚Falcon 9火箭的能力;在采購環(huán)節(jié),從原材料到電器元件供應采用供應鏈系統(tǒng)自動控制,大膽使用工業(yè)級電子元器件,大幅降低成本;在各個環(huán)節(jié)最大程度地信息化和自動化,顯著提升生產(chǎn)效率,并將測試發(fā)射周期壓縮到16天左右。

4．運營階段采用市場化運作，關(guān)鍵在于增加利潤

運載火箭作為一種運載工具,其用途與汽車、火車和飛機沒有本質(zhì)區(qū)別,要想獲得更多利潤,就需要更多的“乘客”搭乘。在“招攬乘客”的過程中,商業(yè)化運營的優(yōu)勢在于對市場需求更加敏感,反應更加迅速,并力求提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。從這點上來說,無論是商業(yè)化的還是傳統(tǒng)的航天企業(yè),均應盡量采用商業(yè)化思維,主動尋找國際和國內(nèi)2個市場的各類載荷;盡可能多地優(yōu)化運載能力,提供更多的搭載機會;爭取直接面向載荷、面向用戶,提供“箭-星-載-用”一體化解決方案;開展運載火箭的品牌營銷,開發(fā)運載火箭相關(guān)的教育、旅游、文化、廣告等附加產(chǎn)業(yè)。另外,需要特別提出的是,當前微小衛(wèi)星的發(fā)展進入快車道,以立方星為代表的微小衛(wèi)星、星群及其星座以前所未有的速度和規(guī)模數(shù)量,在快速搶占優(yōu)勢太空衛(wèi)星軌道以及通信頻段。未來,大量的微小衛(wèi)星發(fā)射升空的需求蘊藏著巨大的商業(yè)發(fā)射商機,只有商業(yè)化的運營模式,才能迅速發(fā)現(xiàn)需求,整合資源,低成本高效率地完成眾多復雜載荷的發(fā)射,并獲得利潤。

5．促進協(xié)同創(chuàng)新，采用多種合作機制實現(xiàn)企業(yè)間互補發(fā)展

目前,我國航天產(chǎn)業(yè)正由單純軍工科研生產(chǎn)行業(yè)逐步轉(zhuǎn)變成為全面服務(wù)于社會主義市場經(jīng)濟的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。在發(fā)射、制造、運營、服務(wù)等方面,我國航天產(chǎn)業(yè)正逐步培育商業(yè)化成分,航天商業(yè)化發(fā)展不斷推進,我國運載火箭商業(yè)化發(fā)展的時機也逐步走向成熟。傳統(tǒng)國有運載火箭企業(yè)可嘗試商業(yè)化手段降成本提效率,關(guān)注國內(nèi)商業(yè)發(fā)射市場;而民營企業(yè)則可根據(jù)自身企業(yè)優(yōu)勢參與運載火箭的生產(chǎn)、運輸?shù)拳h(huán)節(jié),或者立志成為中國的SpaceX也未嘗不可。傳統(tǒng)航天企業(yè)和商業(yè)企業(yè)合作可在技術(shù)、資金和管理方面實現(xiàn)互補,有利于短期內(nèi)促成航天業(yè)務(wù)的商業(yè)化運作。

航天商業(yè)化發(fā)展是未來總體趨勢,我國發(fā)展商業(yè)航天的大氣候也已基本形成,可預見到未來將會有越來越多的資源投入,以及社會資本參與。運載火箭實現(xiàn)商業(yè)化將是商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)高度發(fā)展的重要標志,在運載火箭的研制過程中運用商業(yè)化手段,將十分有利于降低成本,提高效率,提升火箭的市場競爭力;利用商業(yè)化手段運營運載火箭,則會對市場需求更加敏感,反映更加迅速。希望越來越多的民營企業(yè)加入到運載火箭商業(yè)化進程中來,共同推進航天產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級,加速航天平民化時代的到來。