劉潔 褚洪杰 丁潔 李翔宇

（1中國長城工業(yè)集團有限公司 2中國航天科技集團有限公司 3中國長城工業(yè)集團有限公司）

2014年以來，全球商業(yè)發(fā)射服務(wù)市場經(jīng)歷了明顯變化，低軌商業(yè)發(fā)射尤其是小衛(wèi)星發(fā)射需求激增，改變了此前靜軌（高軌）高價值、大型通信衛(wèi)星幾乎獨占發(fā)射服務(wù)市場的格局。低軌經(jīng)濟活動的興起和繁榮從遙感小衛(wèi)星星座發(fā)起，由通信小衛(wèi)星星座計劃迅速加強，而低軌空間試驗、貨物運輸和旅游市場逐漸從能力建設(shè)向形成市場規(guī)模發(fā)展，正在帶動低軌發(fā)射服務(wù)市場以前所未有的速度快速推進。

1 高軌商業(yè)發(fā)射服務(wù)需求持續(xù)減少且降價明顯

2013－2021年高軌商業(yè)通信衛(wèi)星簽約量趨勢

高軌發(fā)射服務(wù)是商業(yè)發(fā)射服務(wù)市場的傳統(tǒng)核心業(yè)務(wù)，但是由于高軌商業(yè)通信衛(wèi)星制造訂單持續(xù)減少，相應(yīng)的高軌發(fā)射服務(wù)需求和市場規(guī)模也持續(xù)減少。2013年以來，全球高軌商業(yè)通信衛(wèi)星簽約數(shù)量持續(xù)降低，盡管2020年在美國補貼政策下有所增長，但2021年全球高軌通信衛(wèi)星簽約數(shù)量迅速回落到較低水平。

全球主要發(fā)射服務(wù)商阿里安空間公司（Arianespace）、國際發(fā)射服務(wù)公司（ILS）、海射公司（SeaLaunch）、長城公司（CGWIC）、三菱重工（MHI）、太空探索技術(shù)公司（SpaceX）、藍源公司（Blue Origin）、洛馬公司（LM）和聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司（ULA）在2006－2021年間簽署的高軌發(fā)射服務(wù)數(shù)量從將近30次降低到10次以內(nèi)，其中2019年最低，僅有3次。

2006－2021年全球發(fā)射服務(wù)商高軌發(fā)射合同數(shù)量/次

獵鷹－9（Falcon－9）火箭于2013年以明顯低于傳統(tǒng)發(fā)射服務(wù)商的價格進入高軌發(fā)射服務(wù)市場，讓日漸狹小的市場空間更加擁擠，高軌發(fā)射服務(wù)合同越來越向歐美發(fā)射服務(wù)商集中。近5年來，僅有阿里安空間公司和太空探索技術(shù)公司每年均可以拿到商業(yè)高軌發(fā)射合同。

歐洲發(fā)射服務(wù)商阿里安空間公司僅剩下國際知名衛(wèi)星通信運營商中的兩家歐洲公司——歐洲衛(wèi)星公司（SES）和歐洲通信衛(wèi)星公司（Eutelsat）提供了訂單支持，并對低成本發(fā)射服務(wù)提出了明確需求。2022年6月30日，歐洲航天局（ESA）局長在歐委會會議上表示：歐洲在7～10年前失去了發(fā)射服務(wù)的全球領(lǐng)導(dǎo)地位，必須客觀評估差距，奮力追趕。

2 低軌星座項目發(fā)展迅猛，成為發(fā)射服務(wù)主要市場

目前，低軌商業(yè)小衛(wèi)星的在軌數(shù)量和年度發(fā)射數(shù)量居領(lǐng)先地位，隨著現(xiàn)有商業(yè)小衛(wèi)星計劃的持續(xù)推進和新項目后續(xù)進入軌道部署階段，低軌小衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量將繼續(xù)快速增長。

代表性低軌星座項目已帶動發(fā)射服務(wù)需求快速增長

“一網(wǎng)”（Oneweb）系統(tǒng)、“星鏈”（Starlink）計劃和“柯伊伯”（Kuiper）項目這3項低軌衛(wèi)星星座計劃已經(jīng)觸發(fā)百億美元級發(fā)射服務(wù)市場，其衛(wèi)星組網(wǎng)、補網(wǎng)和星座升級將帶來持續(xù)的商業(yè)發(fā)射服務(wù)需求。聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司、火箭實驗室公司（Rocket Lab）、阿里安空間公司、藍源公司和太空探索技術(shù)公司等歐美主要航天發(fā)射服務(wù)公司普遍看好低軌小衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)市場前景，重視建立高性價比和高密度的發(fā)射能力，同時加強供應(yīng)鏈可靠性管理，積極推進火箭批量生產(chǎn)能力，采用回收和復(fù)用技術(shù)降低發(fā)射服務(wù)成本。

2022年4月，亞馬遜公司（Amazon）從阿里安空間公司、藍源公司和聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司采購了多達83次發(fā)射服務(wù)，以部署擬由3236顆衛(wèi)星組網(wǎng)的柯伊伯巨型寬帶星座項目，發(fā)射服務(wù)合同額高達數(shù)十億美元，交易包括18次阿里安－6（Ariane－6）發(fā)射、12～27次“新格倫”（New Glenn）發(fā)射和38次“火神-半人馬座”（Vulcan-Centaur）發(fā)射，這是航天界有史以來最大規(guī)模的一次發(fā)射服務(wù)采購。

2021年，我國商業(yè)衛(wèi)星公司明確未來將部署800顆以上衛(wèi)星，其中并未包括中國四維公司、二十一世紀空間公司等企業(yè)尚未公布的衛(wèi)星部署計劃。這些活躍在我國低軌衛(wèi)星制造與運營領(lǐng)域的公司將在未來5年內(nèi)帶來豐厚的低軌發(fā)射服務(wù)合同。

低軌商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)需求特點

發(fā)射服務(wù)可靠性、價格和便捷發(fā)射能力是衡量發(fā)射服務(wù)競爭力的三個重要指標(biāo)。對于高價值、技術(shù)復(fù)雜的高軌商業(yè)通信衛(wèi)星，其質(zhì)量在2000～6000kg之間，單星可提供穩(wěn)定的運營服務(wù)并創(chuàng)造可觀的市場收入，因此發(fā)射可靠性是比價格更優(yōu)先考慮的因素。此類衛(wèi)星研制周期通常超過兩年，只能選擇具備高軌發(fā)射能力的火箭，訂購發(fā)射服務(wù)的時間較為寬裕；衛(wèi)星在軌工作時間超過15年，一次性采購多次發(fā)射服務(wù)的需求極少，因此沒有明確的便捷發(fā)射服務(wù)訴求。而低軌商業(yè)小衛(wèi)星星座項目對發(fā)射服務(wù)的需求則更加多樣。

（1）便捷發(fā)射服務(wù)能力

低軌小衛(wèi)星星座項目需要多星組網(wǎng)覆蓋目標(biāo)區(qū)域以構(gòu)建業(yè)務(wù)能力，衛(wèi)星的軌道高度和傾角分布分散，因此通常需要密集的多次發(fā)射才能實現(xiàn)多星組網(wǎng)。星座規(guī)模越大、軌道面分布越發(fā)散，則對便捷發(fā)射能力的要求越高。未來低軌衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)市場不僅要滿足星座組網(wǎng)的發(fā)射需求，還承擔(dān)星座補網(wǎng)和更新?lián)Q代的規(guī)模化發(fā)射需求，這對高密度、快響應(yīng)的便捷發(fā)射服務(wù)能力提出了更高要求。

2020年，美國太空探索技術(shù)公司的“星鏈”計劃進入軌道部署階段后，為其提供發(fā)射服務(wù)的獵鷹－9火箭發(fā)射密度顯著提高，從每月進行一次發(fā)射提高到2022年每周發(fā)射一次的頻度，大幅提升了承接臨時小衛(wèi)星搭載發(fā)射服務(wù)的能力。一網(wǎng)公司為確保一網(wǎng)系統(tǒng)盡早完成一期組網(wǎng)，在不能繼續(xù)使用俄制“聯(lián)盟”（Soyuz）火箭發(fā)射服務(wù)后，迅速在全球?qū)ふ铱商娲桨福詫崿F(xiàn)兩年內(nèi)完成一期星座部署，獵鷹－9成為首個可以承接今年搭載發(fā)射“一網(wǎng)”系統(tǒng)衛(wèi)星的火箭。美國行星公司（Planet）則充分利用獵鷹－9高密度發(fā)射的搭載機會，進行星座補網(wǎng)和升級換代，每年計劃發(fā)射整個星座1/3的衛(wèi)星數(shù)量，3年完成一次星座的整體升級。同時，由于俄烏沖突期間高緯度地區(qū)衛(wèi)星通信需求激增，為快速響應(yīng)市場需求，增加星座通信容量，銥星公司（Iridium）2022年4月從太空探索技術(shù)公司訂購了年內(nèi)一次拼車發(fā)射服務(wù)機會，用于發(fā)射5顆地面?zhèn)浞菪恰?/p>

（2）價格

低軌小衛(wèi)星星座計劃始于商業(yè)風(fēng)險投資，成本控制是關(guān)乎項目成敗的關(guān)鍵因素。無論是21世紀初的全球星公司（Globalstar）、軌道通信公司（Orbcomm）、泰利迪斯公司（Teledesic）、銥星公司，還是2020年的一網(wǎng)公司，都因為系統(tǒng)建設(shè)資金規(guī)模龐大、衛(wèi)星應(yīng)用市場規(guī)模未達預(yù)期等原因遭遇資金鏈斷裂，觸發(fā)破產(chǎn)危機。目前，全球最為龐大的低軌星座計劃，如“星鏈”計劃、“一網(wǎng)”系統(tǒng)等成本為約百億美元量級，包括衛(wèi)星制造、發(fā)射服務(wù)和地面運營等構(gòu)成。以“一網(wǎng)”系統(tǒng)為例，單星制造價格約100萬美元，單星質(zhì)量為148kg，單位質(zhì)量衛(wèi)星制造價格約合6757美元/kg?！奥?lián)盟”火箭一次發(fā)射34顆“一網(wǎng)”衛(wèi)星的價格為4800萬美元，單顆衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)價格約合141萬美元/顆，單位質(zhì)量發(fā)射服務(wù)價格約合9539美元/kg?？梢娦亲媱澃l(fā)射服務(wù)費用在整個計劃的成本構(gòu)成甚至高于衛(wèi)星建造費用。

（3）可靠性

對高價值的航天器而言，可靠性是發(fā)射服務(wù)的第一要素。傳統(tǒng)高軌大型商業(yè)通信衛(wèi)星通常價值超過1億美元，發(fā)射失利不僅帶來昂貴的衛(wèi)星研制成本損失，不能如期提供衛(wèi)星服務(wù)還可能帶來更為嚴重的運營損失。巨型星座組網(wǎng)階段多星發(fā)射同樣需要高可靠的發(fā)射服務(wù)解決方案?！耙痪W(wǎng)”和“星鏈”衛(wèi)星一批發(fā)射數(shù)十顆，衛(wèi)星價值超過千萬美元，帶動著運營服務(wù)價值的快速提升，因此低軌衛(wèi)星星座規(guī)模以上的發(fā)射任務(wù)對火箭的可靠性要求也非常高。

近年來，全球主要航天國家大中型火箭多面臨換代升級，除美國太空探索技術(shù)公司的獵鷹－9火箭和我國的“長征”系列火箭，美、歐、日、印多型火箭減產(chǎn)，低軌衛(wèi)星用戶采購發(fā)射服務(wù)的選擇非常有限，在發(fā)射服務(wù)市場供應(yīng)不足的大環(huán)境下，衛(wèi)星公司會降低對風(fēng)險的厭惡，也會降低對價格的敏感度，積極采購市場一切可提供的發(fā)射服務(wù)方案。正是為此，發(fā)射成功率100%但價格昂貴的宇宙神－5（Atlas－5）火箭，以及價格也未必優(yōu)惠的新興火箭也贏得了不少訂單。

美國ABL航天系統(tǒng)公司（ABL Space System）的RS1火箭、群星公司（Astra）的“3型火箭”（Rocket 3）、Vaya航天公司的“無畏”（Dauntless）火箭，德國奧格斯堡火箭工廠公司（Augsburg）的RFA－1三級火箭、薩爾宇航公司（Isar）的“譜系”（Spectrum）兩級火箭，印度Skyroot宇航公司的Vikram－1火箭等新型火箭共同分享了2021年超過70余次低軌發(fā)射服務(wù)的訂單。

3 發(fā)射服務(wù)持續(xù)降價成為全球趨勢

獵鷹－9火箭已帶動全球發(fā)射服務(wù)降價

傳統(tǒng)發(fā)射服務(wù)商向來針對高軌和低軌發(fā)射需求提供不同型號、不同運力的火箭，太空探索技術(shù)公司則憑借復(fù)用獵鷹－9火箭的低成本優(yōu)勢、靈活的發(fā)射軌道策略、產(chǎn)能優(yōu)勢和商業(yè)發(fā)射管理模式，以一款火箭承攬多種軌道發(fā)射服務(wù)，大幅拉低了高軌和低軌發(fā)射服務(wù)價格。

2012年以來，獵鷹－9火箭高軌商業(yè)發(fā)射服務(wù)訂單的實際簽署價格從5400萬美元下調(diào)到5000萬美元以下，其火箭一級、整流罩回收已經(jīng)成為常態(tài)。2022年，太空探索技術(shù)公司對獵鷹－9火箭太陽同步軌道200kg載荷拼車發(fā)射服務(wù)的標(biāo)價為110萬美元，在此基礎(chǔ)上增加的質(zhì)量價格為5500美元/kg（不含適配器、分離裝置、線纜、衛(wèi)星在場操作、加注、星箭對接、測控等一系列必要開支）。承攬獵鷹－9火箭拼車發(fā)射服務(wù)的航天飛行公司（Spaceflight）對5～450kg低軌衛(wèi)星完整發(fā)射服務(wù)的標(biāo)價為14.5～185萬美元，可折算到該公司拼車發(fā)射服務(wù)單位質(zhì)量價格約合0.62～2.9萬美元，衛(wèi)星質(zhì)量越高，單位發(fā)射服務(wù)價格則越低。

航天飛行公司低軌拼車發(fā)射服務(wù)標(biāo)價及折合的單價統(tǒng)計

在獵鷹－9火箭低價格發(fā)射服務(wù)沖擊下，美、俄、歐等主要航天國家和地區(qū)的傳統(tǒng)發(fā)射服務(wù)商普遍降低發(fā)射服務(wù)價格，并明確提出低成本運載火箭發(fā)展方向，堅持通過技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新推動運載火箭研制現(xiàn)代化進程，從而大幅降低發(fā)射服務(wù)成本，提高發(fā)射服務(wù)競爭力。新興火箭公司則無一例外都旗幟鮮明地提出將發(fā)展低成本發(fā)射服務(wù)能力。

美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司通過重組裁員，減少固定資產(chǎn)維護費用，研制計劃2022年底首飛的可復(fù)用的“火神”（Vulcan）火箭，以實現(xiàn)發(fā)射成本減半的目標(biāo)；阿里安空間公司計劃于2023年首飛的阿里安－6火箭則要求單位質(zhì)量成本較阿里安－5火箭減半，2022年7月15日首飛的織女星－C（Vega－C）火箭較之前的“織女星”火箭載荷容積增加1倍、運載能力提升1倍，700km太陽同步軌道運力可達2.3t，發(fā)射服務(wù)價格只比“織女星”火箭小幅增加，這意味著發(fā)射服務(wù)費用實現(xiàn)了減半。俄羅斯國際發(fā)射服務(wù)公司則通過開發(fā)高度標(biāo)準(zhǔn)化火箭模塊開發(fā)整體低成本的“安加拉”（Angara）火箭以替換質(zhì)子號（Proton）火箭，提升競爭力。

多型火箭發(fā)射服務(wù)價格統(tǒng)計（來源：航天基金會《2020年航天報告》）

續(xù)表

歐洲航天公司（Eurospace）2022年7月發(fā)布的數(shù)據(jù)表明，過去5年,全球發(fā)射服務(wù)平均價格為1.7萬美元/kg，其中高軌衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)持續(xù)降價，平均價格為1.9萬美元/kg。

發(fā)展低成本可復(fù)用技術(shù)成為降低發(fā)射服務(wù)價格的普遍選擇

2022年初舉辦的衛(wèi)星大會上，聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司、火箭實驗室公司、阿里安空間公司、藍源公司和太空探索技術(shù)公司介紹了兩年內(nèi)將相繼推出的新火箭，除阿里安－6外全部采取可復(fù)用技術(shù)。針對多年來一直被詬病宇宙神－5的發(fā)射服務(wù)價格過高的問題，聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司明確表示，計劃2022年首飛的可回收型“火神”火箭，將極大降低發(fā)射服務(wù)費用?；鸺龑嶒炇夜镜蛙夁\載能力8～15t的“中子”（Neutron）可回收火箭計劃于2024年實施首次發(fā)射。藍源公司的“新格倫”火箭預(yù)計于2022年底進行首次發(fā)射，實施火箭一級回收，同時考慮整流罩回收。

在太空探索技術(shù)公司推進獵鷹－9火箭低成本可復(fù)用技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用過程中，歐洲政府和企業(yè)界經(jīng)過數(shù)年的討論與博弈，逐漸達成將低成本復(fù)用技術(shù)作為未來火箭技術(shù)發(fā)展方向的共識，最終堅定了開發(fā)火箭可復(fù)用技術(shù)的決心。歐洲航天局計劃為阿里安－6火箭開發(fā)液氫液氧版“普羅米修斯發(fā)動機”，該發(fā)動機將使用3D打印技術(shù)，成本目標(biāo)為阿里安－5火箭使用的火神－2（Vulcan－2）發(fā)動機的1/10，是阿里安空間公司建立低成本、高效率、高可靠發(fā)射服務(wù)能力的重要依托。

隨著低軌運載能力數(shù)百噸的“星艦”（Starship）全復(fù)用運載器投入使用，太空探索技術(shù)公司的發(fā)射服務(wù)價格將可能出現(xiàn)數(shù)量級降低。

4 新興中介技術(shù)服務(wù)商利用軌道轉(zhuǎn)移器優(yōu)化發(fā)射服務(wù)

近年來提供軌道轉(zhuǎn)移器（OTV）技術(shù)的初創(chuàng)航天企業(yè)通過代理拼車發(fā)射服務(wù)成為新興中介技術(shù)服務(wù)商，服務(wù)對象涵蓋1kg的微納衛(wèi)星到百公斤級衛(wèi)星，將其由火箭釋放的最初軌道轉(zhuǎn)移送至最終工作軌道。目前美國的航天飛行公司、莫門圖斯公司（Momentus）和意大利的D-orbit公司已經(jīng)開始通過代理獵鷹－9火箭的拼車發(fā)射服務(wù)空間向衛(wèi)星用戶提供直達工作軌道的一站式技術(shù)中介服務(wù)。截至2022年7月末，軌道飛行公司的“夏爾巴”（Sherpa）軌道轉(zhuǎn)移器通過51次發(fā)射任務(wù)為32個國家提供了將553顆衛(wèi)星送入目標(biāo)工作軌道的服務(wù)，據(jù)稱可在250～1400km范圍內(nèi)提供提升軌道或降低軌道服務(wù)，可廣泛用于低軌、高軌衛(wèi)星、月球軌道任務(wù)等。2023年，該公司將搭乘“獵鷹”重型火箭提供一次月球轉(zhuǎn)移軌道發(fā)射任務(wù)，隨后再降低軌道提供高軌搭載發(fā)射任務(wù)，預(yù)計全程只需15～60天。這與傳統(tǒng)的先將衛(wèi)星發(fā)射到地球轉(zhuǎn)移軌道，再通過衛(wèi)星電推力器進入高軌，相比周期大幅縮短。

5 商業(yè)航天發(fā)射場資源日漸豐富

自2018年以來，美國加快修訂發(fā)射場管理規(guī)范，以促進商業(yè)航天發(fā)射創(chuàng)新發(fā)展，助推商業(yè)發(fā)射服務(wù)能力建設(shè)，指導(dǎo)企業(yè)建設(shè)航天發(fā)射運營能力。目前，美國所有軍用和民用發(fā)射場都配備了服務(wù)商業(yè)航天發(fā)射的保障機制，政府授權(quán)的商業(yè)航天發(fā)射港和私營獨家使用商業(yè)航天發(fā)射港則為加速火箭研發(fā)和應(yīng)用、創(chuàng)新商業(yè)模式、豐富國家航天發(fā)射能力、增強國際航天合作關(guān)系提供了更多靈活的選擇。隨著企業(yè)自主的發(fā)射設(shè)施建設(shè)活動的活躍，美國航天發(fā)射設(shè)施和發(fā)射能力得到了迅速發(fā)展。

截至2022年7月，美國共有3個聯(lián)邦政府授權(quán)的國家發(fā)射場，19個美國聯(lián)邦航空管理局許可的商業(yè)發(fā)射場，2個美國聯(lián)邦航空管理局許可的著陸回收場，以及3家企業(yè)獨家運營使用的發(fā)射場。與此同時，美國多家火箭公司不斷拓展海外制造、總裝和發(fā)射能力，美國可用的海外發(fā)射場資源持續(xù)增加。繼美國火箭實驗室公司在新西蘭常態(tài)化發(fā)射“電子”火箭，維珍軌道公司（Virgin Orbit）于2022年6月27日宣布已經(jīng)獲得在巴西開展航天發(fā)射活動的許可，6月28日宣布于9月在英國開展首次發(fā)射活動。豐富的發(fā)射場資源和靈活的運營機制為發(fā)射服務(wù)商實施高密度便捷發(fā)射提供了堅實保障。

近年來，新西蘭、英國、日本、挪威、澳大利亞、巴西、瑞典、加拿大等國也開始推動本國商業(yè)航天發(fā)射場的建設(shè)。2022年7月21日，法國國家航天中心（CNES）宣布允許德國Isar公司于2024年開始從法屬圭亞那航天中心開展“譜系”火箭發(fā)射活動，這是圭亞那航天中心首次向私營火箭公司開放，成為了歐洲發(fā)射場商業(yè)化的重要里程碑。