商業(yè)火箭,想說愛你不容易——(一)中途夭折的商業(yè)火箭起步之旅
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2024-06-10 21:02
商業(yè)火箭的起步需要傳統(tǒng)火箭工業(yè)的技術擴散。但這還遠遠不夠,資金與市場是更關鍵的問題。
獨家專題
《商業(yè)火箭,想說愛你不容易》
出品 |太空與網(wǎng)絡
文 | 宇宙工程師
第一次浪潮:中途夭折的商業(yè)火箭起步之旅
商業(yè)火箭的第二次發(fā)展浪潮:難以復制的SpaceX
現(xiàn)實與挑戰(zhàn):中國商業(yè)火箭未來之路怎么走?
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2023年11月2日,馬斯克在X.com社交平臺宣布,SpaceX和星鏈/Starlink均達到正現(xiàn)金流。引發(fā)全球航天界特別是商業(yè)航天領域的強烈關注。
馬斯克沒有說大話。進入2024年3月,隨著各種數(shù)據(jù)的披露,SpaceX2023年度的經(jīng)營狀況得以完整呈現(xiàn)。
綜合各種公開信源顯示,2023年,SpaceX迎來了經(jīng)營轉(zhuǎn)折點,全年總收入87.21億美元,其中發(fā)射收入35.09億,星鏈收入41.78億,并實現(xiàn)了創(chuàng)立以來的首次年度盈利。應該說,這是一份令人鼓舞的的成績單,特別是對于長期陷于虧損泥潭和財務困境的眾多商業(yè)火箭企業(yè),不啻于一劑強心針,看到了未來發(fā)展的希望與曙光。
同樣也在3月,曾經(jīng)風光無限的商業(yè)火箭公司Astra正式宣布私有化。Astra公司三年前通過SPAC方式借殼上市,估值曾高達21億美元,一時風頭無兩。但現(xiàn)在的估值僅剩1125萬美元,約為最高估值的千分之五左右。這家公司此前試圖出售資產(chǎn)續(xù)命未果,私有化便成為避免破產(chǎn)的唯一選擇。
同為商業(yè)火箭企業(yè),SpaceX的意氣風發(fā)和Astra的落寞窘迫,形成了鮮明對比,商業(yè)火箭的前景也因此更顯撲朔迷離。
但是,如果我們將視線轉(zhuǎn)向商業(yè)火箭的整體發(fā)展狀況,Astra公司的遭遇似乎更具普遍性,也更真實地體現(xiàn)出商業(yè)火箭面臨的現(xiàn)實困境。事實上,目前全球商業(yè)火箭企業(yè),能夠盈利的只有 SpaceX等寥寥數(shù)家,其余絕大部分還處于“叫好不叫座”的艱難圖存中。
那么,商業(yè)火箭的未來究竟是“山重水復疑無路”的困頓迷茫,還是“柳暗花明又一村”的豁然開朗?
對此,我們不妨從商業(yè)火箭的發(fā)展歷史、現(xiàn)實狀況和未來走向等幾個維度進行簡單的梳理和討論。
早期的運載火箭從戰(zhàn)略彈道導彈衍生而來,具有“高技術、高風險、投資大、回報低”等特點,傳統(tǒng)上由各國政府主導和掌控。但隨著商業(yè)航天的出現(xiàn),商業(yè)公司開發(fā)的運載火箭也開始登上歷史舞臺,時至今日,由于SpaceX獵鷹火箭的巨大成功,讓商業(yè)火箭一時炙手可熱。
但如果認真梳理商業(yè)火箭的成長史,可以發(fā)現(xiàn),商業(yè)火箭的發(fā)展并非一帆風順,而是一波三折,甚至舉步維艱。其間,成功者寥寥,而失敗者眾,可謂白骨累累。
商業(yè)火箭的發(fā)端可以追溯到上世紀70年代。最早研制運載火箭的商業(yè)公司,是1974年成立的德國OTRAG公司,但令人遺憾的是,OTRAG的火箭并未成功。
因此,第一個真正意義上的商業(yè)火箭企業(yè),實際上是成立于1980年的美國太空服務公司(SSIA),它成功研發(fā)了大篷車/Conestoga I火箭,第一級使用民兵I固體洲際導彈的第二級發(fā)動機,加上小型二三級固體發(fā)動機。大篷車I火箭于1982年9月9日發(fā)射越過卡門線。但太空服務公司也沒能笑到最后,1995年該公司進行了第一次也是最后一次軌道發(fā)射嘗試,隨著大篷車1620火箭在發(fā)射后爆炸,公司即吿破產(chǎn)。
1982年成立的軌道科學公司則后來居上,它收購了亞軌道火箭廠商太空數(shù)據(jù)公司,同時獲得了美國空軍退役的固體彈道導彈技術,研制出了飛馬座/Pegasus空射運載火箭,并于1990年4月5日首發(fā)成功。飛馬座是第一種由商業(yè)公司研制發(fā)射的軌道級運載火箭,作為商業(yè)火箭的先行者相當成功,自1990年以來進行了45次發(fā)射,其中40次獲得成功。后來,軌道科學公司還以退役的和平衛(wèi)士洲際導彈為基礎,繼續(xù)研制出當時最大的固體運載火箭——米諾陶/Minotaur系列火箭。各型米諾陶火箭累計執(zhí)行了24次航天發(fā)射任務。
與此同時,美國政府和民間對商業(yè)火箭發(fā)展的熱情也日益高漲。1983年里根總統(tǒng)發(fā)布第94號國家安全決策指令,鼓勵一次性運載火箭的商業(yè)化。1984年美國國會通過《商業(yè)太空發(fā)射法案》,鼓勵商業(yè)發(fā)射公司的發(fā)展。隨著法律障礙的逐漸掃清和扶持政策的陸續(xù)出臺,美國商業(yè)火箭迎來了上世紀80年代初到90年代末的第一次發(fā)展浪潮。
這一時期,新創(chuàng)商業(yè)發(fā)射公司不斷涌現(xiàn)。商業(yè)發(fā)射的概念更是五花八門,層出不窮。
1993年,Kistler航天公司成立,曾參與“阿波羅計劃”并被譽為航天飛機之父的George Mueller加盟,雄心勃勃的開始研制K-1火箭。K-1火箭是一種完全可重復使用的商業(yè)運載火箭,第一級使用3臺蘇聯(lián)時代研制生產(chǎn)的NK-33發(fā)動機,分離后動力返回發(fā)射場,使用降落傘和氣囊著陸回收,總體概念十分新穎和先進。
1997年,美國銀行家安德魯·比爾創(chuàng)立了比爾航天公司(Beal),先后開發(fā)BA-1和BA-2火箭。BA-2二級火箭使用過氧化氫和煤油做推進劑,發(fā)動機都采用擠壓循環(huán)方式,一級發(fā)動機BA-3200推力14100千牛,二級發(fā)動機BA-810推力3600千牛,這個970噸重近地軌道運力17噸的火箭,可以說是冷戰(zhàn)時期“大笨箭”(Big Dumb Booster)思想的延續(xù)。
老牌火箭廠商也不甘落后,馬丁公司推出了商業(yè)大力神3火箭,麥道公司推出了德爾塔3火箭,洛克希德公司則推出了雅典娜固體火箭。
然而,這一繁榮景象在2000年左右戛然而止。表面上的原因是NASA在這一年啟動了航天發(fā)射倡議(SLI),開發(fā)新一代發(fā)動機和復用航天運載器,斷絕了商業(yè)發(fā)射公司承接NASA發(fā)射任務的可能,導致比爾航天公司以及Kistler航天公司先后夭折:2000年比爾航天公司停止運營,2003年Kistler航天公司申請破產(chǎn)保護。
但造成這種狀況的根本原因還是商業(yè)發(fā)射市場的發(fā)展遠遠不及預期,商業(yè)火箭公司的生存極度依賴政府和軍方的訂單。在這一輪商業(yè)發(fā)射公司浪潮中,只有軌道科學公司碩果僅存。
商業(yè)火箭早期發(fā)展舉步維艱,其實相當正常。運載火箭作為高科技產(chǎn)品,研發(fā)耗資耗時,投入極大,而風險又極高,遠非一般投資者能夠或者愿意承擔。同時,商業(yè)火箭的技術、市場、人才乃至基礎設施大都由政府或軍方掌控,民間商業(yè)發(fā)射市場需求又極小,難以形成維持生存和發(fā)展的商業(yè)閉環(huán)。
例如,商業(yè)火箭的先行者OTRAG公司,它的多級火箭由6米長、27厘米直徑的通用火箭單元(CRPU)并聯(lián)而成,CRPU是使用硝酸煤油作為推進劑的小型液體火箭,OTRAG公司試圖通過小型火箭降低研發(fā)難度和復雜度,但進展很不順利,最終無疾而終。
太空服務公司也是如此,他們研制的第一款火箭名為Percheron,同樣是模塊化設計,每個模塊長11.5米,直徑1.2米,使用擠壓循環(huán)的煤油發(fā)動機,希望通過降低技術難度減少研發(fā)成本,但1981年單模塊地面點火測試爆炸后,該公司只好轉(zhuǎn)向美國空軍的民兵I導彈發(fā)動機技術??梢哉f,對于早期投身商業(yè)航天發(fā)射的先行者而言,如果沒有傳統(tǒng)火箭公司的幫助,甚至造不出真正的運載火箭。
很顯然,商業(yè)火箭的起步需要傳統(tǒng)火箭工業(yè)的技術擴散。但這還遠遠不夠,資金與市場是更關鍵的問題。
太空服務公司創(chuàng)建后獲得600萬美元的投資,成功研制出大篷車I固體火箭。大篷車I火箭不僅飛過卡門線,彈道頂點高度還達到了313公里,這一成功鼓舞了美國國會通過1984年商業(yè)太空發(fā)射法案,但要研制具備軌道發(fā)射能力的運載火箭,還需要更多的投資。公司創(chuàng)始人漢納(Hannah)預計大篷車300運載火箭的研制至少需要2000萬美元,盡管美國政府提供了立法和政策支持,但由于當時航天飛機搭載衛(wèi)星發(fā)射的價格較低,加之人們對商業(yè)遙感衛(wèi)星市場普遍持懷疑態(tài)度,商業(yè)發(fā)射幾乎無星可射,融資也就相當困難。
面對市場乏力和融資艱難的雙重壓力,太空服務公司不得不沉寂多年。直到1990年NASA招標發(fā)射微重力實驗的小型運載火箭,選中了大篷車1620火箭,太空服務公司才重振旗鼓。但也僅是曇花一現(xiàn)。隨著1995年大篷車1620火箭發(fā)射失敗,公司再也無力支撐,隨即宣告破產(chǎn),徹底退出了商業(yè)火箭的舞臺。
既缺資金又缺技術,更無市場支撐,慘淡出局也就毫不意外了,作為早期商業(yè)火箭公司中的佼佼者,太空服務公司的遭遇是具有相當?shù)拇硇缘摹?/span>
相較之下,軌道科學公司能夠碩果僅存并非偶然。
1982年軌道科學公司創(chuàng)立時,德州商人Sam Dunnam和石油商人Fred C. Alcorn就提供了資金支持,公司財力較為雄厚。同時,軌道科學公司的業(yè)務也沒有完全局限在火箭領域,早在1985年,它就得到NASA的合同,提供最多4個軌道轉(zhuǎn)移級飛行器;1987年,使用低軌道衛(wèi)星遠程搜集數(shù)據(jù),萌發(fā)了建設Orbcomm星座的創(chuàng)意;1988年,收購亞軌道火箭的領頭羊太空數(shù)據(jù)公司,加強了火箭研制實力。軌道科學公司還具備衛(wèi)星研制能力,1987年論證飛馬座火箭商業(yè)可行性時,主要業(yè)務就是發(fā)射本公司Orbcomm通信衛(wèi)星和OrbView遙感衛(wèi)星。軌道科學公司和固體火箭供應商大力神(Hercules)航天公司各出資3000萬美元,聯(lián)合進行飛馬座火箭的研制,NASA也向軌道科學公司提供了很多幫助,包括前5次發(fā)射以成本價提供B-52母機,以及火箭首飛發(fā)射飛馬座衛(wèi)星的合同。
圖 飛馬座火箭及B-52載機
毫無疑問,軌道科學公司飛馬座空射火箭的成功,既有資金實力雄厚的因素,也有自身的商業(yè)發(fā)射需求,更離不開美國軍方和NASA的大力扶植。但即便如此,高昂的價格依然成為其獲得更大發(fā)展的主要障礙。
原版飛馬座火箭發(fā)射價格高達600萬美元,2019年飛馬座XL火箭發(fā)射NASA的ICON衛(wèi)星時,更是創(chuàng)下了5630萬美元的價格記錄(火箭LEO運力約450千克,發(fā)射成本合12.5萬美元/千克)。無論當年還是現(xiàn)在,飛馬座空射火箭的單位發(fā)射成本都遠遠高于傳統(tǒng)火箭,它的優(yōu)勢更多在于空射方式和小固體火箭具有的發(fā)射靈活性,這一獨特的市場定位,是飛馬座空射火箭獲得成功的一個重要因素。但這是相當小眾的市場優(yōu)勢,只能算作一個特殊的個案。
而其他的商業(yè)火箭公司,如比爾航天公司以及Kistler航天公司,不幸遭遇上世紀90年代商業(yè)通信衛(wèi)星的退潮,火箭尚未研制成功就失去市場空間,公司先后破產(chǎn)實在不足為奇。
商業(yè)發(fā)射市場的低迷,不僅使大多數(shù)新創(chuàng)商業(yè)火箭公司夭折,也讓老牌公司推出的大力神3、德爾塔3和雅典娜等商業(yè)火箭也隨之迅速偃旗息鼓,還影響到洛馬公司和波音公司研制的新一代運載火箭。美國空軍漸進一次性運載火箭(EELV)項目推動研制了宇宙神5和德爾塔4火箭,它們在研制階段著眼于商業(yè)發(fā)射需求建立了大產(chǎn)能的火箭生產(chǎn)線,結果實際發(fā)射需求遠遠不及預期,巨額投資的生產(chǎn)線導致EELV火箭發(fā)射成本極高。不僅讓美國火箭退出國際市場,連美軍和NASA都叫苦不迭。也為SpaceX公司廉價火箭的崛起打下了伏筆。
從商業(yè)火箭早期發(fā)展的經(jīng)驗和教訓來看,商業(yè)火箭公司的成功,既要有充足的資金支持,還需要充分的技術外溢,更要有具有競爭力的價格;最重要的,要有滿足生存和發(fā)展的市場。顯然,在第一輪商業(yè)火箭發(fā)展的熱潮中,這幾個要素很難完全具備,艱難坎坷、甚至中途夭折也就在所難免。
《商業(yè)火箭的第二次發(fā)展浪潮:難以復制的SpaceX》
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