深度解码SpaceX（上）：发射成本、星舰进展、竞争格局
上周Elon Musk在美国德州的SpaceX星城发表全员演讲，给出了人类成为星际文明的具体路径，非常振奋人心。
虽然马斯克和Tesla家喻户晓，但是其创办的SpaceX却是一家非常神秘的公司。
它没有上市，但它的估值已经达到1800亿美金，超过了美国历史上任何一次IPO。
如果把SpaceX和S&P 500的巨头放在一起，它仍然处于“力速双A”的第一象限。
由于SpaceX的部分业务涉及军工，其经营数据一直处于高度保密状态。
而在上周，Morgan Stanley发布了SpaceX的超级深度报告，对其进行了CT扫描式分析，披露了不少重要情报，是一份非常宝贵的研究资料。
下面我给大家解读一下这篇大报告。报告链接放在文末，欢迎感兴趣的朋友去看原文。
首先给大家分享一组SpaceX的关键数据，让大家对这个神秘公司有个定量认知：
2024年SpaceX预计收入可达130亿美金，同比增长54%，预计2035年可达1000亿美金
SpaceX目前已经处于盈利状态，具体利润规模未知
SpaceX的发射成本比竞争对手低5-10倍
2023年，SpaceX平均每3天发射1枚火箭
到24年底，SpaceX的卫星约占到全球所有运作中卫星总数的60%
Starlink目前拥有约260万名付费用户，每周增长约2.5万
Starlink的“in-situ”卫星通讯网络在俄乌战争中起到了决定性的作用
SpaceX是唯一一家将宇航员送入国际空间站（ISS）的私营发射承包商
SpaceX有大约1.3万名员工
2023年12月，SpaceX的估值达到1800亿美金，23年夏季SpaceX的估值曾为1500亿美金，增长迅速
根据SpaceX 25年预测收入，其估值约10x PS
Elon Musk在2002年创办了SpaceX，旗下主要有两大业务板块：发射（Launch）与星链（Starlink）。
发射业务致力于将有效载荷送入太空轨道。通过可复用的火箭，SpaceX的发射成本比竞争对手低5-10倍，具备显著竞争优势。
基于自家强大的发射能力，SpaceX已将数千颗卫星送入太空轨道，构建了星链，向用户提供基于卫星互联网的通信服务。
星链是全球最大的卫星互联网，截止目前已包含5600颗运作中的低轨卫星，占全球卫星总数的60%以上。
星链的客户包括个人、企业、政府、军队，可以为船只、飞机、无人机等终端提供稳定的互联网通信支持。
时至今日，地球表面仍有90%的区域没有手机通信服务，全球仍有27亿人口无法访问互联网。SpaceX的星链服务未来有望成为全球通信的重要基础设施。
SpaceX为其商业及政府客户提供发射服务，帮助他们将载荷运输到太空中，比如将卫星送入轨道、将宇航员送上国际空间站、将军事设备部署到太空等。
SpaceX发射业务的定价取决于载荷重量以及运输距离，平均下来每次发射的定价约为6200万美金。
复用性（Re-Usability）是让SpaceX的发射业务盈利的关键。
根据SpaceX官方的描述，相比那些在重返大气层时燃烧殆尽的传统火箭而言，具备复用性的运载火箭可以将太空旅行的成本降低100倍。
2015年，SpaceX首次在火箭回收方面取得了重大成功，当时Falcon 9的第一级成功在地面着陆。迄今为止的315次发射中，Falcon 9共完成了260次重复发射，充分体现了复用能力的经济价值。
Falcon 9只有第一级可以回收再利用。为了提升运载效率和重复利用率，SpaceX正在设计研发星舰（Starship），以实现运载火箭第一级+第二级的完全重复利用。
为了让运载火箭具备复用性，SpaceX运用了以下重要技术：
（1）着陆腿（Landing Legs）：Falcon 9第一级使用了四条碳纤维着陆腿，在接近地面时展开。
（2）网格鳍（Grid Fins）：网格鳍此前主要用于军事导弹。Falcon 9第一级在大气中下降时，网格鳍能够有效控制推力矢量，从而实现精确着陆。
（3）可重启动的点火系统（Restartable Ignition Systems）：Falcon 9的第一级可以重新点燃9个Merlin引擎，以便在重返大气层和着陆期间进行减速和重定向。
（4）无人船（Autonomous Spaceport Droneships）：如果运载火箭在下降过程中偏离了目标着陆点，它可以选择降落在海面的无人船上。每艘无人船可以通过星链进行通信，确保其处于精确的对接位置。
SpaceX目前拥有3艘无人船，它们各自都有一个有趣的名字：
无人船1号的名字是“当然我仍然爱你”（Of Course I Still Love You）
无人船2号的名字是“只需阅读说明”（Just Read the Instructions）
无人船3号的名字是“重力不足”（A Shortfall of Gravitas）
SpaceX目前有两款在运营中的运载火箭型号：Falcon 9以及Falcon Heavy。
Falcon 9是一个可部分复用、中等推力的两阶段运载火箭，从2010年开始服役至今，是SpaceX的主力火箭型号。名称中带有“9”，是因为其配备了9个Merlin引擎，能提供超过170万磅的推力。
Falcon 9的第一级被称为助推器（Booster），推动运载火箭进入太空，随后与第二级分离。将有效载荷送入轨道后，第二级在重返大气层的过程中燃烧殆尽，而第一级能够顺利着陆并重复利用。
Falcon 9的有效载荷为22.8吨，目前已经累计完成了超过300次发射任务，占到SpaceX总发射任务的95%以上。
Falcon 9有着极高的发射成功率，在服役期间仅有2次发射失败记录，上一次发射失败还是在2016年，总成功率超过99%，是人类历史上可靠性最高的运载火箭。
Falcon Heavy是一个可部分复用，具备超强推力的两阶段运载火箭，从2018年开始服役至今。
Falcon Heavy有着3个Falcon 9引擎核心，即27个Merlin引擎，能产生500万磅的推动力，总有效载荷63.8吨，约为Falcon 9的三倍。
尽管Falcon Heavy性能强大，截至目前它只发射了9次。Falcon Heavy的发射中约有一半需求来自美国军方，包括X-37间谍机等，这是因为军事载荷体积较大，更适合大型运载火箭。
接下来我们重点讲讲SpaceX的星舰Starship。
星舰（Starship）是一种完全可复用的两级超重型运载火箭，能够产生超过1600万磅的推力，是Falcon 9的10倍，是NASA太空发射系统火箭的2倍。
Starship高约400英尺，能够支持100-150吨的有效载荷，差不多是Falcon 9的4倍以上。
Starship目前仍处于测试阶段。一旦投入使用，它将是人类有史以来最强大的运载火箭。
到目前为止，Starship已经进行过3次测试，每次测试都取得了里程碑式的进展。最近的一次测试发生在2024年3月14日，Starship在热分级、有效载荷舱门测试、推进剂转移、一级回收等重要领域取得了重要突破，未来可期。
星舰由两部分组成：超重型助推器（Super Heavy Booster）、星舰上层（Starship Upper Stage）。二者结合起来，形成了完整的（或者说“集成的”）星舰。
超重型助推器是第一级，包含33个猛禽发动机（Raptor Engine），其中13个位于中心，20个位于周边。
星舰上层是第二级，包含3个针对海平面优化的Raptor 2引擎和3个针对太空环境优化的Raptor Vacuum引擎。
在发射过程中，超重型助推器提供升空时所需的动力。一旦超重型助推器的燃料耗尽，它就会从星舰上层分离并返回地球。
这时星舰上层（第二级）会抛弃超重型助推器（第一级）并点燃自己的发动机将自身推入轨道，继续行驶并将有效载荷运送到目的地，最后返回地球并降落在地面上。
随着未来星舰正式投入使用，SpaceX能够把更大规模的Starlink V2卫星送入近地轨道，并实现第二代星链的部署。
除此之外，星舰还有潜力让SpaceX提供地对地高速旅行的商业服务，以及推进人类对月球及火星的探索。
SpaceX还在开发一种专门用来给其他星舰加油的星舰，让星舰在出发去火星之前，能够在近地轨道（LEO）加满油再出发。
可以说，星舰承载了马斯克星际探索的梦想和决心。
2018年时，SpaceX平均每月进行2次发射。目前SpaceX每个月进行10 次发射，即每周约2次。2024年3月的第一周，SpaceX在24小时内进行了3次单独发射，发射频率节节攀升。
随着SpaceX的发射频率越来越高，它还希望能够扩大每次发射运载的有效载荷。随着未来Starship投入正式运营，单次发射任务的有效载荷能够从现在Falcon 9的22.8吨提升至100-150吨。
SpaceX的发射业务主要服务三类对象：商业客户、政府客户、以及SpaceX自己的星链业务。
迄今为止，SpaceX所有发射任务中有46%都是在为建设自家的星链而发射卫星，这个占比未来还将继续提升。
SpaceX的商业客户包括SES、Eutelsat、EchoStar、Inmarsat、Intelsat、Telesat等，占SpaceX发射总量的28%，这些商业发射任务主要是把卫星送入轨道。有趣的是，SpaceX也为其竞争对手提供发射服务。
SpaceX发射业务最大的客户是美国政府，包括NASA, Space Force, Air Force等，约有21%的发射任务涉及美国政府的载荷，包括国际空间站 (ISS) 补给任务（~9%）和国际空间站机组人员运输（~3%）。
2023年，SpaceX通过Falcon 9和Falcon Heavy共计完成了96次发射任务，并且没有一次失败。其中有63次是将Starlink卫星送入轨道，27次是将第三方的卫星送入轨道，另外有5次是为美国政府服务，其中包括3次为国际空间站运输补给品、2次运送机组人员到国际空间站、1次运输X-37B间谍机。
星舰的第一级和第二级都用到了Raptor猛禽引擎，其推力是上一代Merlin引擎的2倍。
Merlin引擎使用精炼煤油作为燃料，Raptor引擎则使用低温液态甲烷 + 液氧的混合物作为燃料。
Raptor引擎于2014年开始研发，并于2023年4月正式开始使用。
Raptor Vacuum引擎 (RVAC) 是Raptor的变体，具有更大的排气区域和膨胀喷嘴，为太空环境中的星舰提供动力。
几年以来，Raptor引擎进行了多轮迭代。SpaceX于2022年发布了Raptor 2，并于2023年发布了Raptor 3。每次迭代都对引擎的主要部件进行了简化，降低重量并提升推力，很符合马斯克的第一性原理。
Raptor 3的重量约为1400公斤，与初始的Raptor 1的2000公斤相比，减少了30%，推动力从185吨提升到了269吨。
在运载火箭发射领域，SpaceX具备压倒性的竞争优势，目前其主要竞争对手是Blue Origin。
Blue Origin（蓝色起源）是由Amazon的创始人Jeff Bezos在2000年创立的，总部位于华盛顿州肯特郡。
Blue Origin完全由Bezos本人出资。据Ars Technica估计，Bezos已投资100-200亿美元。
Blue Origin目前有两种运载火箭型号：New Shepard，New Glenn。
New Shepard是一种亚轨道、可复用、可载人的运载火箭，既可以用作太空旅游，也可以运输有效载荷。其名称源于第一位进入太空的美国宇航员Alan Shepard。
New Shepard从2010年正式开始研发，并于2015年开始测试。自2015年以来，New Shepard已经完成了24次亚轨道飞行，其中有6次是载人任务。
在2022年9月的一次发射任务中，New Shepard的发动机喷嘴出现结构性故障，导致发射失败。
New Glenn是Blue Origin正在开发的一款重型推力、可复用、可载人的运载火箭。凭借7米长的整流罩，它能够向近地轨道（LEO）运载高达45吨的有效载荷。作为对比参考，这个数字对于SpaceX的Falcon 9而言是22.8吨，对于Space的星舰而言是100-150吨。
New Glenn也是一款两级火箭，第一级由7台BE-4引擎提供动力，其使用液氧和液化天然气作为燃料。
Blue Origin表示New Glenn将于24年下半年进行首次发射，将NASA的研究机器人运送到火星。
除了Blue Origin之外，其他潜在竞争对手包括Arianespace，Rocket Lab，United Launch Alliance (ULA)等。
以上我们对SpaceX的发射板块进行了全面解读。
Exploration is wired into our brains. If we can see the horizon, we want to know what's beyond.
—— Buzz Aldrin
>End
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