大型重型和超重型商业发射服务的未来是地月经济

　　本刊观察：
　　大型、重型和超重型
　　——商业发射服务的未来是地月经济
　　文 | 李刚
　　2021年1月18日，美国维珍轨道公司的运载器一号火箭成功地将9颗小卫星送入地球轨道。
　　这次成功，意味着世界上如今已经有7种商业化的小型运载火箭实现了成功。同时，尚有一些小型运载火箭正在研制当中，市场似乎呈现出相当繁荣的景象。但，这样＂繁荣的景象＂背后的真相如何呢？
　　小型火箭市场前景分析
　　小型火箭的兴起，与两个因素密不可分：作战快速响应航天和微小卫星。其中，微小卫星并不一定需要主流的大型运载火箭来发射，也因此而不一定需要使用主力发射工位和测控系统。使用小型运载火箭，微小卫星可以拥有更多地发射机会。作战快速响应航天则是美国为了满足军事C4ISR需求而提出的理念，试图把航天支援从战略级别下沉到战术级别，为了满足具体战区的需求而快速发射卫星、投入使用。
　　正是这两个概念，使小型火箭一直处在市场边缘。
　　作为发射服务的创业企业，把小型火箭作为进入市场的第一个里程碑，是无可厚非的。毕竟，相当多创业团队依靠从体制内走出的工程技术人员，需要一个型号来整合内部运行流程、验证管理机制和团队能力。但是也需要充分认识到，小型火箭和小卫星快速发射是一个边缘化的市场，从长期来看，它无法支撑多家企业同时盈利。
　　首先，可以通过讨论微小卫星的发射服务市场来做一定的判断。
　　随着小卫星平台的标准化和搭载服务的不断成熟，特别是主力大型运载火箭发射频率的提高，缺少发射机会正在逐步成为历史。猎鹰九号在2020年已经实现了26次发射，2020年底首飞成功的长征八号正在努力实现每年20到30次发射的服务能力，国内的商业火箭企业北京中科宇航探索技术有限公司，瞄准的也是这个频繁飞行的方向。这样的频率已经能够覆盖绝大多数小卫星用户的发射需求。
　　各类立方星的星箭接口和部署器正在逐步标准化，大型运载火箭的＂公交化＂是很有希望实现的，在猎鹰九号1月25日刚刚完成的transport-1任务中，将143颗卫星送入轨道。这就让＂拼车化＂甚至＂专车化＂的小型运载火箭市场进一步被压缩。可以说，只有在一些时间敏感型的市场上，包括紧急补网发射、针对短暂自然现象的科学探索、为满足时间节点需求的窄窗口发射等，小型火箭才能表现出比较强的竞争力。
　　（图）猎鹰九号transport-1任务概况
　　ORS的需求则受到美国军事政策的强烈影响。它提出的时候正值＂反恐战争＂高潮。近几年，虽然美国国防部下属的高级研究计划局、航天发展局一直维持着对快速反应小型火箭的投资，但是所投入的经费和需求前景都是非常有限的。
　　目前全球共有六家小型商业发射服务商已经进入正式运营或试运营，分别是美国的诺斯罗普-格鲁曼公司创新部（＂飞马座＂空射火箭）、维珍轨道公司（＂发射器一号＂空射火箭），中国的中国长征火箭有限公司（长征11和捷龙一号）、北京星际荣耀空间科技股份有限公司（双曲线一号）、星河动力（北京）空间科技有限公司（谷神星一号），新西兰火箭实验室有限公司（＂电子＂火箭，有些媒体也把这家公司归于美国）。另有一些企业正在火箭研制的过程当中。这样多的供应商集中在一个前景有限的市场上，意味着很难取得足够的营业收入和利润，来支撑研发及产能扩张。经过一段时间的市场竞争，世界上很可能根据＂ITAR之内＂和＂ITAR之外＂，形成两个小型火箭市场，各自容纳极少量企业。
　　（图）一枚诺斯洛普·格鲁门飞马座 XL 火箭被安装在一架 L-1011运载火箭下面，这架火箭将在周四晚上从佛罗里达东海岸发射升空。
　　可以看出，发射服务创业者面临着资金少、产能低的困境，用小型火箭来作为入门级业务，是具有合理性的。但这并不应当成为创业者们的最终目标。用小型火箭来证明自己的能力、争取资本的支持来开发大型、重型火箭，进入主流市场，才是正确的考虑。
　　地月空间经济是发射服务的蓝海
　　航天发射服务的市场，与整个商业航天市场的发展是分不开的。如今的商业航天市场以政府采购和消费型卫星服务为主要的最终需求，牵引着发射服务的发展。卫星服务在地球轨道上开展，主要运行在静止轨道、倾斜同步轨道、中圆轨道、太阳同步轨道和低轨道上。其中又以静止轨道、太阳同步轨道和低轨道的发射最为频繁。
　　然而，这只是眼下的发射服务市场。具有前瞻性的商业航天人士已经把目光投向了更加广阔的空间，也就是：地月空间经济区。这为发射服务企业展现了全新的蓝海市场。
　　早在2019年10月30日，中国航天科技集团有限公司科技委主任包为民在2019年CALT论坛上发表报告时中表示，未来中国地月空间的经济总产值潜力巨大。中国必须发展出高可靠、低成本、航班化的进出空间运输系统研究，力争在2030年完成基础问题研究，突破关系技术；在2040年建成高可靠、低成本、航班化的航天运输系统，到2050年左右建成地月空间经济区。
　　从陆地、空气空间、海洋的产业发展历史来看，人员频繁往来和大宗货物的运输，将极大地推动这个具体空间内的运输工具发展。人类在陆地上已经生存了数十万年，有据可查的轮式交通工具发展已经超过5000年，至今依然方兴未艾。
　　地月空间经济区的发展，空间太阳能电站、月球基地的建设和运行，小行星矿产的开发，将成为发射服务的主要服务对象。
　　根据包为民院士的预测，2050年后地月空间经济的规模将达到10万亿美元以上。如果按照2019年发射服务业在航天产业中的产值占比（2.24%），2050年的发射服务市场收入将达到2235亿美元以上。这里还没有考虑到更复杂的业态，例如月球表面上升、小行星表面上升、空间摆渡等等。
　　仅仅考虑天基太阳能电站这一项内容，部署在地球静止轨道上的电站质量达到万吨级。我们假设地球同步转移轨道和静止轨道之间采用核动力或者太阳能电推进渡船来转运，那么使用猎鹰九号火箭，要发射1200次以上，才能把一万吨载荷送入地球同步转移轨道；使用重型猎鹰火箭，要发射380次。按照猎鹰九号单次发射6200万美元的收费标准，一个天基太阳能电站创造的发射服务产值就将达到746亿美元以上。超过了2010~2020年全球发射服务营收的总和。即使猎鹰九号发射价格能降低到2800万美元的理想值，总发射服务产值也将达到337亿美元。
　　中国已经宣布，要在2060年达到碳中和。在具体的节能减排措施中，有很大可能包括天基太阳能。这就要求在2050年前后建成相当数量和规模的天基太阳能电站。这对发射服务的需求非常现实和紧迫，市场潜力也非常巨大。
　　当今的小型火箭一般服务于太阳同步轨道和低轨道发射需求，有关企业给出的火箭指标中，高度最大的是700千米太阳同步轨道，载荷能力在数百千克。要想服务于地月经济，必须有发射能力更强的火箭，要能够实现发射从地球轨道去往月球轨道、小行星轨道的能力，载荷重量至少以吨计算，甚至要达到几十吨。也就是说，必须研制大型（长征八号等级）、重型（长征五号或者重型猎鹰等级）甚至超重型火箭（长征九号等级），才能参与地月经济地开发。否则将在边缘化市场上徘徊。而且，大型及以上运载火箭的航班化，将为小卫星搭载提供更频繁、更低价的服务机会，蚕食甚至消灭小型火箭的市场空间。
　　如果按照前文当中的预测，发射服务企业还有20年的时间来研制服务于地月空间经济区的航天运输系统，从地球表面起飞的发射能力应当不小于长征八号运载火箭。到目前为止，已经实现了大型和重型火箭飞行的商业航天企业只有美国的太空探索技术公司。提出想法的包括蓝色起源公司（＂新格伦＂火箭）和北京中科宇航探索技术有限公司。后两者的技术积累较为扎实，飞行时间表较为可信。在2030年前后即有较大可能进入主力发射服务市场。考虑到大型以上火箭的研制难度和周期。对其他企业来说，要在2040年前后进入主流发射服务市场，时间已经非常紧迫。
　　对资本来说，时间窗口可能更加狭窄。为了扶持一个能够在2040年前后进入商业发射服务前三甲的企业——至少是国内前三甲——需要在近三年内识别并且确认有发展潜力的创业企业，加以扶持，依次完成各主要节点，实现日常化的业务发射。同时，资本还有必要搭建更大范围的地月经济产业生态，为发射服务企业创造产能出口，实现产业生态的自我维持和发展。而这，将是今后20年时间里，商业发射服务市场最重要的努力方向。