中大型火箭的航班化意味着什么？

猎鹰九号火箭在2022年完成了60次发射；2023年的首次发射又成功将114个有效载荷送入太空，其中包括商业卫星公司Planet、Spire、Satellogic、SpaceBee的多颗组网卫星……中大型火箭的航班化发射，为商业航天界提供了丰富的机会，成为一种非常重要的使能角色。

中大型火箭的航班化意味着什么？

文 | 杨艳，农燕

自2017年至今的6年间，如果我们回顾世界航天发射活动的记录，就会发现近地轨道运载能力在吨级以下的小型火箭的发射数量占了相当大的比例。其中绝大多数小型火箭都是民营企业研制的，似乎小火箭成了发射服务创业企业们的代名词。

一、中大型火箭——航班化发射的主力，全球商业火箭竞争的制高点

但是在发射记录中也有一个非常令人关注的另类，那就是美国太空探索技术公司（SpaceX）的猎鹰九号火箭。2022年SpaceX总共进行了61次发射，其中1次为猎鹰重型火箭，其他均为猎鹰九号，其发射次数几乎是我国火箭发射次数之和。作为由新兴商业航天企业研制的中大型运载火箭，它的成功也印证了一个观点，一家火箭企业无论是国有还是民营，无论上市还是不上市，只有具备中大型运载火箭发射能力、具备航班化运行的前景，才算是进入了世界航天市场的主流，才能够在航天发射服务的蛋糕上切下比较有分量的一块。

SpaceX、美国（除SpaceX外）以及中国三方的2020-2022年度火箭发射数量比较图

由此，人们可能会更加强烈地期盼在中国出现一种甚至一批可航班化的中大型商业火箭，能够在竞争激烈的国际商业发射市场上，争得一席之地。

市场有大量不同类型的发射服务需求，从发射载荷来说，大到20多吨重的空间站舱段，小到1U的立方星；从发射时间来说，这些载荷还有着不同的发射时间窗口要求——有的是投资人的要求，有的是为了赶上某个重要的科学现象。例如奔向火星的探测器，如果错过了每隔两年一次的夏季发射窗口，就要再等上二十几个月了。这些要求结合在一起，就形成了对发射服务的多样性需求。经过几十年的摸索，宇航界形成了这样的认知，能够频繁发射的中大型运载火箭才能真正满足市场需求，并且能够支撑政府航天及商业航天的同步发展。

中大型火箭对于商业航天的意义已经在猎鹰九号上得到了充分印证，只有中大型运载火箭才能够充分解决卫星业主的发射需求。猎鹰九号火箭发射的载荷，包括美国政府及其盟国的军用卫星、NASA的载人航天相关任务，星际探索和空间科学项目等，当然最多的就是马斯克自己的星链系统，以及搭载发射的数量庞大的不同类型的小卫星。近两年来，SpaceX进行了多次专门的小卫星拼车发射，2021年1月24日，一箭发射143个有效载荷；2022年1月13日，一箭发射105个；今年1月4日，猎鹰九号成功发射了114个有效载荷，其中就包括商业卫星公司Planet、Spire、Satellogic、SpaceBee的多颗组网卫星。也就是说，中大型火箭的航班化发射，为整个商业航天界提供了丰富的机会，成为一种非常重要的角色。

中国的商业航天市场，也非常需要能够航班化运行的中大型运载火箭发射服务。国内已经提出了数量不少的商业星座，其中包括可见光对地观测、雷达对地观测、物联网、宽带互联网等等；此外，来自不同高等院校、科研机构的空间科学和基础研究项目，对于航天发射也有着巨大的需求，形成了强烈的市场驱动力。因此从后续的发展来看，市场需要一种乃至一批能够频繁发射的中大型运载火箭。

但目前，国内火箭发射服务的供应情况不容乐观，虽然中国的航天发射数量在过去几年一直在全球名列前茅，但是其中绝大多数发射任务都为了满足繁重的国家任务需求，商业发射所能够排到的档期，一般都要在两年之后甚至更久。

二、吨级以上运载能力建设是商业火箭发展的主战场

事实上，中大型火箭中，并非只有猎鹰九号可以实现航班化商业运行。诺斯罗普·格鲁曼公司就拥有一型名为“心大星（Antares）”的中大型火箭，近地轨道运载能力达5吨，为NASA的国际空间站货运计划提供服务。不过这种火箭的产能较小，发射频率比较低，不能有效影响市场。此外，还有美国蓝色起源公司在研的超大型火箭“新格伦”，但首飞日期从2020年一推再推，最终因技术原因失去了美国太空军的合同，首飞也推迟到了2023年，尚不能确定何时能够真正进入市场。

目前，中国有多家航天企业正在开发小型商业运载火箭，并取得了不同程度的进展。其中中国运载火箭技术研究院（简称“火箭院”）的长征十一号、航天科工火箭技术有限公司（简称“科工火箭”）的快舟一号、中国长征火箭有限公司（简称“中国火箭”）的捷龙一号、北京星际荣耀空间科技股份有限公司（简称“星际荣耀”）的双曲线一号、北京星河动力航天科技股份有限公司（简称“星河动力”）的谷神星一号火箭已经取得了入轨成功；蓝箭航天空间科技股份有限公司（简称“蓝箭航天”）的朱雀一号、北京零壹空间科技有限公司的OS-M都曾尝试入轨发射，皆遭遇失败。但是，这些小型火箭的运载能力普遍在低轨道200~400公斤左右，只能用来发射有限数量的小卫星。

和小型火箭相比，中大型火箭在结构、控制、推进等方面都有非常显著的提升，研制难度不言而喻，加之今天的商业航天企业的火箭研制项目，必然以降低成本、航班化发射为发展方向。如果只生产出一种和传统火箭基本相当的型号，其竞争力和市场价值显然不大。正因于此，中国商业航天企业研制中大型运载火箭并且能够取得成功，对于产业的牵引和推动具有战略性、决定性意义。

目前，已经有一批企业展现出了这样的雄心，先后涌现了中国火箭的捷龙三号中型固体运载火箭，航天科工火箭的快舟十一号中型固体运载火箭，中科宇航的力箭一号中型固体运载火箭和力箭一号甲中大型固体运载火箭，蓝箭航天的朱雀二号液氧甲烷中型运载火箭，星际荣耀的双曲线二号液氧甲烷中型运载火箭，以及星河动力的智神星一号液氧煤油中大型运载火箭。

表1 国内已发射及在研的商业中大型火箭参数表

在这些火箭中，中科宇航的力箭一号拔得头筹，于2022年7月27日成功进行了首次发射。快舟十一号和捷龙三号随后在12月7日和12月9日先后发射成功，其中快舟十一号属失利后复飞成功。这三个型号的成功，意味着目前国内已经拥有三种吨级以上运载能力、以固体发动机为主的商业化中型运载火箭。以液氧甲烷为燃料的朱雀二号在12月15日首飞遗憾失利。既然有多个型号已经取得成功，那么今后的竞争将集中在航班化运营能力上，考验的将是各企业的产能、质量稳定性和发射响应能力。

三、中大型火箭批量化生产需要核心能力建设

中科宇航董事长杨毅强在接受媒体采访时表示，中国商业航天已从1.0时代进入2.0时代，有望在5年内进入3.0时代。

杨毅强认为，商业航天的1.0时代在火箭方面，主要是从无到有，证明自己可以造火箭；2.0时代则是拥有了较强的技术和研发能力，能形成吨级以上的商业运载能力；3.0时代的标志则是商业航天进入“低成本+高性能+量产”的快速发展轨道。

中大型火箭的研制和批量化生产具有极大的难度。实际上，中国的传统航天也是在经历了漫长的努力后，才获得了长征三号系列火箭的批量化生产能力。

火箭院负责人在2019年航天先进制造技术国际研讨会上的讲话中透露，长征三号火箭的产能提升的工作一直进展不大，直到长征五号运载火箭研制期间，为了满足新的技术要求，火箭院与有关高校合作，突破了大量的先进技术，特别是用于火箭大规模自动化生产和检测的技术后，火箭院将这些技术应用于长征三号的生产线，才真正实现了产能的大幅度提升，支撑了大量国家重点型号的发射活动，特别是支持了北斗导航星座的部署。

长征三号是一种起步于上世纪七八十年代的成熟型号，它的批产尚且经历了漫长而艰辛的过程，那么对于目前基础设施、技术、人力和财力都相对薄弱的商业航天企业来说，要想实现大中型火箭的批量化和低成本化生产，挑战是巨大的。

对企业来说，研制并量产中大型运载火箭，需要具备哪些核心能力？

一支具备相关研制能力的完整团队，需要有类似于传统火箭研制部门的指挥系统和设计师系统。虽然在商业火箭的研发体制的讨论中，总是把传统火箭研制单位当做一个被超越的对象。但是，传统航天单位的科研管理体制是经过了几十年考验，行之有效的。特别是钱学森先生亲手建立起来的两总制度（总指挥、总设计师），是值得借鉴和继承的。有经验、有阅历、有战斗力的两总系统，不但能够把科研生产高效组织起来，而且对中大型火箭的研制有着比较强的把握和管理能力，能够预见火箭研制中可能遇到的风险和陷阱，能够在遇到重大难关或者突发情况的时候，沉着应对。特别是具有丰富经验的领军人物，可以在型号面临困难的时候凝聚人心、稳定队伍，不会像一些贸然进入商业火箭领域的创业企业，遇到困难就散了摊子。

中大型火箭的难度是可想而知的，它体现了一个国家工业能力的最高水平。实际上，如果没有美国强大的基础工业和宇航工业作为保证，马斯克不可能在短期内就能够解决中大型火箭的研制问题。因此，商业火箭公司的外协能力非常重要，世界上没有任何一家火箭制造商可以仅仅凭自身的科研生产能力就把火箭造出来，若脱离了其他行业的支撑，连一发小火箭的生产也是极其困难的。作为商业火箭公司，必须建立起强大的外协能力和外协体系，不但要和传统的宇航分系统供应商建立起良好密切的合作关系，还要善于从新兴企业特别是信息化企业中，发现和培育能够成为宇航分系统供应商的企业，这不但有利于自身的突破式成长，还有利于打造全新的宇航产业链。

中大型火箭的研制投入高、周期长，如果不能得到市场的认可，在排定产能和发射计划之前，就得到客户订单，就会造成极大的浪费。但是，能购买新研制大中型火箭发射服务的客户，必然有着雄厚的财力，以及对火箭企业及其发射服务的精准判断能力。SpaceX公司就是在得到NASA的认可和订单，并且执行了多次国际空间站任务后，在市场上站稳了脚跟，并且开始进军商业服务和军用发射服务市场。

火箭研制需要长周期的巨大投入，需要具有战略眼光，着眼于长远利益，并能与企业不离不弃，共同经历风雨的战略性投资者。这是商业火箭企业成功的一个重要因素。

中科宇航在上述几个方面，都正在寻求突破。

中科宇航的创业团队来自传统航天企业，有着丰富的型号飞行成功经验，董事长兼总裁杨毅强在中国运载火箭技术研究院供职30余年，历任我国首型固体运载火箭长征十一号首任总指挥、我国首型空射运载火箭首任总指挥及国家某重大型号副总指挥。这样的团队，对于火箭研制具备良好的经验和认知基础。此外，中科宇航公司还是国内首家混合所有制商业航天企业，中国科学院力学研究所持股近30%，因此在火箭研发和生产过程中，中科宇航能够充分依托中科院力学所和空天飞行科技中心的科研力量和资源优势。中国科学院作为全国规模最大的科研结构综合体，不但在国际国内科学及高技术产业界拥有一流的口碑与号召力，而且多年来从事了大量科研抓总、科研配套活动，实施了大量大科学设施的建造和高技术工程支撑工作，无论对于承担总师单位还是配套单位职责，都驾轻就熟。而力箭一号火箭首次发射的载荷，其中五颗为中国科学院微小卫星创新研究院的卫星。正是因为具备这样的条件，目前国内相关资本对中科宇航公司持续看好。

四、力箭一号的航班化，推动产业生态加速成长

中科宇航目前的主要工作，是实现力箭一号火箭的批量化生产，并且以此为基础开发力箭系列的大型乃至重型运载火箭。如果能够取得成功，不但意味着中国人也能够建立起一个类似SpaceX的领先的新兴商业航天发射企业，也意味着世界航天市场的发射服务供应更加多样化。

2022珠海航展上展出的力箭系列火箭模型

按照中科宇航目前公布的产能数据，在广州南沙开发区设立的中科空天飞行科技产业化基地，作为中科宇航打造的精益化、数字化、智慧化的运载火箭产业基地，已顺利落成投产，具备年产30发运载火箭的生产能力。这已经非常接近航班化运行的目标了。今后中科宇航还会开发更多型号的运载火箭，如在力箭一号基础上进行捆绑，形成推力更大的力箭一号甲等型号。此外，正在研制的“玄鸢”液体火箭发动机，以及更多、更灵活的发射服务场景设想也在持续推进中，为最终实现更高频次的发射服务能力提供坚实的基础。

位于广州南沙区的中科宇航产业化基地

假设，如果每年能够发射100次，除去节假日，基本可达到每两天发射一次的频率。这就从真正意义上实现了发射服务的航班化，卫星业主可以根据这样的航班频率来安排卫星科研生产计划，以及星座补网发射计划。这将极大地释放卫星产能。

在发射能力不足的背景下，因为宇航零部件开发成本高、市场需求少，宇航零部件国产化面临着很大的困难。但航班化发射必将带来国产卫星的大幅度增加，从而也扩大了相关零部件的市场。这就给相关企业提供了实现规模效应的空间，可以大幅度降低卫星制造成本，提高通用化、系列化、组合化，提高交付速度，改善质量。

因此，中科宇航的产品线及批量化制造能力，在商业航天发展的新态势下，不但有着自己广阔的市场空间，而且将与其他业务板块形成共生促进的关系。

· 《卫星与网络》创始人：刘雨菲

· 《卫星与网络》副社长：袁鸿翼