火箭發(fā)射產業(yè)研究：誰將奪“甲”打開星辰大海

火箭發(fā)射產業(yè)研究：誰將奪“甲”，打開星辰大海1.商業(yè)航天方興未艾，各國積極“搶灘登陸”1.1.航天政策：各國鼓勵商業(yè)航天產業(yè)發(fā)展太空是龐大的資源寶庫，具有重要的政治、經濟、技術意義。但軌道資源有限，如何提高太空領域競爭力成為各國的焦點議題?，F如今越來越多國家意識到，促進航天事業(yè)的快速發(fā)展，不僅需要國家的投入管理，還需要市場資本的注入以提高資源配臵效率、促進航天產業(yè)技術創(chuàng)新。各國相繼發(fā)布戰(zhàn)略政策，打破航天事業(yè)原有的封閉狀態(tài)，鼓勵商業(yè)航天產業(yè)發(fā)展，力求構建完善、合理、高效的商業(yè)航天產業(yè)生態(tài)，搶占太空資源戰(zhàn)略高地。相比于美國，我國商業(yè)航天事業(yè)放開時間較晚，商業(yè)航天市場直至2015年才實現了從無到有的突破。美國1984年發(fā)布《空間商業(yè)發(fā)射法案》，正式向私營企業(yè)開放航天領域。我國直至2015年發(fā)布《國家民用空間基礎設施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025）》，第一次明確鼓勵民營企業(yè)發(fā)展商業(yè)航天，2015年也被稱為“中國商業(yè)航天元年”。1.2.資本推動產業(yè)發(fā)展：航天事業(yè)投融資活動近年起量受全球經濟形式影響，航天領域投資額下降。根據美國航天資本公司(SpaceCapital)官網，自2014年起至2023年前三季度為止，全球航天市場總融資2839億美元。2022年全球商業(yè)航天行業(yè)發(fā)生438次融資活動，共獲得222億美元融資，與2021年相比融資額呈下降趨勢，資本進入觀望期。2022年航天行業(yè)的細分領域——發(fā)射行業(yè)發(fā)生37次融資活動，共獲得約50億美元融資，少于2021年52次共55億美元的融資額，相比于整個行業(yè)來看，發(fā)射行業(yè)的融資額走勢更優(yōu)。自2015年吹響商業(yè)航天的號角起，我國商業(yè)航天的融資額迅速增長。具體金額來看，根據企查查數據統(tǒng)計，從2011-2021年我國商業(yè)航天賽道的融資情況來看，2011-2021年我國商業(yè)航天賽道融資341起，披露融資額達243.1億元。2020年我國商業(yè)航天企業(yè)融資總金額約100億元，達到新高，2021年商業(yè)航天融資共35次，總金額約64.5億元，數量和金額較2020年均有明顯下降。從獲融資的項目類型來看，火箭/衛(wèi)星發(fā)射研發(fā)是2021年的融資熱門項目。1.3.應用場景：下游需求帶動火箭發(fā)射端發(fā)展火箭發(fā)射行業(yè)為下游應用場景提供運載支持。商業(yè)航天產業(yè)的上游為航天器制造，包括衛(wèi)星制造和火箭制造；中游包括運載火箭的發(fā)射和地面服務設施的建設；中游提供發(fā)射、運輸服務，服務于下游的衛(wèi)星通信、衛(wèi)星導航、衛(wèi)星遙感等應用場景。商業(yè)航天的興起打破了傳統(tǒng)以衛(wèi)星為主的通信、導航、遙感、科研等航天應用場景，衍生出衛(wèi)星互聯網、太空旅行、太空采礦、深空探索、太空清理等全新應用方向。下游廣泛的應用場景能夠促進商業(yè)航天構建完善的產業(yè)生態(tài)，進一步帶動火箭發(fā)射端的技術進步。以衛(wèi)星互聯網為例，隨著商業(yè)航天和小衛(wèi)星技術的快速發(fā)展，衛(wèi)星發(fā)射入軌和全球組網的成本大大降低，各國都在加緊布局低軌衛(wèi)星星座，陸續(xù)提出“星座計劃”，以期建立衛(wèi)星互聯網、搶占日益緊俏的軌道資源。國外SpaceX、波音、OneWeb、開普勒通信、三星、亞馬遜等商業(yè)公司都相繼提出了低軌星座計劃，其中最具代表性是SpaceX公司的“星鏈計劃”，SpaceX計劃2024年前在太空搭建由約1.2萬顆衛(wèi)星組成的星鏈網終提供互聯網服務，后續(xù)準備再增加3萬顆，使衛(wèi)星總量達到約4.2萬顆。根據國際電信聯盟（ITU）官網及各公司官方公眾號，中國已經正式向國際電信聯盟（ITU）申報了以“GW”為代號的低軌衛(wèi)星星座。我國現已提出的其他互聯網星座計劃有：中國航天科技集團有限公司的“鴻雁星座”、中國航天科工集團有限公司的“虹云工程”、“行云工程”。商業(yè)航天公司有銀河航天提出的“銀河5G”星座計劃，九天微星的“天基物聯網”計劃等。星座計劃離不開大運力、低成本的火箭發(fā)射服務，對運載火箭的運載能力、發(fā)射效率提出了新的需求和挑戰(zhàn)。1.4.市場現狀：全球航天市場發(fā)射次數進入高速增長期1.4.1.全球航天火箭發(fā)射活動受益于衛(wèi)星發(fā)射等需求的大幅上升，全球航天火箭發(fā)射活動快速增長，2022年發(fā)射次數創(chuàng)歷史新高。根據中國航天科技集團有限公司發(fā)布的《中國航天科技活動藍皮書（2022年）》和美國航天基金會的數據顯示，2022年全球總計有186次火箭發(fā)射，相比于2021年增加了27%；其中商業(yè)航天火箭發(fā)射81次，增長態(tài)勢強勁。2022年美國完成火箭發(fā)射任務87次、中國發(fā)射64次，在近五年中，美國和中國的發(fā)射任務頻繁，發(fā)射次數交替領先，引領全球航天快速發(fā)展。1.4.2.全球航天經濟規(guī)模全球航天經濟規(guī)模自2019年來快速上升，商業(yè)航天發(fā)射市場穩(wěn)步擴張。根據吳東等學者統(tǒng)計，2021年全球航天經濟規(guī)模為4693億美元，相比2020年的4310億美元規(guī)模上漲9%，增長趨勢強勁；美國衛(wèi)星產業(yè)協(xié)會《衛(wèi)星產業(yè)狀況報告》的數據顯示，全球商業(yè)采購衛(wèi)星發(fā)射服務業(yè)收入自2019年來穩(wěn)步上升，在2022年達到約70億美元，相比2021年上漲約23%，發(fā)射服務業(yè)收入增長主要源于低軌互聯網星座發(fā)射數量的增長。1.4.3.商業(yè)航天企業(yè)領頭羊SPACEXSpaceX創(chuàng)立于2002年，創(chuàng)始人馬斯克。SpaceX是全球第一家成功設計并發(fā)射液體燃料火箭進入軌道的私營公司，創(chuàng)造了人類航天史上首次重復使用運載火箭的歷史，目前SpaceX公司的主打運載火箭產品有獵鷹系列火箭、龍飛船和星艦飛船，同時Spacex的星鏈計劃預計2024年前在太空搭建由約1.2萬顆衛(wèi)星組成的星鏈網終提供互聯網服務，后續(xù)準備再增加3萬顆，使衛(wèi)星總量達到約4.2萬顆。目前Spacex正大力推進星艦的研發(fā)發(fā)射工作，2023年4月，星艦首飛失敗，此次發(fā)射使用“猛禽”發(fā)動機，該發(fā)動機采用液氧作為氧化劑、甲烷作為燃燒劑。發(fā)射證明了大量發(fā)動機并聯的設計方案、兩級超重型運載火箭的設計方案和技術路線的可行性，仍具有重大意義。1.5.中國商業(yè)航天政策支持，衛(wèi)星互聯網打開空間1.5.1.美國政府鼎力支持，SpaceX快速騰飛美國政府協(xié)助促進SpaceX從零起步，快速發(fā)展。SpaceX在2002年成立，2008年獵鷹1首次成功發(fā)射；2010年獵鷹9中型火箭成功首飛；2017年不僅完成了其首次軍事載荷發(fā)射任務，還首次實現獵鷹9復用并成功完成18次發(fā)射任務，占美國全年發(fā)射數量的2/3，一躍成為美國最重要的發(fā)射服務商；2018年實現獵鷹重型火箭首飛，完成了同一枚火箭一子級的第三次發(fā)射，發(fā)射數量突破到21次。十幾年時間內，從零起步的SpaceX快速發(fā)展到能和處于壟斷地位的傳統(tǒng)發(fā)射服務商相抗衡，除自身原因外，政府發(fā)揮的作用不可忽略。尤其是考慮到航天發(fā)射和國家安全的密切關系，政府影響更加突出。美國政策提供資金等多重支持，SpaceX占據美國發(fā)射市場半壁江山。航天事業(yè)從封閉狀態(tài)逐步向民間資本開放,首先要用政策破冰。美國除了1984年《空間商業(yè)發(fā)射法案》正式向私營企業(yè)開放航天領域,《商業(yè)空間法案》(1998)等一系列相關法案相繼出臺,逐步細化針對商業(yè)航天的未來規(guī)劃外，還在技術、資金、設施和服務等多方面給予SpaceX支持。有了相關政策進行破局和鼓勵,不少觀望中的民營企業(yè)才能有足夠的勇氣涉足航天這一陌生行業(yè)；我國21世紀也迎來了自己的破冰政策。1.5.2.中國政策放開，商業(yè)航天全力發(fā)展中國政府：從政策破冰，到全力扶持。為促進我國商業(yè)航天發(fā)展，發(fā)揮市場在航天領域中的資源配臵作用，我國自2013年起持續(xù)頒布了多次政策措施。2015年,《國家民用空間基礎設施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025）》明確提出鼓勵民營企業(yè)發(fā)展商業(yè)航天，就此吹響了中國商業(yè)航天進軍的號角，“軍民融合”上升到國家戰(zhàn)略層面，打開了政策窗口。2019年國防科工局、中央軍委裝備發(fā)展部聯合發(fā)布了《關于促進商業(yè)運載火箭規(guī)范有序發(fā)展的通知》，首次就商業(yè)運載火箭的科研、生產、試驗、發(fā)射、安全和技術管控等有關事項，進行了全面的規(guī)范與要求。這是我國第一個專門針對商業(yè)航天發(fā)展的政策文件。乘著我國“政策放開”的東風，商業(yè)航天潛力無窮。黨的二十大作出了加快建設航天強國的戰(zhàn)略部署，近年來國家又密集出臺各類支持商業(yè)航天發(fā)展的政策規(guī)劃，覆蓋衛(wèi)星研制、發(fā)射、衛(wèi)星應用等細分領域；同時各地方政府紛紛推出扶持民營航天的政策舉措，如北京、上海、浙江等都在2021至今陸續(xù)出臺針對商業(yè)航天的具體支持措施。政策的支持使國內商業(yè)航天在火箭發(fā)射、可回收技術、低軌星座等領域取得很大技術突破?！罢叻砰_”的大環(huán)境，加上各企業(yè)具備的技術基礎和產業(yè)優(yōu)勢，同時伴隨著空間信息正加快與3D打印、大數據、云計算、物聯網等高技術融合，商業(yè)航天產業(yè)市場潛力較大。1.6.運載火箭發(fā)射需求空間較大國內政策扶持與資本加持下，商業(yè)航天發(fā)展空間較大。根據艾媒咨詢數據，國內商業(yè)航天市場規(guī)模自2015年以來保持高速增長，市場規(guī)模從2015年的3764.25億元增長至2021年的12626億元，2021年同比增長了23.76%。2017年至2024年年增長率保持在20%以上，預計2024年商業(yè)航天市場規(guī)模將達23382億元。目前，商業(yè)航天已穩(wěn)居世界航天經濟的核心地位，并已逐漸成為世界大國戰(zhàn)略競爭與博弈的主陣地和主戰(zhàn)場。雖然在商業(yè)航天細分賽道來看，導航及地面設備、衛(wèi)星電視及廣播、政府及其他領域規(guī)模占比較大,但從成長性來看，火箭發(fā)射服務發(fā)展空間較大。2.商業(yè)航天發(fā)射企業(yè)多足鼎立，發(fā)射計劃高增可期隨著國家政策的放開、全球航天需求的增長以及航天技術的突破，我國商業(yè)運載火箭領域獲得飛速發(fā)展，正逐漸形成從研發(fā)設計到制造發(fā)射的完整產業(yè)布局。目前，我國商業(yè)航天領域的代表企業(yè)有藍箭航天、星河動力、星際榮耀、航天科技、航天科工、中科宇航，航天事業(yè)的火箭發(fā)射端呈現多元化態(tài)勢。2.1.固液、運力差異多足鼎立2.1.1.藍箭航天：全球首發(fā)液氧甲烷運載火箭藍箭航天成立于2015年，是全球首家成功發(fā)射液氧甲烷運載火箭的企業(yè)。藍箭航天擁有國內民商航天領域內專業(yè)分布全面的液體火箭研制團隊，創(chuàng)始人兼CEO張昌武曾就職于匯豐銀行、西班牙桑坦德銀行，擁有豐富的投資和管理經驗；聯合創(chuàng)始人王建蒙長期從事火箭、衛(wèi)星發(fā)射任務組織指揮工作，是航天系統(tǒng)工程高級工程師，具有豐富的航天國際商務合作經驗；CTO周遇仁曾就職于中國航天科技集團公司第八研究院，負責運載火箭總體設計工作，從事運載火箭研制工作近30年，在推進制造強國領域做出突出貢獻；技術人員張小平來自西安航天動力研究所，是低溫推進劑發(fā)動機型號副主任設計師。公司研發(fā)人員規(guī)模超過320人，碩士及以上人員占比達95%，專業(yè)設臵覆蓋火箭設計、生產等各環(huán)節(jié)，在團隊規(guī)模、從業(yè)經驗等方面都處于行業(yè)領先地位。2018年至2023年，藍箭航天從試車到發(fā)射，從“朱雀一號”到“朱雀二號”，從固體到液體，現已成功發(fā)射全球首枚液氧甲烷運載火箭。2018年，藍箭航天發(fā)射“朱雀一號”運載火箭，并于同年發(fā)布了“朱雀二號”火箭型號，成為國內最早開始研制液體運載火箭的民商航天企業(yè)。2022年，“朱雀二號”遙一火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心執(zhí)行首飛試驗，但過程中出現故障導致發(fā)射失敗。2023年7月12日，“朱雀二號”遙二火箭發(fā)射成功，成為全球首款發(fā)射入軌的液氧甲烷運載火箭，標志著“朱雀二號”成為我國民商航天首款正式進入量產和商用的液體火箭，也標志著我國航天技術的跨越式進步。為保障“朱雀二號”的發(fā)射，藍箭航空首創(chuàng)了多項先進技術，突破了眾多技術壁壘。液體推進劑方面，藍箭航天在開發(fā)液氧甲烷發(fā)動機過程中，解決了甲烷自生增壓、氣體液化、過冷加注結晶等存在技術難題。液氧甲烷相比于傳統(tǒng)燃料煤油成本更低，且清潔環(huán)保積碳少，有利于發(fā)動機回收重復利用。發(fā)動機方面，國內首創(chuàng)液體火箭發(fā)動機大型噴管激光焊接技術，通過提高技術的自動化程度進而提高產品的平均質量、降低生產周期。此外，藍箭航天首創(chuàng)了國內低溫液體火箭發(fā)動機轉級控制技術、國內首次實現發(fā)動機推力工況控制系統(tǒng)半實物仿真技術等等，在眾多技術領域達到國內行業(yè)領先水平。根據新華網，藍箭航天董事長兼CEO張昌武在科技日報采訪中表示，隨著“朱雀二號”的發(fā)射取得成功，藍箭航天將于2024年面向市場進行小批量交付，年產3至4發(fā)，2025年再翻一倍。同時，藍箭航天已經啟動可重復使用火箭項目，計劃于2025年推動實施。2.1.2.天兵科技：全球首發(fā)成功發(fā)射液體運載火箭公司成立于2015年，凝聚了大量航天行業(yè)的技術精英，具有較強的研發(fā)實力。創(chuàng)始人康永來是前中國運載火箭技術研究院某運載型號總師，具有豐富的運載火箭技術研發(fā)與項目管理經驗；公司研發(fā)的核心團隊是來自中國航天科技、中國航天科工的資深專家，如技術負責人李平曾任航天六院國際化業(yè)務總師與11所所長，火箭領域的研發(fā)與管理經驗十分豐富。2023年公司研發(fā)的“天龍二號”液氧煤油火箭取得首飛成功，開創(chuàng)多條國際航天和國內航天記錄，開辟了我國商業(yè)航天從固體向液體跨越的新時代?！疤忑埗枴钡某晒Πl(fā)射創(chuàng)下多個“首次”記錄，是全球首次采用煤基航天煤油作為燃料飛行的、我國商業(yè)航天首款成功入軌的液體運載火箭，也是我國首次實現箭體產品大規(guī)模重復使用的運載火箭，并通過首次采用3D打印高壓補燃發(fā)動機將發(fā)動機組數量降低80%、制造周期縮短70%至80%、成本和重量降低40%至50%，通過采用全鋁合金表面張力貯箱姿軌控系統(tǒng)將生產周期縮短50%、動力系統(tǒng)成本降低40%。通過應用多項新技術，全面提升了“天龍二號”火箭發(fā)射效率。天兵科技正全面開展更大運力、更高性價比的“天龍三號”火箭的研制?！疤忑埲枴辈捎么笸屏蓮陀靡后w火箭發(fā)動機，近地軌道運力可達17噸，一箭可發(fā)射30-60顆低軌衛(wèi)星，大幅提高發(fā)射性價比，2023年10月上旬，“天龍三號”配套的110噸推力液氧煤油火箭發(fā)動機“天火十二”圓滿完成批次產品抽檢試車，為天龍三號火箭遙一飛行試驗奠定了堅實基礎。根據官方公眾號消息，“天龍三號”計劃2024年完成火箭首飛，2025年起具備每年30發(fā)的商業(yè)發(fā)射能力。2.1.3.星際榮耀：我國首發(fā)固體運載火箭星際榮耀成立于2016年，是我國首次成功發(fā)射商業(yè)運載火箭的企業(yè)，并實現了一箭多星發(fā)射入軌，服務于全球小衛(wèi)星發(fā)射市場，主要研發(fā)方向為小型固體運載火箭以及可重復使用的中小型液體運載火箭。星際榮耀的核心團隊專業(yè)能力較強，董事長彭小波曾任中國運載火箭技術研究院總體設計部總體室主任、研究發(fā)展中心主任，是航天運載火箭領域專家；副總經理、火箭總指揮謝紅軍曾在上海航天技術研究院工作，參與過我國神舟飛船、“風云三號”氣象衛(wèi)星等重大項目研制，具有數十年大型航天項目開發(fā)和管理經驗；技術團隊成員劉中祥是長征五號火箭芯二級發(fā)動機技術負責人，曾任航天六院11所指揮，具有豐富的研發(fā)實踐經驗。2018年至2022年，星際榮耀經歷了從輝煌頂峰跌落低谷的坎坷發(fā)展，屢敗屢戰(zhàn)，直至今年逐步恢復。2019年，星際榮耀成功發(fā)射“雙曲線一號”，實現了中國民營商業(yè)航天運載火箭首次成功發(fā)射并高精度入軌。2021年至2022年，“雙曲線一號”運載火箭接連三次發(fā)射過程中出現異常，三次發(fā)射任務均以失敗告終。2023年，“雙曲線一號”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空，繼第一次發(fā)射以來復飛成功。“雙曲線一號”實現了民營火箭公司的首次發(fā)射，技術研發(fā)起步較早、步伐較快。2023年總結失敗經驗后復飛成功，驗證了雙曲線一號總體方案和技術的正確性。目前公司正在攻關可重復使用的中大型液氧甲烷發(fā)動機領域難題，整體進度穩(wěn)中向好。2023年7月，用于驗證液氧甲烷運載火箭垂直回收和可重復利用技術的驗證火箭“雙曲線二號”動力系統(tǒng)試車試驗圓滿成功，為“雙曲線二號”火箭開展垂直起降飛行試驗奠定了堅實基礎。9月27日“焦點二號”變推力液氧甲烷發(fā)動機全系統(tǒng)試車成功，該發(fā)動機可用于公司研制的中大型可重復使用液體運載火箭“雙曲線三號”，距離中大型液氧甲烷運載火箭“雙曲線三號”的發(fā)射更進一步。2.1.4.星河動力：高密度運載火箭發(fā)射公司成立于2018年，創(chuàng)始人和其他核心團隊成員都是航天領域資深的技術和管理專家，具有堅實的專業(yè)背景。CEO劉百奇為航天慣性導航及火箭總體設計專家，在航天科技集團一院研發(fā)中心從事了7年的火箭總體設計工作，在航天飛行控制系統(tǒng)領域有很深的造詣。核心團隊由來自航天系統(tǒng)研制一線的資深技術和管理專家，平均具有10-20年航天從業(yè)經驗，在固體火箭、液體火箭及各類新型航天動力系統(tǒng)研制方面擁有一流的技術實力和堅實的技術基礎。從2020年“谷神星一號”首飛開始，星河動力共發(fā)射9枚運載火箭，是我國首家發(fā)射火箭進入500km太陽同步軌道、首家連續(xù)成功發(fā)射、首次成功開展海上發(fā)射任務的民營火箭公司。近四年的時間里，星河動力九勝一負，做到了小型運載火箭“谷神星一號”的高密度發(fā)射。公司現有兩個系列產品：小型固體運載火箭“谷神星”系列、可重復使用中型液氧煤油運載火箭“智神星”系列。“谷神星”系列的技術成熟、可靠性高、準備周期短，主要面向低軌微小衛(wèi)星發(fā)射、低軌星座補網發(fā)射等市場，已經具備高密度發(fā)射的能力；正在大力攻關研發(fā)的“智神星”系列使用液氧煤油作為推進劑，力爭實現垂直回收、可重復使用，主要面向低軌星座組網和大型載荷發(fā)射市場，目前已經完成輔助動力系統(tǒng)熱試車、增壓輸送系統(tǒng)一級輸送管路振動試驗，大大加速了研究進程，整體進度穩(wěn)中有進。2.1.5.中科宇航：我國運載能力最大的固體運載火箭公司2018年成立，是國內首家混合所有制航天火箭企業(yè)。中科宇航依托中國科學院力學研究所和空天飛行科技中心的科研力量和資源優(yōu)勢，是國家重大科研項目的成果轉化平臺。中科宇航布局兩條發(fā)展路線，一是“力箭一號”固體運載火箭，二是“力箭二號”可重復使用的液氧煤油運載火箭。“力箭一號”是目前我國運載能力最大的固體運載火箭，適用于中小衛(wèi)星、中低軌快速組網發(fā)射。2022年7月，“力箭一號”火箭首飛成功。2023年6月“力箭一號”遙二火箭發(fā)射成功，公司正加速形成“力箭一號”火箭批產與高密度發(fā)射能力。此外，中科宇航正大力攻關突破液體發(fā)動機和火箭回收技術，研制可重復使用的大型液體火箭。目前中科宇航液體煤油發(fā)動機試車臺考臺試車取得成功，具備液體發(fā)動機試車能力，為加速液氧煤油發(fā)動機研制奠定了基礎。2.1.6.航天科技：“國家隊”布局商業(yè)航天公司成立于1999年，航天科技作為國有企業(yè)，背靠中國運載火箭技術研究院、航天動力技術研究院等8個大型科研生產聯合體，擁有32位兩院院士、100余名國家級專家，具有領先的研發(fā)制造能力。公司在開發(fā)商業(yè)航天產品時，可利用在航天技術上使用的成熟技術，大大降低開發(fā)成本和風險，提高商業(yè)航天服務的市場競爭力。航天科技的商業(yè)火箭系列產品有“長征十一號”與“捷龍系列”?！伴L征十一號”是固體運載火箭，自誕生起便被冠以“商業(yè)化”標簽，利用固體燃料快速填發(fā)的優(yōu)勢，火箭具有快速發(fā)射和快速履約能力，并且采用錐柱一體結構，剛度和強度大、更可靠。長征系列運載火箭作為國內商業(yè)發(fā)射服務市場的主力軍，2022年共實施了15次商業(yè)發(fā)射任務，服務模式不斷優(yōu)化。“龍”系列是中國航天科技集團有限公司繼“長征”系列后推出的首個商業(yè)運載火箭品牌，主要滿足國內外日益增長的商業(yè)載荷入軌需求，發(fā)射更靈活成本更優(yōu)，具備高性價比和快速響應的優(yōu)勢。2019年8月，“捷龍一號”火箭成功首飛。2022年12月9日，“捷龍三號”固體運載火箭首飛成功，實現了海上冷發(fā)射到海上熱發(fā)射的跨越，進一步完善了我國運載火箭型譜。根據中國航天科技集團百家號，“長征十一號”2023年已經明確了兩次發(fā)射計劃，后續(xù)仍有承接應急發(fā)射任務的能力，兼顧各類衛(wèi)星市場的發(fā)射需求；同時根據中國火箭公眾號的消息，航天科技將于下半年安排4次“捷龍三號”火箭發(fā)射任務，探索火箭發(fā)射常態(tài)化模式。2.1.7.航天科工：成熟技術下的常態(tài)化發(fā)射公司成立于1999年，是中國首家以“火箭發(fā)射”為經營范圍的公司，填補了中國固體商業(yè)運載火箭的空白。航天科工是國有特大型獨資企業(yè)，由中央直接管理，擁有6個大型研究院，具有較強的高新技術開發(fā)、研制、生產的綜合實力，已成為我國國防工業(yè)的重要組成部分?？熘刍鸺盗惺枪腆w運載火箭，發(fā)射準備周期和任務間隔短，組批發(fā)射能力強，主要優(yōu)勢為快速、廉價、高效、可靠。2017年，快舟一號甲成功進入預定軌道，并搭載了3顆衛(wèi)星，此次發(fā)射是一次“純商業(yè)”航天發(fā)射，被認為是中國在商業(yè)航天領域邁出的新步伐。2022年，快舟十一號固體運載火箭在我國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點火升空，發(fā)射任務圓滿完成。快舟一號甲火箭是一款小型固體運載火箭，主要服務于300公斤級低軌小衛(wèi)星，具有飛行可靠性高、入軌精度高、準備周期短、保障需求少、發(fā)射成本低等特點；快舟十一號固體運載火箭運載能力大幅提升，相比較快舟一號甲提升5倍左右，主要面向一噸級以下衛(wèi)星發(fā)射和組網，具備一箭多星發(fā)射能力，能夠更好地滿足衛(wèi)星規(guī)?；⒏呙芏?、快速發(fā)射的需求，將有力帶動我國固體運載火箭及其動力技術發(fā)展。航天科工集團表示未來要在商業(yè)發(fā)射常態(tài)化的基礎上，進一步縮短發(fā)射準備周期和任務間隔，提高組批發(fā)射能力，2023年實現快舟系列火箭年發(fā)射量翻一番，2025年實現固體動力技術比肩世界一流。同時航天科工集團正大力開展運載火箭可重復使用技術攻關，將進一步降低發(fā)射成本。2.2.多項能力突破，商業(yè)發(fā)射計劃高增可期2.2.1.我國商業(yè)運載火箭發(fā)射：奮起直追、創(chuàng)造紀錄過去五年中，我國商業(yè)航天發(fā)射快速發(fā)展，實現了眾多從0到1的突破。從首發(fā)民營火箭發(fā)射、首次液體運載火箭發(fā)射到民營企業(yè)首次海上發(fā)射、全球首次液氧甲烷運載火箭發(fā)射，一項項突破提振了整個行業(yè)的信心，象征著我國商業(yè)運載火箭事業(yè)正邁開步子大步向前，為中國在全球航天競賽中占據了有利身位。關于對未來的規(guī)劃，藍箭航天和天兵科技表現出對未來的樂觀估計。根據藍箭航天公眾號，朱雀二號是國內首款具備批量化交付能力的民商液體火箭，藍箭航天已建立了批量化生產、測試和發(fā)射的全面交付能力，將于2024年面向市場進行小批量交付，年產3至4發(fā)，此后連續(xù)三到四年交付數量每年增長一倍，步入商業(yè)化運營的新階段。根據天兵科技官方公眾號消息，“天龍三號”計劃2024年完成火箭首飛，2025年起具備每年30發(fā)的商業(yè)發(fā)射能力。根據航天科技集團百家號的消息，“長征十一號”2023年已經明確了兩次發(fā)射計劃，后續(xù)仍有承接應急發(fā)射任務的能力，兼顧各類衛(wèi)星市場的發(fā)射需求；根據中國火箭公眾號的消息，航天科技將于下半年安排4次“捷龍三號”火箭發(fā)射任務，探索火箭發(fā)射常態(tài)化模式。航天科工集團官網消息表示，未來要在商業(yè)發(fā)射常態(tài)化的基礎上，進一步縮短發(fā)射準備周期和任務間隔，提高組批發(fā)射能力，2023年實現快舟系列火箭年發(fā)射量翻一番，2025年實現固體動力技術比肩世界一流。同時航天科工集團正大力開展運載火箭可重復使用技術攻關，將進一步降低發(fā)射成本。2.2.2.五大發(fā)射場：全力保障商業(yè)運載火箭發(fā)射我國現有五大發(fā)射場——酒泉發(fā)射場、太原發(fā)射場、文昌發(fā)射場、西昌發(fā)射場和東方航天港。酒泉發(fā)射場是中國創(chuàng)建最早的衛(wèi)星發(fā)射中心，是我國發(fā)射衛(wèi)星、火箭、導彈的主要基地。東方航天港是是中國第五處火箭發(fā)射地，也是中國唯一的海上發(fā)射母港。為解決我國目前商業(yè)航天發(fā)射資源相對緊缺的局面，海南省文昌市正在建設我國首個商業(yè)航天發(fā)射場，致力于打造市場化運營的航天發(fā)射場系統(tǒng)。2022年7月6日，該項目正式開工建設，這座商業(yè)航天發(fā)射場有望于2024年實現常態(tài)化發(fā)射，以推動行業(yè)高質量發(fā)展。3.降本增效+班次化發(fā)射+彎道超車：液氧甲烷或成未來主要燃料選擇3.1.我國商業(yè)航天問題猶存3.1.1.國內運載火箭運力不足，增加有效載荷是關鍵國內運載火箭發(fā)射技術在逐漸突破,但火箭運載能力相對薄弱。2021年，SpaceX獵鷹九號運載火箭創(chuàng)下了單次發(fā)射衛(wèi)星數量最高的世界紀錄—143顆，截止2022年2月27日我國的最高紀錄為1箭22星，由長征八號遙二運載火箭完成。根據各公司官方數據，SpaceX獵鷹九號火箭近地軌道運力達到22.8噸，接近我國目前運載能力最大的長征五號火箭（近地軌道運力為25噸），重型獵鷹火箭運力則達到63.8噸。相比之下，我國民營火箭的運力薄弱，近地軌道運力均值只有0.5噸左右，不及獵鷹九號的1/40。國內火箭行業(yè)發(fā)射需求強勁，但供給不足，火箭運力缺口較大，提升運力是關鍵。現階段，通信、導航、遙感衛(wèi)星的商業(yè)化應用刺激了各行業(yè)對衛(wèi)星星座的發(fā)射需求。隨著“衛(wèi)星互聯網”納入新基建范疇，以“星網工程”為代表的低軌衛(wèi)星互聯網成為當前及未來航天發(fā)射市場的主要需求者。但我國航天發(fā)射市場運載能力缺口較大。以衛(wèi)星規(guī)模12000顆、單星質量200kg、軌道高度700km、組網周期7年的星座為例，平均每年對火箭運力的需求將達到343t/700km。西安航天信息研究院吳智慧等人在《火箭運載需求空間巨大，商業(yè)航天市場前景可期》表示，2021年間我國衛(wèi)星發(fā)射火箭的總運力約140.4t/700km，不及未來所需運力的1/2。提升火箭發(fā)射運力勢在必行。3.1.2.發(fā)射成本急需降低國內運載火箭不但運力不足,而且成本較高。西安航天信息研究院吳智慧等人在《火箭運載需求空間巨大，商業(yè)航天市場前景可期》表示，根據VisualCapitalist官網的數據SpaceX發(fā)射成本最高的“獵鷹九號”運載火箭發(fā)射成本仍是全球最低，約3000美元/KG。此外，如果未來“Starship星艦”全箭回收，則該火箭發(fā)射成本預計只需200美元/KG。國內代表性民營航天公司星河動力2022年8月9日發(fā)射成功的谷神星一號火箭的每公斤發(fā)射成本超過15000美元。國內商業(yè)航天成本高的核心在運載火箭和發(fā)動機。國內商業(yè)航天企業(yè)發(fā)射成本之所以高，主要原因是運載火箭成本高且火箭發(fā)動機成本占據火箭研制成本60%以上，通過回收，可實現發(fā)動機的重復使用，在回收火箭上加入新子級后，即能繼續(xù)執(zhí)行任務，又可以進一步提升投送能力。未來，各航天企業(yè)將通過提升一箭多星、火箭回收等能力降低火箭發(fā)射成本，搶占低軌衛(wèi)星資源。3.2.燃料形態(tài)：固體燃料VS液體燃料運載火箭主發(fā)動機是運載火箭的核心部件，是火箭的心臟。火箭發(fā)動機技術復雜，成本高昂，占火箭整體成本的30%～50%。根據運載火箭飛行要求，主發(fā)動機應具備大推力、高可靠、高比沖、低成本、使用維護簡單等理想特征。火箭主發(fā)動機按使用的推進劑物態(tài)分類，目前有兩種形式：固體火箭發(fā)動機、液體火箭發(fā)動機，分別采用固體推進劑和液體推進劑，兩種使用不同形態(tài)推進劑的火箭發(fā)動機各有其不同的特點和優(yōu)勢。3.2.1.固體發(fā)動機固體火箭發(fā)動機采用固體推進劑。燃燒后產生高溫高壓燃氣，經過噴管能量轉換后高速排出，產生反作用力的動力裝臵；固體火箭發(fā)動機主要由推進劑藥柱、燃燒室殼體、噴管和點火裝臵等組成；工作時，點火裝臵點燃推進劑藥柱，藥柱燃燒轉化成熱能，通過噴管膨脹噴出，產生推力。常用固體推進劑有端羧基聚丁二烯、端羥基聚丁二烯等，理論比沖一般在250～290s，推進劑出廠前預裝至燃燒室內，化學性能穩(wěn)定，便于運輸和長期儲存，但固體推進劑一旦被點燃，中止其燃燒極其困難，無法實現多次起動。固體火箭發(fā)動機作為武器和航天器動力系統(tǒng)已經超過50年—整體式和分段式。其較液體火箭發(fā)動機結構簡單、推力大，且固體火箭發(fā)動機機動性能好、可靠性高、貯存時間長，這些優(yōu)點讓其在航天領域中占據相當比例，尤其是作為運載火箭的助推器。北京航天實驗技術研究所專家馬帥等在《固體火箭發(fā)動機技術發(fā)展綜述》指出，作為運載火箭助推器的大型發(fā)動機，主要有整體式、分段式兩種固體發(fā)動機。整體式固體火箭：我國超大推力發(fā)動機試車成功。20世紀50年代美國把導彈技術向航天領域轉化，相繼出現了飛馬座、金牛座、雅典娜、米諾陶等運載火箭。我國航天事業(yè)起步晚，但是發(fā)展速度快，2021年我國自主研制的推力處于世界第一的發(fā)動機試車成功，其直徑3.5m，能攜帶燃料150t，推力可達4900kN，可耐高壓，擁有高性能纖維復合材料殼體、超大尺寸噴管等先進技術。分段式固體火箭：我國3.2m直徑分段式固體火箭2020年完成試車。20世紀60年代美國形成了大力神、宇宙神、航天飛機和戰(zhàn)神等系列的分段式固體火箭發(fā)動機。大力神系列從1959年至2005年退役，共發(fā)射368次，航天飛機空間運輸系統(tǒng)1972年提出，采用4段式RSRM助推，截止2011年退役共執(zhí)行135次任務。由日本完全技術獨立研制的H-2在1994年成功發(fā)射，至今已執(zhí)行7次任務。印度在俄羅斯幫助下于2014年成功發(fā)射地球同步衛(wèi)星運載火箭(GSLV)Mk-3，其運載能力比極地軌道衛(wèi)星運載火箭強，捆綁助推器S200性能參數位于世界前列。我國分別在2010年、2016年和2020年完成了直徑1m、3m和3.2m的分段式固體火箭發(fā)動機地面熱試車。3.2.2.液體發(fā)動機液體火箭發(fā)動機采用液體推進劑。主要由推力室、推進劑供應系統(tǒng)、閥門和調節(jié)器、發(fā)動機總裝元件等組成。以常用泵壓式發(fā)動機為例，點火裝臵起動點燃，給渦輪泵初始驅動力，渦輪泵工作將貯箱內推進劑抽出，通過閥門控制和調節(jié)器調節(jié)，使推進劑以規(guī)定流量和混合比進入推力室燃燒，然后在噴管內膨脹加速，形成高速氣流排出，產生推力。其理論比沖一般在330～430s，其推進劑在發(fā)射場實施加注，準備時間較長，不能長期儲存，但通過閥門開關和動作，能夠實現多次起動和推力調節(jié)。液體發(fā)動機有較高的性能、可靠性和任務適應性。在各種航天推進技術中，液體火箭發(fā)動機因具有性能和可靠性高、任務適應性好等諸多優(yōu)勢，最先進入航天工程應用，并始終占據主導地位。針對不同的應用需求，液體火箭發(fā)動機發(fā)展出具有不同推力量級、不同推進劑、不同推進劑供應方式、不同動力循環(huán)方式等的多種類型、數百個工程產品。液體火箭主發(fā)動機發(fā)端于戰(zhàn)略導彈的應用，之后在以運載火箭為主的航天運輸系統(tǒng)牽引下得到廣泛發(fā)展。其發(fā)展歷程大致可分為4個階段。3.2.3.固液對比液體火箭具有比沖高、推力可調、可多次啟動等優(yōu)點。液體火箭發(fā)動機從二戰(zhàn)開始進入實用階段，經過了幾十年的發(fā)展已經成為火箭的成熟推進系統(tǒng)之一。由于液體火箭發(fā)動機具有諸多的優(yōu)勢，所以它仍然是各國努力發(fā)展的主力推進系統(tǒng)。同固體火箭發(fā)動機相比，液體火箭發(fā)動機具有比沖高、推力可調、可多次啟動等優(yōu)點，這些優(yōu)點是液體火箭發(fā)動機一直受重視的資本。液體火箭比沖高、可多次啟動是解決載荷不足以及成本過高的關鍵。比沖越高意味著火箭在推進劑一定的情況下可以攜帶更多的載荷；推力可調和多次啟動能力則可以根據需要對推力時間曲線進行調控，實現飛行彈道重復。隨著航天技術的發(fā)展，液體火箭發(fā)動機技術也在不斷進步，當下液體火箭發(fā)動機技術的發(fā)展趨勢主要是低成本、高可靠性和可重復使用。目前我國商業(yè)航天在液體火箭發(fā)動機方面也取得了很多進展。3.3.液體發(fā)動機推進劑3.3.1.低溫推進劑是市場主流液體發(fā)動機推進劑采用低溫推進劑是發(fā)動機重復使用前提。像汽車行駛需要汽油，火箭發(fā)射也需要添加燃料?；鸺娜剂?，被稱為“推進劑”。推進劑在火箭發(fā)動機中快速燃燒，為火箭提供能量。按照狀態(tài)來分，推進劑可以分為液體推進劑和固體推進劑兩類。經過長期試驗，科研人員們發(fā)現，采用低溫推進劑是液體火箭發(fā)動機可重復使用的基本前提。低溫推進劑主要包括了液氧煤油、液氧液氫和液氧甲烷等推進劑組合。不同的推進劑在一定程度上影響著重復使用火箭的性能、運行維護以及使用壽命。3.3.2.液氧甲烷優(yōu)點顯著液氧煤油積碳嚴重，液氧液氫條件苛刻。重復使用火箭的獵鷹9號火箭的梅林發(fā)動機，使用了液氧煤油推進劑。液氧煤油發(fā)動機密度比沖高，技術成熟。然而，液氧煤油發(fā)動機使用后，需要清除內部的煤油和積碳，維護工作較為繁瑣。美國航天飛機主發(fā)動機SSME堪稱重復使用的鼻祖，采用的是液氧液氫發(fā)動機。液氧液氫發(fā)動機比沖最高，無積碳、無污染。但由于液氫制備難、儲存條件苛刻，運行維護成本要遠遠高于其他兩種推進劑組合?？芍貜褪褂眠\載火箭的興起使得雙低溫、積碳少的液氧甲烷發(fā)動機得到極大的重視。重復使用火箭動力類型的選擇方面，當前主要考慮液氧煤油和液氧甲烷兩種動力類型；但液氧甲烷發(fā)動機的重復使用性能更好。從國際上重復使用運載火箭動力類型的選擇情況來看，兩種類型發(fā)動機均有應用，但采用液氧甲烷發(fā)動機的新型重復使用運載火箭更加廣泛。2022年9月，西安航天動力研究所自主研制的某型液氧煤油發(fā)動機已實現了首次重復飛行試驗驗證。從長期看，一方面，甲烷來源廣泛、價格便宜；另一方面，液氧甲烷動力在重復使用性能、深空探測原位制取等方面具有優(yōu)勢，可用于后續(xù)的升級換代。液氧甲烷管理上也有較大發(fā)展?jié)摿?，也是Starship的推進劑。在烴類推進劑中，甲烷的結焦溫度(初始結焦溫度950K）比煤油（初始結焦溫度693-703K）更高，更高的結焦溫度使得再生冷卻推力室性能具有更大提升空間；甲烷冷卻性能好，適用于全流量補燃循環(huán)方案，能夠兼顧高性能和重復使用需求。因為其良好的性能，因此SpaceX的Starship星艦也使用液氧甲烷作為火箭推進劑。3.3.3.我國在液氧甲烷方面開展研究，取得進展歐美各國加快液氧甲烷布局，中國成功發(fā)射全球首枚液氧甲烷火箭。SpaceX正在研發(fā)的猛禽發(fā)動機，是世界上第一款實用化的大推力液氧甲烷火箭發(fā)動機。目前，具有33臺猛禽發(fā)動機的星艦超重助推器B7已經完成了首次發(fā)動機靜態(tài)點火測試，即將進行軌道飛行試驗。歐洲的普羅米修斯液氧甲烷發(fā)動機已經被納入未來運載器準備計劃（FLPP），瞄準2030年左右的發(fā)射市場，為歐洲運載器的長期發(fā)展做好準備。俄羅斯正在研究200噸級推力的RD-0162液氧甲烷發(fā)動機，計劃2030年前后投入使用。中國藍箭航天研制的“天鵲”TQ-12的80噸級液氧甲烷發(fā)動機，已經在2022年進行了首次飛行試驗，助力朱雀二號火箭成功飛躍了卡門線（海拔100公里）。我國已開展200噸液氧甲烷發(fā)動機技術攻關。在液氧甲烷發(fā)動機方面，我國在20世紀80年代開展了相關關鍵技術研究，獲得了點火、燃燒、熱、流阻特性等基礎數據，為液氧甲烷發(fā)動機研制提供了很好的技術基礎。近年來，隨著低成本商業(yè)航天的發(fā)展，多型10噸級和80噸級開式循環(huán)液氧甲烷發(fā)動機相繼完成了整機熱試。面向未來大規(guī)?？臻g開發(fā)需求，我國也開展了200噸級高性能可重復使用液氧甲烷發(fā)動機關鍵技術攻關。3.4.火箭回收—降本的質變過程3.4.1.火箭回收降本明顯，復用之路勢在必行火箭回收降本效應明顯。一枚運載火箭的硬件成本就能占到每次發(fā)射總成本的80%以上，這使得單位有效載荷的運輸成本非常高。因此回收火箭，維護后重復使用，可極大降低發(fā)射成本。全國空間探測技術首席科學傳播專家、衛(wèi)星應用產業(yè)協(xié)會首席專家龐之浩稱“掌握了火箭回收并重復使用技術，可節(jié)省宇航發(fā)射成本80%左右?！庇谑?，重復使用火箭便應運而生，特指從地面起飛完成預定發(fā)射任務后，全部或部分返回并安全著陸，經過檢修維護與燃料加注，可再次執(zhí)行發(fā)射任務的火箭。3.4.2.火箭回收的三種主要模式中，垂直回收應用價值最高傘降回收—仍未實現。指在火箭一級發(fā)動機工作結束并完成級間分離返回后，在低空采用降落傘減速，最后通過氣囊緩沖著陸或者直升機鉤住帶回地面。然而，這種方式不僅對著陸地形有要求，也無法實現火箭定點著陸，且火箭落地后發(fā)動機也會隨之報廢，與真正意義上的“回收利用”有較大差距。這種方案與飛船返回艙的回收類似。美國聯合發(fā)射聯盟公司的火神火箭擬采用傘降回收方案，由直升機在空中實現回收，但截至目前還未實現。垂直回收—應用價值最高。指在低空采用發(fā)動機反推減速并調整至指定地點的回收方案。采用垂直回收的典型代表，是SpaceX的獵鷹9號火箭。該火箭于2015年成功實現第一級火箭回收，也成為全世界首個實現第一級火箭回收的軌道飛行器。然而，以垂直下降方式降落地面，必須提前為發(fā)動機反推預留推進劑，這會對火箭運載能力造成一定的損失。垂直回收飛行載荷小、著陸精度高，并且對火箭自身結構設計的改動最小，在三種回收方式中經濟應用價值最高。垂直回收目前已經成為各國航天工程師研究的熱點。帶翼飛回—要求較高。帶翼飛回是利用空氣動力使火箭像飛機一樣滑翔降落。這種方案對火箭總體設計和返回控制技術要求較高。俄羅斯提出的貝加爾號有翼助推器方案就是典型的帶翼回收方案，貝加爾號為第一級帶翼飛回式助推器，可以像飛機一樣著陸。然而，帶翼飛回需要為火箭增加機翼、起落架等結構，這些結構重量等因素會使火箭運載能力損失約40%。3.4.3.我國目前在火箭回收的進展在火箭可回收技術研發(fā)方面：2022年5月，江蘇深藍航天有限公司研發(fā)的“星云-M”1號試驗箭完成了1公里級垂直回收飛行試驗，這是目前國內開展的飛行高度最高、速度最快、時間最長的垂直回收飛行