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商业上,火箭怎么能便宜?火箭回收真的降成本吗?

  原作者  洞穴之外 理念世界的影子
  垂直回收是SpaceX的成名之作,它是迄今为止世界唯一具备入轨火箭垂直返回的企业,以及当今唯一具备火箭重复使用能力的企业。
  火箭回收有诸多好处,如创新优势、产能优势、全面验证优势,还有一个待考证的优势:火箭回收真的降成本吗?
  关于这个问题,有很多嘴仗,如《SpaceX倾销?|俄罗斯发射服务商长文质疑SpaceX可重复使用经济性 》,俄罗斯GK发射服务公司质疑Falcon价格6200万美元,是因为NASA已经通过国际空间站货运合同为SpaceX提供了70多亿美元的资金,国内市场有有一个"锚"一样的客户,通过这个大客户已经挣钱了,最后火箭发射服务报6200万美元是典型的倾销 。
  笔者4月29日曾在朋友圈解读过这篇文章:
  西方白头雕彭斯响应老大号召不带口罩了,东方北极熊GK发射服务公司受罗戈津感召well shoot了一把(梗shotwell),射出去这两层半逻辑:第一层,空军和NASA爸爸给钱多,倾销了;第二层,倾销手法还挺高明,爸爸花大价钱买买买,用完你再卖第二次。你大兄弟ULA说了,复用10次才有赚头,你被拆穿了,更坐实了第二点,倾销了。 里面信息量很大,数很多,综合并主观理解一下:1)别信musk和shotwell吹,里面只有整流罩600万美元我信;2)根据CRS合同,将飞船估价4000万,分析一级成本5010万,二级1540万,整流罩600万,我信这个。这里全新箭总价7150万,加上发射场35%占比,全新箭报价9650万是靠谱的;3)一级重用计30%,价1503万,加上二级和整流罩硬件总价3640万,加上发射场35%占比,发射一次需花销4900万;4)商业报价6200万,忙活半天赚1300万,真正赚头在NASA给的8040万和空军的8490万。坐实倾销;5)等等,第三条的9650万,以及火箭研制费用怎么算?难不成新箭首飞都是赔的吗?别忘了除了CRS、COTS、CCtCap等等计划,这些年一共给了70多亿美元。 其实这个计算中有3处逻辑硬伤和1处露怯:1) 谁说报价就是产品价格,即使回收了不要钱,SpaceX仍然可以报6200万美元,因为这个市场它没有竞争者,因此计算中很多数值本身不成立;2) 整流罩600万美元是musk大嘴巴说RUAG供阿里安的整流罩,不是指它自己的整流罩;3) 计算中发射场固定抽额35%,这靶场税可比高通税厉害多了,NASA发射场对SpaceX抽额不知,但可能没有这么高;4)航空航天说倾销也没啥意思,而且北极熊分析时直接使用重复使用一级价格降到30%,就已经输了。Musk大义凛然:你们没有重复使用,需不需要对落后国家提供技术援助(这句是美苏首颗卫星发射时的梗,美国先锋号火箭因为增压能力不足跌落发射台,苏联代表就在联合国嘲讽美国代表:"美国是否愿意接受外国的援助,莫斯科有向落后国家提供技术援助的计划")。
  那么,回收是否挣钱呢?Falcon便宜是因为回收吗?
  笔者的回答是:回收肯定能挣钱,但有前提条件;其次Falcon便宜,回收是原因之一,但还有几个更重要原因。
  为简化计算,不单独计算为回收增加的硬件成本(包括支腿、栅格翼、回收电气等),它们已经被次数分摊,以及纳入30%的复用价格中。
  设火箭可回收部分在硬件成本中占比为x,此部分复用价格为原来的30%(不确定,此处采用GK发射服务公司说法计算),回收后运载能力降低y,则回收后单价与回收前比值为
  (0.3x+(1-x))/(1-y)=(1-0.7x)/(1-y)
  针对运载能力降低20%-40%,可以绘制回收后单价与回收前比值图见下。
  图 回收后单价与回收前比值
  从图中可以读出:
  运力损失越大,回收效益越低;可回收部分成本占比越小,回收效益越低;
  当运力损失30%时,可回收部分成本占比必须高于42%才会取得效益;
  当可回收部分成本占比70%时,回收运力损失20%~40%时,单价为不回收状态60%~90%之间。
  这里的重要变量是运力损失和可回收部分成本占比。
  为简化分析,可假设发动机按数量各级平摊,结构按数量各级平摊(火箭中材料费占比较低),电气系统(不含回收)和整流罩价格基本在上面级。
  对于Falcon 9类似构型,若发动机价格当量35,电气系统当量25,整流罩当量5,结构当量35,则一级可回收部分价格占比为(9/10*35+35/2)/(35+25+5+35)=49%,当运力损失30%时,回收只能打到94折。
  对于Falcon 9,电气系统大量采用通用化技术,假设电气当量降到5,则一级可回收部分价格占比为(9/10*35+35/2)/(35+5+5+35)=61.25%,当运力损失30%时,火箭单价可以打82折;当整流罩进一步回收时,则回收部分价格占比为67.5%,此时火箭单价可打75折。
  若Falcon9为三级火箭,即使电气很便宜,一级价格占比仍为(9/11*35+35/3)/(35+5+5+35)=50.38%,回收的折扣仍不大。
  上次计算中假设和人为设置参数较多,分析结论数值上存在偏差,但笔者认为相关结论仍适用,即Falcon火箭回收确实能够降成本,但如果需要大幅降成本,需要使得能回收部分在价格占比中越大越好,目前Falcon采用二级火箭状态,电气系统成本占比很小,均利好回收 。
  那么,是否只要其它火箭按Falcon状态配置,就可以采用回收大幅降成本,实现商业赚钱这个目的呢?
  Falcon便宜,回收是原因之一,但还有几个更重要原因:
  广泛采用模块化和组合化设计 ,贮箱形式、发动机统一,大幅降低了研制成本和生产线成本;
  广泛采用通用化设计 ,电气系统采用商用、工业类电子元器件,通过冗余设计满足可靠性同时,大幅降低了成本;
  管理成本低 ,公司曾多年维持在百人规模,2012年才扩张到千人,目前也只有6000人,已完成了发动机、火箭、飞船等研制和百次发射;
  火箭运载能力大,降低了每千克单价 。统计国内外多个型号运载能力与单价并进行曲线拟合,可以得出结论:火箭运载能力大1倍,每千克单价打8折。
  图 运载火箭单价与运载能力关系
  类比一下Falcon 1和Falcon 9,Falcon 1运力470kg,价格670万美元,如果Falcon 9单价与之一致,则运力22.8吨报价将达到3.25亿美元。若考虑运载能力增大,可打折(0.8^log2(22.8/0.47))=0.2866,则报价为9300万美元,正好接近Falcon 9不回收状态的报价9000万美元。
  大运载能力带来三个好处:
  火箭大了部件单价降低 。火箭大了,贮箱、发动机等变大,但单价会变低,就像1个100m3贮箱当然要比2个50m3便宜,1台90吨发动机也比3台30吨发动机便宜。
  只有大火箭才能将固定成本比例摊薄 。火箭上有部分固定成本硬件,如电气系统,无论是大火箭、还是小火箭,电气系统价格基本一致,大火箭可以分摊电气系统成本,就像同样花费600万的电气成本,在3000万的小火箭上占比20%,在1亿元的中型火箭上占比只有6%。
  只有大火箭才有运力能力余量用于返回 。就假设一颗卫星500千克,一个1吨能力中型火箭能打2颗,返回后能力即使有700千克能力,也只能打1颗,由于分母的不连续性使得价格优势发生了颠覆性变化。而Falcon能力达到22.8吨,返回状态可打60颗卫星,不会因为差1颗2颗导致价格的剧烈变化。
  综上,火箭回收了的确会便宜,但并不代表具备回收能力的火箭就比不回收的便宜。这里面还涉及火箭大小、火箭可回收部分成本占比,以及设计、生产状态等。
  以上原因中间火箭大小是最重要变量 ,以SpaceX自己的Falcon 1和Falcon 9为例,火箭大小带来的折扣为3折,而回收最多只能带来6~7折折扣。为了达到10万元/kg的行业主流水平,1吨运力火箭是一个平衡值。

在那遥远的地方有颗鸟神星鸟神星位于柯伊伯带海王星轨道的外部区域,鸟神星因生育之神拉帕努伊而得名。它与其他几颗矮行星冥王星,阋神星和妊神星并不遥远。鸟神星比冥王星略小,从地球上看过去,它是柯伊伯带第二明亮的从云端,到星际探秘诞生在浙大的航空航天科技成果从梦想飞行到翱翔云端,从仰望星空到登陆星球,过去的一个多世纪见证了人类的航空航天技术迅猛发展,数千年的飞天神话成为现实。近日,一份汇集70多位科学家和行业领袖见解的研究报告引起科学关于太阳系中的行星,不可不知道的事呦!水星水星只比月亮大一点是太阳系中最小的行星,也最接近太阳。水星是运转最快的行星,公转周期相当于地球上的88天。取自信使神太空船的水星合成影像,图NASAAPL金星金星缓慢地朝着与大俄媒称美载人飞船或7月前往空间站系2011年起首次中新网3月22日电据俄罗斯卫星网报道,俄火箭航天领域消息人士透露,自2011年起美国宇宙飞船首次载人前往国际空间站的发射工作,计划在7月底进行。资料图当地时间3月8日,美国太空探索木星还是地球?两者体积差了318倍,但是它们看起来如此相似?自从冥王星被排除出行星行列以来,太阳系只剩下了八大行星,这八大行星形状各不相同,尤其是老大哥木星,它是八大行星里体积最大的行星,但是尽管如此,我们其实可以发现太阳系的行星存在异曲同还是不明白相对论是啥意思?来看看最全面的解释!(上)物理学的重要研究对象之一就是研究物质的运动规律。自从伟大的牛顿被苹果砸头之后,人们普遍将牛顿三定律奉为物质运动规律最完美的诠释,直到爱因斯坦的出现。这位外星人用他的奇思妙想对牛顿定美国航天局选择放弃机遇号原打算使用90年,却只有14年!文某凡美国航天局选择放弃机遇号原打算使用90年,却只有14年!随着如今科学技术的不断发展,人们对宇宙探索的欲望也是日益强烈,然而早在上个世纪美国和苏联两国就率先开始了探索宇宙的浩大太阳系八大行星中谁的卫星最多?木星,是太阳系八大行星中体积最大也是自转最快的行星,这是一颗气态行星,巨大无比,位于太阳系中从内向外第五位。木星的质量最大,卫星也最多。木星的卫星数量,目前知道一共有67颗,这包括南极冰原底下藏着哪种地质结构?对全球海平面上升有何影响?南极看起来就像是一块被冰封的平坦沙漠,但最近的一项国际调查发现,在它的地表下面,还有一套相当复杂的地形,可能对地球海平面的上升产生重大影响。借助一项广泛的航空地理调查项目所收集的数月球采矿计划到底何去何从?要实现必须解决这几个难题月球地球的未来推进剂仓库?来源NASA越来越多的专家一致认为,这块第八大洲是地球附近的一个自然资源世界,它就位于地球引力井的边缘,正等着我们去开采。抛开幻想热情不谈,清晰才是第一步超精密测量显示宇宙现在的膨胀速度比早期快!博科园本文为天文学类宇宙中有些东西不太对,至少根据物理学家目前所知的一切。随着时间的推移,恒星星系黑洞和所有其他天体都在以更快的速度相互远离。过去我们在宇宙附近的测量发现,宇宙向外
惨,美国人民正在被疯狂割韭菜不久前,就在我们中国的新冠肺炎疫情最猛烈的时候,网络上曾经不断出现一些所谓的神医宣称能治疗或预防人们感染新冠病毒,并如同割韭菜一般,从许多不明真相的群众那里收取了大笔智商税。如今,玻尔巧遇海森堡,量子迷雾一扫光,普朗克常数再发威书接前文,昨天老郭在原子模型一文中,提到了玻尔的原子模型打开了量子力学的大门,这里来讲一讲,量子力学的大门究竟是什么?一在通往量子力学的路上,玻尔巧遇驱雾人话说,玻尔成功利用自己的未来不用燃料,用激光就能发射火箭来源中国运载火箭技术研究院公众号从第一枚火箭升空到人类成功实现载人登月和空间站航天飞机在轨运行,航空宇航推进技术得到了长足的发展。人类探测开发宇宙空间的需求日益增强,目前各国火箭推SLS构造分析之大橙罐起飞级,拉伸的航天飞机燃料罐作者传说中的葱酱我们在最初的SLS专栏里说过,固推是我们给重力冲量的答案那么用同样的比喻手法,引力井的答案则是橙罐。我们已经讲过了SLS的五段式固推如何较前代的四段式助推器进行的改人体能忍受的最高温度是多少?这取决于湿度。随着气候变化导致全球气温上升,极端高温正变得越来越对健康构成威胁。那么,人们能忍受的最高温度是多高呢?答案很简单根据2020年科学进展杂志的一项研究,湿球温度为35摄中熵钙钛矿用作中温固体氧化物燃料电池阴极材料的研究中熵钙钛矿Sr(FeTiCoMn)O3用作中温固体氧化物燃料电池阴极材料的研究喜欢就关注我们吧,订阅更多最新消息第一作者沈乐宇,杜志鸿通讯作者赵海雷教授通讯单位北京科技大学材料学科夏宝玉团队最新ACSnano,水合肼燃料电池新进展喜欢就关注我们吧,订阅更多最新消息第一作者YaYan,JunYeZhang,XueRongShi通讯作者王现英,夏宝玉通讯单位中科院上海硅酸盐研究所,华中科技大学DOIhttpsd东北师大吴兴隆均匀Li通量分布助力高稳定性耐温度变化锂负极喜欢就关注我们吧,订阅更多最新消息全文速览针对锂金属不均匀沉积造成的锂枝晶生长以及死锂疯狂聚集等问题,本工作利用平行排列的具有多孔结构的轻质碳骨架,在电镀过程中为锂沉积提供足够的空新手开车一定要注意这件事,不要像我,因为无知把自己吓半死昨天下班的时候,天空阴云密布,风雨欲来,空气极度潮湿,我像往常一样开着刚买两星期的新车往家走,大约开到一半的时候,我发现周围渐渐上起雾来,视线逐渐模糊,很快路上的车辆与行人就慢慢消太阳系看不见的海洋给大家报个喜,太阳系的面纱斯开了一角。太阳系里的海洋用眼是看不见的,我们只能用心去看。如果我们把频率比着海水,那么我们就能看清楚太阳系的海洋了,太阳系里海洋在什么地方呢,有多大呢?原子制造工厂地球地球每天吸收了大量的光能,同时也逃出了大量的原子来平衡地球质量,这样保障引力和轨道稳定,其实地球的引力和轨道一直在变化,从火山到冰川都是因为地球质量发生了变化而引起了引力变化,轨道