轰炸机公司的航天部门，正在给国际空间站运送物资

公众号新闻

2024-08-04 04:08

订单抢不过SpaceX，飞船发射也交给了SpaceX。

作者丨临风

编辑丨海腰

图源丨Midjourney

诺斯洛普·格鲁曼（Northrop Grumman，以下简称“诺格”）是美国军火巨头，大名鼎鼎的B-2隐身轰炸机就是其代表作。

但诺格并不只制造杀人机器，其航天部门：轨道科学制造的天鹅座货运飞船承担着为国际空间站运送补给物资的重任。

轨道科学公司成立于1982年，从事人造卫星研制与发射，同时参与国家导弹防御系统开发，2015年与弹药公司阿特连合并组成Orbital ATK。

2018年被诺格约78亿美元高价收购后，现在是诺格的第四大业务部门创新系统部门。

它是NASA早年间商业补给服务（CRS）项目的重要参与者，在美国航天领域成绩耀眼。据数据，自1982年成立以来，轨道科学已向商业、军事、民用客户交付150艘航天器，累计超过1000年的在轨运行经验，在小型通讯卫星及小型运载火箭占有大量市场。

轨道科学公司成立42年，是世界上最大的固体火箭制造商，也是国防导弹、运载火箭、通信卫星等赛道上的“老大哥”。

轨道科学是美国洲际弹道导弹的大型固体火箭发动机的主要供应商。火箭有著名的Minotaur（米诺陶）系列、首枚空射火箭Pegasus（飞马座）、两级运载火箭Antares，旗下还有专为CRS服务的天鹅座宇宙飞船。

它凭借GEOStar-2卫星平台，轨道科学成为地球同步轨道（GEO）通信卫星的供应商，也是低地球轨道（LEO）通信卫星的供应商，建造和部署了ORBCOMM网络。此外，轨道科学还是成像卫星、科学卫星的制造商。

SpaceX的猎鹰9号后来居上，成为小型载荷发射的劲敌，飞马座商业任务稀少。且在2023年8月，最后一枚Antares230火箭退役告别时代，天鹅座交由SpaceX发射。进入诺格悉心研制的固体燃料OmegA火箭也未能竞争过SpaceX和ULA而被取消。

图源：网络，2023年最后一枚安塔瑞斯230+火箭成功发射天鹅座货运飞船

轨道科学业务范围广、根基牢固，并没有完全被SpaceX打压，它让诺格的国防订单稳步推进，在轨道服务、纳米卫星市场内游刃有余。

“让项目在数年或数十年里展开效果，轨道ATK已表现出非凡的耐心，正如它花费数十年达到现在的地位”，推进工程师Jeffrey评论，“无论是设计火箭、以旧造新还是月球送货，轨道ATK似乎总有事可做。”

据称，诺格正在研制Antares330火箭用于发射天鹅座飞船。它将使用完全由美国生产的发动机，第一级便是7台萤火虫公司的米兰达发动机，预计于2025年6月首飞，执行NG-23天鹅座飞船任务。

首发搭乘飞机上天的固体火箭

1990年前后，轨道科学上市时，产品可谓是令人“眼花缭乱”且创新超前：Orbcomm LEO通信和遥感舰队、小型GEO通信和地球观测卫星、NASA的科学卫星、国际空间站的货船等。

图源：网络，轨道科学时期的logo

做火箭，轨道科学是专业的，其中三级固体有翼Pegasus火箭（飞马座）是它的“成名作”。

Orbcomm卫星通信系统是美国三大低轨移动星座卫星系统之一，星座的第一个轨道面卫星就是1997年初用轨道科学公司的飞马座火箭发射入轨。

他们的创始人并非科班出身，但对航天充满情怀，其中创始人David Thompson曾在喷气推进实验室参与首次火星登陆任务，NASA航天飞机项目。

1982年，戴维·汤普森（David Thompson）、布鲁斯·弗格森（Bruce Ferguson）和斯科特·韦伯斯特（Scott Webster）三位哈佛商学院校友共同创立了轨道科学公司。

最开始的10年间，轨道科学从NASA处得到了提供四台转移轨道级（TOS）运载火箭的合同。在拓展火箭业务和制造的过程中，其收购了当时领先的亚轨道火箭供应商之一Space Data。

私人发射的庞大市场是一片蓝海，轨道科学瞧见了。前5年，公司热衷于将LEO通信卫星送入轨道，为工业、交通、能源和政府提供数据服务，为ORBCOMM星座埋下种子。据资料，ORBCOMM是第一个采用LEO卫星星座的全球通信网络，1994支1999年，轨道科学建造并部署了35颗卫星。

在这过程中，轨道科学的首席工程师Antonio Elias发现这类卫星群没有成本效益高的发射能力。

于是轨道科学公司从1987年春天开始做质量小、低成本、使用灵活的空射运载火箭，飞马座火箭。它是轨道科学研制的通过空中发射平台发射的运载火箭，即，搭着飞机发射的火箭，可以搭载母机上天，投射飞行到安全距离后点火发射。

图源：businesswire，飞马座

在20世纪80年代，飞马座这类空射火箭之前没人做过，科幻电影里倒是有超人托运飞机的场景。

那他们就从现有资源里“拼”一个出来。原本，Hercules（后来的Alliant）开发了三台猎户座固体发动机，推进剂配方、材料和壳体绝缘技术是为美国空军的小型洲际导弹项目开发，后来改为飞马座火箭服务，其机翼和尾翼则是由Scaled Composites设计。

飞马座项目没得到任何政府资助，由轨道科学和大力神航空公司自筹资金研制。NASA提供了轰炸机里的“常青树”B-52改装而来的载机，算是赞助。

1990年4月飞马座进行了首飞，这是美国第一种由载运机送到高空发射的运载火箭。美国国防高级研究计划局（DARPA）是飞马座的第一个客户，签了5次发射意向，落实了一项，其他4项交给了美国空军。

飞马座的成绩不错，其技术小组还在1991年获得美国总统布什颁发的国家技术奖章。

因为飞马座的推广成功，轨道科学得以进行8次太空任务。根据NASA的要求，轨道科学和大力神在1994年开发了飞马座XL，还买了洛克希德的L-1011号客机当做母机，命名为“观星者”。

图源：维基百科，飞马座XL

截至2021年最后一次飞行，飞马座共发射45次，失败3次。因运载能力强，发射成功率高，从飞马座的600万美元涨价到飞马座XL 4000万美元。NASA的ICON任务为其买单，发射合同总金额5640万美元。

1990年，轨道科学公司进行了首次公开募股，并开始在纳斯达克交易，下辖公司有GeoEye卫星公司前身ORBIMAGE及GPS接收机Magellan。

20世纪90年代，轨道科学在大量收购公司，如收购Fairchild Space and Defense，收购CTA公司，快速进入地球静止轨道通信卫星市场。1993年，轨道科学公司成功进行金牛座火箭（现名为Minotaur-C）的首次发射，它后来送6颗SkySat卫星及4颗Dove CubeSat升上太空。

图源：WSJ，金牛座火箭首次发射

截至2014年轨道科学已发射800多颗卫星。他们还有用于行星探索的卫星，如2007年发射的黎明号，目的地是火星和木星之间的主小行星带。

后期，轨道科学不仅能开发轨道观测小卫星、气候试验卫星等近地轨道卫星，在Star2平台的基础上建造中型飞行器，还有一套自己的卫星运载火箭。据悉，米诺陶（Minotaur）系列火箭被称为世界最强固态火箭家族，米诺陶5号用于发射人造卫星至地球同步轨道、地月转移轨道。

图源：NSF，Minotaur-C

此时，轨道科学的发射系统包括运载火箭、导弹防御拦截器、目标火箭和其他亚轨道火箭。

一方面，政府和企业运用轨道科学的飞马座、金牛座、Taurus、Peacekeeper 运载火箭将中小型卫星送上天；另一方面，美国国防部使用该公司的亚轨道火箭，作为美国国防系统的威胁模拟目标运载火箭和拦截助推器。

到了21世纪初，轨道科学扩展导弹防御系统业务，并得到9亿美元的支持，用于开发、建造、测试和支持拦截助推器。

此外，轨道科学与美国导弹防御局（MDA）合作紧密，2003年便开始美国陆军太空与导弹防御司令部授予的“关键测量计划”独家合同，做火箭设计、有效接口开发、火箭集成与发射，并在2009年接下其中程弹道导弹目标类合同，价值11亿美元。后来，轨道科学是美国导弹防御局（MDA）地基中段防御系统拦截助推器的唯一提供商。

2006年，它完成了成立以来的第500次任务。卫星、运载火箭和空间系统的产品制造，保障了轨道科学前20年在行业中的地位和市场中的份额，也成为政府眼中可靠的合作对象。

比龙稍“逊”的天鹅

一份价值19亿美元的往返国际空间站货物运输服务合同，让轨道科学迎来发展里程碑——开发天鹅座飞船。

图源：SpaceNews，NG-11由 Antares 火箭发射升空

最近一期NG-20天鹅座货运飞船按照原本路线，为国际空间站补给物资、科学研究载荷和航天器硬件，总计3726千克，停靠超5个月，装满飞船垃圾和废气设备后再入大气层销毁。

7月12日，NG-20已完成释放，进入独立飞行，为天鹅座21货运飞船腾出对接口。7月27日，猎鹰9号也被批准可以复飞。也许，这对于被困国际空间站的两名宇航员来说，是一个好消息。

距NG-20天鹅座发射的十年前，是天鹅座飞船Orb-1首飞，在空间站停留1个月后带着垃圾重返地球，自毁。在太空探索方面，这次成功为政府方采购私营公司服务开启了新篇章。

而天鹅座的研制须追溯到距离其发射的二十年前。美国乔治·W·布什总统宣布了太空探索愿景 (VSE)，在见证了航天飞机完成空间站组装退役后，VSE估计NASA尽快做好空间站的商业货运服务。

实际上，在航天飞机时代，美国给空间站运货不需要货运飞船，他们的航天飞机能轻松拉货上天。但航天飞机平均单次发射成本达到约7.5亿美元，2004年航天飞机项目宣布结束，国际空间站总得有“物流”跑，NASA加大了“外包”力度。

美国人记忆里还有一次哥伦比亚号航天飞机在2001年失事的惨祸。如果不寻求外力，等到2010年航天飞机退役，NASA向国际空间站送150000磅（约68吨）重的货物谁来送？

2005年成立的商业乘员和货物计划办公室（C3PO）计划依靠投资来开发所需的航天器和火箭，从私营企业购买运输服务。空间站的货物补给计划分两步走，一是商业轨道运输系统（COTS）计划，二是商业补给服务（CRS）计划。

图源：NASA

起初，2006年赢得COTS合同的是SpaceX和Rocketplane Kistler（RpK），RpK是更早的想研发全复用火箭的玩家，但没融到钱，NASA停止跟它的合作，在2008年转向了轨道科学公司，签署了SAA协议。

据2008年12月合同，NASA向轨道科学公司提供了19亿美元，要求其必须在2016年之前用天鹅座宇宙飞船运送8次，多达20吨的货物到国际空间站。

天鹅座飞船包括加压货舱和服务舱两部分，分别由意大利著名的航天器公司Thales Alenia Space和轨道科学公司建造，能兼容多种运载火箭。轨道科学公司甚至还开发了两极安塔瑞斯Antares火箭，一种一次性使用的运载系统。

2013年4月，Antares火箭完成试射，当年9月，天鹅座飞船Orb-D1的首次飞行，也是COTS项目的最后阶段顺利完成。天鹅座COTS演示任务Orb-D1和CRS Orb-1成功后，Antares火箭和天鹅座飞船顺利履约。

此时，天鹅座飞船的项目合作伙伴，同时也是竞争对手的SpaceX龙飞船出现，它也需向ISS提供12次补给，SpaceX谈的价格比轨道科学便宜，12次补给16亿美元。

但在2014年，轨道科学悲喜交加。2014年1月，天鹅座飞船成功发射，轨道科学成为继SpaceX后又一家给空间站送货的私营企业，而在那年10月，天鹅座飞船搭载自研的Antares火箭第三次发射，升空后6s发生爆炸，不仅船箭尽毁而且重创了发射台，损失船上2200公斤的补给物资。

图源：NASA，2014年10月28日Antares火箭升空后不久发生故障

有文章分析，这是因为Antares火箭设计液体火箭研制经验不足，一二三级火箭如同“拼凑”，以及饱受争议的前苏联“NK-33”发动机导致的失败。

在2015年2月轨道科学买了“经验包”，它与ATK（Alliant Technologies）的航空航天和国防集团合并，后者最出名的是航天飞机制造固体火箭助推器，他们成立了一家价值45亿美元的新公司，改名为轨道ATK。好巧不巧，ATK的前身便是Hercules Aerospace，也就是与轨道科学合资开发飞马座的公司。

图源：维基百科，轨道ATK logo

尽管天鹅座飞船的光芒逐渐被如日中天的龙飞船掩盖，但轨道ATK在卫星加油、火箭助推器、国防导弹方面仍占有一席之地。在2016年，轨道ATK要发展新一代精确武器、新型运载火箭和商业在轨服务。

据统计，此前轨道科学占有40%的轨道市场，55%的小型通讯卫星市场和60%的小型运载火箭市场。

合并之后，轨道ATK的业务再次拓宽，分为飞行系统部门（FSG）、国防系统部门（DSG）及太空系统部门（SSG）。据其2017年第四季度财报，国防系统订单占全年总额49%。轨道ATK还在2017年拿下任务成功率100%的佳绩。

图源：business wire

轨道ATK CFO Garrett E. Pierce表示：“回顾合并后的3年，公司超额完成2015年初指定的15%年复合增长率和累计10亿美元自由现金流目标。”

早在2010年，轨道科学宣布5500万美元收购通用动力旗下的卫星系统分布，Specturm Astro，保留所有员工。此次交易，反而增加7000万美元收入，提高了2010年的收入总额，2011财年收入达到13.5亿美元。

同年，轨道科学又有一个前瞻视角，它提出了“任务拓展飞行器”的概念，研发了MEV-1在轨延寿飞行器，国际通信卫星公司成为首家客户。MEV-1在2019年发射，在2020年2月为Intelsat-901通信卫星对接加注燃料，延寿5年。虽然这项服务按年购买是1300万美元，但比造新卫星并发射的成本要低。

不仅如此，NASA在新一轮太空计划中开发太空发射系统（SpaceLaunchSystem，简称SLS），火箭系统由液体主火箭和固体火箭助推器组成，拿下SLS超级火箭两个关键助推器系统的就是轨道ATK。其飞行系统事业部负责SLS固体火箭助推器和发射中止系统火箭发动机，轨道ATK也算干回了老本行。

轨道ATK为NASA的SLS研制的大型固体火箭助推器，每个推力可达约1633吨，与SpaceX用于液体燃料的猛禽发动机相比各有千秋。2022年，推迟16次首飞时间的SLS火箭终于发射成功。

国防导弹方面，2016年的轨道ATK仍获美国导弹防御局青睐，赢得提供中程目标火箭新合同，支持导弹防御系统测试，总价值4亿美元。

综合来看，尽管轨道ATK虽有军方和NASA合同养着，后期也在更新天鹅座货运能力，但太空系统是其关键业务，一次性运载火箭发射价格居高不下，它需要一支更强的支撑力量来越过挫折。

不久后的轨道ATK，宣布被诺格公司收购。2017年9月，诺格宣布将以92美元的价格收购轨道ATK，按照交易条件，诺格将支付78亿美元现金，并承担对方14亿美元的债务，2018年6月完成溢价收购。

这开了个头，美国的航天工业迎来大型并购潮，多的是军工巨头与航天航空公司的合并。2019年中，L3和Harris完成并购，2020年洛克希德·马丁斥资44亿美元收购Aerojet Rocketdyne（洛克达因）。联合技术220亿美元收购Rockwell Collins后拆分重组，后又与雷神谈成了并购交易。

收购完成后，两者强强联合。轨道ATK成为诺格公司的创新系统公司（NGIS），作为第四个业务部门，销售额约为300亿美元，补齐了诺格航天资产。

而且这让诺格成为美国大型固体火箭发动机的主要供应商，在该市场占有绝对的主导地位。2020年9月，美国空军授予诺格一份133亿美元的合同，用于研发地基战略威慑（GBSD）洲际弹道导弹。这份竞标没有敌手，波音都主动退出。

图源：SpaceNews，诺格固体火箭发动机装配线

虽然已有诺格做背后势力，可天不遂人愿，轨道ATK在SpaceX的竞争中栽了跟头。

为实现帮助美国军方发射卫星的计划，轨道ATK在2018年宣布正在开发固体燃料OmegA火箭，旨在与ULA Vulcan和SpaceX猎鹰9号争抢美国空军的发射合同。

图源：Twitter

那时轨道ATK没有现成的EELV级性能火箭，手上有很多顶配硬件，如德尔塔2增压器的升级版。他们开发多年，加大利用资源投入，但这场“拼装”没有飞马座那么幸运，在2020年，轨道ATK没能获得NSSL-2合同，败绩之下，诺格停止了OmegA火箭的研发。

图源：NSF，第四支火箭是轨道-ATK NGL（OmegA）

飞船方面，大家调侃其是一只比“龙”稍逊的“天鹅”。

2015年6月发射的猎鹰9号也惨，不到2分钟时间出门即爆炸，好在同年年底实现了助推器的首次成功着陆，开启火箭回收计划。同时，从2015年底开始，轨道ATK推出增强型天鹅座，内部容积增加50%，可以运载更多货物。

在2016年新型运载火箭的计划里，轨道ATK的汤普森表示：“现在讨论可重复使用能力还为时过早”，相反他们更多地在改进运载能力。他们为Antares火箭选中了成熟的俄制发动机RD-181（Atlas V用的是RD-180），让Antares -230火箭的近地轨道运力达到6.5吨。

SpaceX助推器实现可回收后，明显比轨道ATK更“厚道”了，不仅成本低还实现了运载货物返回，龙飞船可复用且上行3吨下行2吨。

从发射记录来看，改进后的Antares -230火箭发射没有再失误，而无论是Antares100还是Antares200系列，发射成本都昂贵，除政府合同外没有接过商业发射订单。

据消息，2016年轨道ATK结束“旋风全球导航卫星系统”（CYGBSS）8颗卫星的发射后，飞马座火箭也基本上没有揽到其他业务。在2019年NASA甚至将“成像X射线偏振测量器”（IXPE）的发射合同交给了猎鹰9号，这个合同与由飞马座发射的ICON项目体量相当。

雪上加霜的是，因地缘政治影响，美国想摆脱俄制发动机的依赖。尤其是在俄乌冲突爆发后，诺格决定不再采购俄制火箭发动机。2023年，Antares火箭230系列谢幕退出，天鹅座飞船送别最后一枚Antares火箭230+火箭。

因与330火箭研制的空窗期，诺格需外包发射服务，后期天鹅座飞船的发射将由猎鹰9号承运。加上ULA的“宇宙神5”，天鹅座成为搭载火箭类型最多的飞船。

随着商业航天公司在低成本发射上“卷”出新花样，轨道ATK压力不小。

太空运输方面，诺格和轨道ATK的天鹅座飞船（上行3.5吨，无下行）可能将面临如小型航天器的Sierra Space航天飞机（加压舱5吨，下行1.85吨）的竞争。卫星发射方面敌不过SpaceX，星链Starlink及“拼车”任务的执行，几乎收揽了其竞争对手的发射生意。

预计在8月3日，轨道ATK的天鹅座第21次飞行发射还将由SpaceX执行。推进工程师Jeffrey L. Smith表示：“未来，天鹅座飞船将是NASA重返月球的计划中的一部分，也就是地月空间的太空站Deep Space Gateway”。

商业航天学会赚钱

轨道ATK是由NASA的订单一手扶植起来的老牌航天公司，既有资源实力又能在发射服务、卫星制造、卫星服务上自主运营，但发射服务缺少如同SpaceX打造商业创新、客户需求为主的业务市场。其发射成本下不来，小公司买不起，大公司很犹豫。

通俗来讲，不同于传统航天发射或成功制造了“大国重器”，商业航天的价值导向还将指向赚钱，降低成本努力创新，技术和利益两手抓。

以火箭复用技术为例，2015年前后，轨道ATK和SpaceX在货运任务中前后脚“爆炸”，SpaceX和ULA选择将可重复使用能力集成到火箭中。轨道科学按履约标准将美国空军投入的5000万美元和自己的3000万美元投入到新型运载火箭中去，对火箭翻新、重复部件的经济意义存疑。

图源：《金融时报》，轨道科学第四次货运任务推迟

轨道ATK认为可复用的方式不止一种，消耗性火箭也能与新一代可复用火箭竞争。据The Space Review，轨道科学花了数年时间研究NGL，一款不可复用的火箭。它从选择最实惠的上级发动机、节省推进剂燃料、用一次性复合材料替换航天飞机SRB（固体火箭助推器）重复使用的钢壳等方面降低总成本。

NGL（后来的OmegA）是参与EELV（美国渐进型一次性运载火箭计划）的积极参与者。轨道ATK为此与美国空军空间和导弹系统中心签署了合作研发协议，连发射场都定好了，坚信能拿下合同，但最终惨败被遗憾取消。

图源：维基百科，OmegA概念图

对两家公司而言，解决火箭复用技术水平也许相当，而SpaceX选择了先进技术为赚钱服务。

近年，稳定的国防订单外，轨道ATK逐步在应用端上打开新思路。它是近年轨道服务和纳米卫星的市场中主要参与者，2018年，轨道ATK获得了国际通信卫星的第二份合同，让MEV-2继续做延寿服务。

图源：科学空间，2021年4月MEV-2与用户卫星成功对接

NASA以COTS、CRS等一揽子计划以近地轨道的竞争让轨道ATK、蓝色起源、SpaceX、内华达山脉等公司为了赚钱“卷”出技术新水平，为完成“重返月球”、“星际探索”等大目标服务。

在有明确的政策扶持和市场需求后，我国的商业航天这两年不遑多让，已在商业航天产业链的材料组件、卫星制造、火箭制造、卫星发射、地面设备、卫星运营、卫星服务等领域遍地开花。

我国在卫星制造、火箭发射、卫星运营、卫星应用等方面由国家队领航，其中民营火箭发射将成为重要力量。2024年规划发射100次，民营商业公司预计将达到24次。

据美国卫星产业协会（SIA）统计数据显示，地面设备及卫星服务是航天产业率先商业化的环节。其中，主要面向C端用户的地面设备领域是我国民企积极参与的场景，有震有科技、中通国脉、海格通信、华力创通等。

不过现状距离商业航天2.0还有一定差距。据睿兽分析数据显示，2021—2024年Q1商业航天完成331个融资事件，已披露融资金额360.48亿元，早期投资事件占62%，大量商业航天企业还处于行业发展早期。

尽管我国商业航天起步较晚，从2015年成立第一批商业航天企业至今未满10年，但已有步履不停的进步和技术突破。

正如我们的目标：“让商业航天成为传统航天破局新引擎。”

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来源: qq

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