文｜飛觀App 魏初韡

2021年，中國航天的成果頗豐，全年55次發(fā)射的數(shù)據(jù)，以及天和核心艙成功發(fā)射、祝融火星車成功落火、玉兔2號巡游月球背面等等航天成就無不讓國人為之振奮。

但Space X的2021同樣無比輝煌，全年SpaceX成功完成了31次的發(fā)射任務(wù)，星鏈衛(wèi)星、小衛(wèi)星拼單發(fā)射服務(wù)、獵鷹9號創(chuàng)紀(jì)錄地成功回收以及星艦（Starship）超重型火箭試驗(yàn)的陸續(xù)推進(jìn)。

年底，還沒有上市的Space X獲得了一筆3.37億美元的新融資，這是2021年Space X第三次獲得股權(quán)融資。迄今為止，Space X已經(jīng)完成18輪融資，在今年10月二次出售股票7.55億美元后，它的投后估值突破了1000億美元，成為全球最具投資價(jià)值的私營公司之一。

進(jìn)入新世紀(jì)，世界航天產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)由傳統(tǒng)的政府主導(dǎo)漸漸轉(zhuǎn)為向市場開放的新階段，包括Space X、藍(lán)色起源、維珍銀河等在內(nèi)的多家歐美商業(yè)航天公司陸續(xù)從技術(shù)創(chuàng)新、商業(yè)化運(yùn)營等維度大大推動了人類航天事業(yè)的進(jìn)步。

那么，那個(gè)老生常談的問題也隨之到來：我們自己的SpaceX在哪里？

作為全世界商業(yè)航天公司的典范，Space X獨(dú)步武林的是它的降本增效能力，被稱為“價(jià)格屠夫”的Space X擁有讓其他商業(yè)航天公司羨慕的三板斧：可重復(fù)回收火箭、一箭多星技術(shù)以及批量化生產(chǎn)衛(wèi)星的能力。

本文將從Space X的這三板斧切入，一起探討如下幾個(gè)問題：可重復(fù)回收火箭技術(shù)能降低多少成本？中國商業(yè)航天公司的進(jìn)展如何？一箭多星技術(shù)的原理，以及它對于商業(yè)航天公司的意義？衛(wèi)星批量化生產(chǎn)如何實(shí)現(xiàn)？它的意義如何？

1.蟄伏：火箭的可重復(fù)回收之路

2021年5月5日14：42分，一枚獵鷹9火箭成功將第27批次1.0版星鏈衛(wèi)星送入軌道。隨后，它的一級子火箭緩緩降落在海上回收平臺上。

從今天開始，這枚剛剛降落的一級子火箭有了一個(gè)新名字：B1051.10。

在這個(gè)名字中，B1表示它是一枚第一級子火箭，051表示出品的第51枚獵鷹9號火箭，10則表示它完成了十次飛行和回收。

據(jù)資料顯示，這枚功績彪炳的十手火箭先后承擔(dān)過DM-1、RADARSAT、Starlink-3、Starlink-6、Starlink-9、Starlink-13、SXM-7、Starlink-16、Starlink-21、Starlink-27等10次載荷發(fā)射，其中包括7次自家的星鏈任務(wù)，2次商業(yè)任務(wù)和1次自家的龍飛船任務(wù)。

作為可重復(fù)回收火箭領(lǐng)域的博爾特，SpaceX再一次打破了自己保持的一級火箭成功回收使用的最大紀(jì)錄。

但對于鋼鐵俠來說，紀(jì)錄存在的最大意義可能就是用來打破的。

果不其然，到了2021年12月18日，這枚編號B1051.10的一級火箭再次成功發(fā)射了52顆星鏈衛(wèi)星，并實(shí)現(xiàn)回收。

至此，火箭屆的最強(qiáng)打工人——B1051.11誕生了。

有媒體在回收成功后祝賀SpaceX公司，“它們完成了之前規(guī)劃的，每枚獵鷹9火箭重復(fù)使用10次的壯舉?！钡珜τ凇拌F公雞”馬斯克來說，重復(fù)使用10次肯定不是終點(diǎn)。充電5分鐘，使用一輩子才是他的終極目標(biāo)。

在回收成功后，馬斯克順勢表態(tài)，“一箭10飛不是上限，只要火箭條件允許，便會一直飛下去，直到報(bào)廢為止。”

商用可重復(fù)回收火箭，無論從商業(yè)模式還是工程技術(shù)的角度講，它都最大限度地直指火箭發(fā)射領(lǐng)域的核心問題：昂貴的成本和極低的效率。

以目前人類的科技水平來說，運(yùn)載火箭是人類目前進(jìn)入太空最高效的方式，但它也僅僅只能將自身重量2%的載荷送入太空。相比于重達(dá)上百噸的火箭來說，毫無疑問浪費(fèi)巨大。

在價(jià)格方面，美國德爾塔-4火箭的發(fā)射價(jià)格在1.4億美元，歐洲的阿里安-6火箭報(bào)價(jià)也在1億美元左右，哪怕以物美價(jià)廉著稱的中國長征系列火箭，長征3號乙火箭的發(fā)射價(jià)格也在7000萬美元左右。

圖/火箭單位質(zhì)量發(fā)射成本 圖源/安信證券

但高價(jià)低效的問題，似乎從航天產(chǎn)業(yè)誕生起就從來沒有得到過真正的重視。

當(dāng)馬斯克一腳踏進(jìn)航天領(lǐng)域時(shí)，一些航天圈的老炮曾表示，“在這里，如果你沒有一個(gè)億，你都無法叫醒波音起床?！?/p>

但現(xiàn)實(shí)卻很快打臉。

2015年12月21日，SpaceX公司的獵鷹9號將11顆衛(wèi)星送入近地軌道，并將一級火箭第一次成功在卡納維拉爾角的LZ-1著陸區(qū)著陸。人類航天史上第一次軌道級垂直發(fā)射垂直返回（VTVL）模式的火箭回收宣布成功。

當(dāng)前，SpaceX公司的獵鷹9號火箭已經(jīng)將發(fā)射價(jià)格降低到每發(fā)6200萬美元，每千克載荷發(fā)射價(jià)格降低到不到0.5萬美元。根據(jù)FAA的數(shù)據(jù)顯示，SpaceX公司的獵鷹系列火箭在全球發(fā)射市場擁有52%的占有率，一舉成為了發(fā)射領(lǐng)域的霸主。

起初，讓航天老炮們質(zhì)疑的可重復(fù)回收利用火箭，現(xiàn)如今成為各國官方和商業(yè)航天公司的標(biāo)配。

曾經(jīng)率先搞出亞軌道級重復(fù)回收利用火箭的藍(lán)色起源公司，計(jì)劃研發(fā)新一代復(fù)用型火箭“新格倫”；波音和洛馬兩大軍火巨頭的ULA將打造復(fù)用型的“火神”火箭；俄羅斯航天局準(zhǔn)備研發(fā)“阿穆爾”復(fù)用回收型火箭；我國的“長征八號”，它的升級版CZ-8R作為國家隊(duì)首款目標(biāo)回收火箭也在研制中，計(jì)劃2025年左右試飛。

各國紛紛跟進(jìn)可重復(fù)回收利用模式的火箭，說到底還是它強(qiáng)大的低成本發(fā)射能力。

這里我們拿獵鷹9號火箭來算一筆賬，據(jù)各種渠道公開信息的匯總，一枚獵鷹9號火箭報(bào)價(jià)6200萬美元，其中一級火箭大約占總成本的48%，大約為3000萬美元。二級火箭大約占總成本16%，大約為1000萬美元。整流罩大約占總成本的9%，大約為550萬美元。燃料費(fèi)、發(fā)射場地費(fèi)和其他費(fèi)用約為500萬美元，占比8%；商業(yè)發(fā)射毛利潤1150萬美元，占比19%。

這是單次發(fā)射的價(jià)格，如果獵鷹9號火箭重復(fù)發(fā)射并回收利用了呢？

馬斯克曾表示，一枚回收后的一級火箭需要額外花費(fèi)25萬美元，進(jìn)行必要的翻新和保養(yǎng)。

由于現(xiàn)在獵鷹9號的整流罩實(shí)現(xiàn)了回收利用（雖然還不清楚是否可以無限次復(fù)用），于是，一枚獵鷹9號火箭的成本變成了3225萬美元，毛利潤率達(dá)到了驚人的37%。

這意味著獵鷹9號火箭在執(zhí)行2次發(fā)射任務(wù)后，從第三次到第五次發(fā)射自家星鏈任務(wù)，從發(fā)射成本角度衡量是免費(fèi)的。

而SpaceX也確實(shí)這樣做了，上面提到的那顆一箭11飛的B1051.11火箭，雖然只完成了3次外部商業(yè)訂單發(fā)射，但獲取的利潤卻完全可以支撐起剩余8次星鏈發(fā)射任務(wù)的成本。

看到這里，作為有著優(yōu)秀雞娃傳統(tǒng)的國人肯定會冒出一句：

看看XX家的孩子，我們自己的商業(yè)航天公司能做到嗎？

在中國商業(yè)航天公司與SpaceX的幾項(xiàng)技術(shù)差距中，可重復(fù)回收使用的火箭可能是差距最大的一個(gè)。

畢竟，作為全世界只此一家，別無分號的獨(dú)門黑科技，這也是讓馬斯克在航天界一炮打響的資本。

目前，我們雖然沒有無法媲美獵鷹9號的可重復(fù)回收使用的火箭，但據(jù)公開報(bào)道，前面提到的國家隊(duì)選手長征8R火箭，已經(jīng)研制成功了發(fā)動機(jī)變推力調(diào)節(jié)技術(shù)，這個(gè)技術(shù)是發(fā)動機(jī)節(jié)流的關(guān)鍵。

并且，長征團(tuán)隊(duì)也在著陸緩沖機(jī)構(gòu)、低空低速的返回段制導(dǎo)、自主控制等技術(shù)方向做了試驗(yàn)，預(yù)計(jì)在2030年左右實(shí)現(xiàn)商業(yè)飛行，并且能夠同獵鷹9號一樣實(shí)現(xiàn)海上無人船方式的垂直降落回收。

但國家隊(duì)強(qiáng)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)和成功率的工作模式，使得我們對于中國第一款可重復(fù)回收火箭的誕生，有著更快一點(diǎn)的天然期待。

在國家隊(duì)選手之外，中國的商業(yè)航天公司們難道就沒有一個(gè)能打的嗎？

2021年7月，陜西銅川霧氣籠罩的山谷中，一枚小火箭點(diǎn)火起飛，隨后在距離地面10米左右下降，之后穩(wěn)穩(wěn)降落地面。

霧氣散去，現(xiàn)場深藍(lán)航天的工程師們歡呼慶祝：星云-M1號試驗(yàn)箭成功實(shí)現(xiàn)“蚱蜢跳”。

這次低調(diào)的試驗(yàn)對于中國商業(yè)航天來說，有著里程碑式的意義。

早先，馬斯克在做出可回收火箭的決定后，首先采用的是垂直發(fā)射，降落傘回收的方式。

但2010年的兩次失敗，使他相信降落傘回收的方式無法走通，原因是火箭和降落傘很容易在再入大氣層時(shí)被摧毀或失控。

于是，馬斯克調(diào)整了技術(shù)路線，決心采用垂直起降（VTVL）的模式，只使用液體火箭發(fā)動機(jī)自身的動力，實(shí)現(xiàn)火箭的發(fā)射與回收。

在上世紀(jì)“土星5號”即將退役前，NASA的工程人員在白宮和五角大樓的要求下，設(shè)計(jì)一款可重復(fù)使用、便宜且高效的太空運(yùn)載器。在當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平下，苛刻的需求指標(biāo)使得NASA的工程人員將思路框定在了“火箭降落需要空氣動力學(xué)的升力”，于是后面的航天飛機(jī)誕生了。

但事實(shí)證明，航天飛機(jī)的機(jī)翼巨大且沉重，效率極低，死重也很大，操縱也很不方便。

于是，航天飛機(jī)最終被設(shè)計(jì)成了一個(gè)艱難的折衷方案——配有一個(gè)附加在外的巨大油箱，而且只能使用一次。航天飛機(jī)在降落后的滑翔能力極為有限，導(dǎo)致降落難度巨大。

所以，馬斯克在一開始就沒有采用航天飛機(jī)式的垂直發(fā)射水平返回（VTHL）的模式，NASA也開放了上世紀(jì)90年代研制的DC-X單級入軌復(fù)用運(yùn)載火箭的項(xiàng)目資料，這也讓SpaceX獲得了該項(xiàng)目的不少技術(shù)成果。

現(xiàn)在，獵鷹9號火箭的回收看起來幾乎能做到百發(fā)百中。但實(shí)際上，火箭的垂直起降與回收難度頗大。

曾經(jīng)有航天專家這樣形容獵鷹9號火箭的回收難度，“相當(dāng)于把一根鉛筆飛過帝國大廈頭頂，接著精準(zhǔn)落到一個(gè)只有鞋盒大小的著陸點(diǎn)！”

在獵鷹一級火箭的降落過程中，這根質(zhì)量27噸，高度40米的鋼鐵巨物，從距離地面80公里的高度逐漸降落。速度從5倍音速，逐漸降低到亞音速，再到高鐵的速度，再到成人步行的速度，精度和速度控制必須分秒不差。

深藍(lán)航天沒有SpaceX這樣倚靠NASA的便利條件，但在僅僅三個(gè)月后，深藍(lán)航天在同一片場地，成功完成了“星云-M”1號試驗(yàn)箭百米級垂直起飛及降落（VTVL）飛行試驗(yàn)，最大飛行高度達(dá)到了103.2米。

圖/深藍(lán)航天“星云-M”1號試驗(yàn)箭 圖源/深藍(lán)航天

深藍(lán)航天CEO霍亮在接受采訪時(shí)表示，“實(shí)現(xiàn)火箭垂直回收有兩大難點(diǎn)，一是發(fā)動機(jī)推力可調(diào)、能重復(fù)使用，二是控制系統(tǒng)精準(zhǔn)無誤。從深藍(lán)航天創(chuàng)立起，便開始在這兩個(gè)方向上持續(xù)深耕?！?/p>

針?biāo)ㄊ絿娮⒓夹g(shù)是實(shí)現(xiàn)火箭發(fā)動機(jī)變推力的重要手段，獵鷹9號火箭的"梅林發(fā)動機(jī)“也采用了這項(xiàng)技術(shù)，運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)的火箭發(fā)動機(jī)可實(shí)現(xiàn)推力在30%~110%之間的動態(tài)變化，并且能夠抑制不穩(wěn)定燃燒，減少震蕩，實(shí)現(xiàn)火箭推力的平穩(wěn)調(diào)節(jié)。

作為深藍(lán)航天“星云”火箭的動力源，其“雷霆”-5發(fā)動機(jī)在運(yùn)用針?biāo)▏娮⒓夹g(shù)后，可以實(shí)現(xiàn)50%-100%推力調(diào)節(jié)，并成功應(yīng)用于“星云-M”火箭的米級、百米級VTVL試驗(yàn)。

但深藍(lán)航天的百米級蚱蜢跳實(shí)驗(yàn)相對于Space X來說，差距還有10年左右。航天作為一項(xiàng)工程性極強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)，有其自身設(shè)計(jì)、研發(fā)、測試、生產(chǎn)的系統(tǒng)流程和規(guī)律。

SpaceX的“蚱蜢”火箭飛行測試共進(jìn)行了8次，最初高度僅為1.8米，第四次試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)百米級VTVL（80米），第八次試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)公里級VTVL（744米）。8次的積累獲得大量VTVL回收的有關(guān)數(shù)據(jù)，為下一步測試版獵鷹9號火箭積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

根據(jù)深藍(lán)航天的計(jì)劃顯示，未來他們將以9臺雷霆-5發(fā)動機(jī)并聯(lián)的方式用于“星云-1”運(yùn)載火箭，完成版的星云-1號火箭起飛推力超過150噸，LEO運(yùn)載能力達(dá)到2噸以上，并能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)使用20-50次的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

可以看出，這與獵鷹9號火箭的相關(guān)指標(biāo)很相似，這也意味著深藍(lán)航天的星云-1號火箭成功商業(yè)化后，將很有可能成為在火箭領(lǐng)域?qū)?biāo)Space X的民營商業(yè)航天公司。

只是，我們希望這一天能夠到來地越早越好。

2.亮劍：一箭多星下的拼車服務(wù)

2017年2月15日，印度用PSLV-C37運(yùn)載火箭成功實(shí)現(xiàn)一箭104星發(fā)射，打破了俄羅斯在2014年創(chuàng)造的一箭37星的世界紀(jì)錄，成為一箭多星世界紀(jì)錄新的保持者。

一箭多星技術(shù)，通俗地講就是用一枚火箭運(yùn)載多顆衛(wèi)星或載荷并將它們送入預(yù)定軌道，一箭多星技術(shù)并不像可重復(fù)回收火箭一樣，是一門“只此一家，別無分號”的黑科技。目前世界主要航天大國，包括中、美、俄、歐空局以及印度等國家都已經(jīng)掌握了這項(xiàng)技術(shù)。

我們也曾經(jīng)在2015年利用長征6號運(yùn)載火箭將20多顆衛(wèi)星送入太空，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)的一箭多星亞洲紀(jì)錄。

1981年，我國用風(fēng)暴一號火箭將3顆實(shí)踐二號衛(wèi)星送入了預(yù)定軌道，成為第四個(gè)獨(dú)立掌握一箭多星發(fā)射技術(shù)的國家。

與可重復(fù)回收火箭技術(shù)不同的是，我國在一箭多星技術(shù)方面的實(shí)力并不弱。

印度成功發(fā)射104顆衛(wèi)星后，國內(nèi)一位航天領(lǐng)域的專家在接受采訪時(shí)淡然地表示，“我們祝賀印度航天創(chuàng)造了新的發(fā)射紀(jì)錄……”但隨后隱晦地表達(dá)出了印度此次的一箭多星發(fā)射多少有些“名不符實(shí)”。

印度2017年的那次發(fā)射，雖然將104顆衛(wèi)星成功送上了天，但PSLV-C37運(yùn)載火箭的SSO運(yùn)載能力僅1.5噸，而且104顆衛(wèi)星均被送往相同軌道。盤點(diǎn)一下此次的載荷，主星為重730公斤的印度“制圖-2D”，附加2顆19公斤重的微衛(wèi)星，其余的101顆全是不到10公斤重的納衛(wèi)星。

最關(guān)鍵的是在衡量一箭多星技術(shù)水平高低的釋放方式上，印度采用了最簡單粗暴的逐次釋放，直接發(fā)射的方式。這樣使得絕大部分衛(wèi)星載荷無法做到精確入軌，相當(dāng)于一輛車將眾多拼車的乘客放到路邊，任由其自生自滅。

因此，有不少網(wǎng)友調(diào)侃，此次印度的一箭多星發(fā)射，更像是“在太空撒了一把土豆”。

火箭的一箭多星發(fā)射有兩種，一種是在相似的軌道投放多個(gè)衛(wèi)星，一種是在不同的軌道分別投放衛(wèi)星。

顯而易見，第二種難度更大，作為真·一箭多星技術(shù)，而不是像印度那樣簡單粗暴的一箭單級多星發(fā)射，就必須掌握三種核心技術(shù)：

精準(zhǔn)測控技術(shù)、載荷非同步分離技術(shù)和上面級多次點(diǎn)火技術(shù)。

這其中，上面級技術(shù)至關(guān)重要。

 2018年12月29日，我國長征二號丁運(yùn)載火箭將“遠(yuǎn)征三號”上面級送入太空。此后，“遠(yuǎn)征三號”經(jīng)過4次變軌后，把7顆衛(wèi)星分別送入高度相差數(shù)百公里的預(yù)定軌道。

官方報(bào)道中，“遠(yuǎn)征三號”按計(jì)劃完成21次點(diǎn)火，首次實(shí)現(xiàn)將兩組衛(wèi)星部署到了不同軌道。

上面級是火箭內(nèi)部一個(gè)獨(dú)立的飛行器，有點(diǎn)像我們在景區(qū)內(nèi)的擺渡車，它能按照一定的路線，搭載著游客們在不同的景點(diǎn)下車。它被火箭送到一定軌道后，靠著自主動力搭載著衛(wèi)星載荷多次點(diǎn)火啟動，將一個(gè)或多個(gè)載荷送到不同的軌道面上。

2021年1月24日23：00，獵鷹9號火箭搭載著“運(yùn)輸者—1”上面級中的143顆衛(wèi)星載荷成功發(fā)射，此次發(fā)射打破了印度2017年一箭104星的發(fā)射紀(jì)錄，單次發(fā)射的衛(wèi)星總數(shù)就占到了當(dāng)前在軌衛(wèi)星總數(shù)的5%。

作為“價(jià)格屠夫”的SpaceX要搞一箭多星，目的顯而易見，就是狠狠地壓縮成本。為此SpaceX還利用“運(yùn)輸者”上面級搞起了“小衛(wèi)星拼車服務(wù)”。

2019年8月，Space X宣布開展“小衛(wèi)星拼車發(fā)射”業(yè)務(wù)，計(jì)劃每年開展3次專享SSO級別的拼單發(fā)射。

這個(gè)業(yè)務(wù)的邏輯很像我們?nèi)粘Ｉ钪械泥粥制窜嚒Ｓ谑牵?022年1月13日“運(yùn)輸者—3”，實(shí)現(xiàn)了一箭105星拼單服務(wù)發(fā)射，2021年6月30日“運(yùn)輸者—2”，實(shí)現(xiàn)了一箭88星的拼單服務(wù)發(fā)射，2021年1月24日“運(yùn)輸者—1”，實(shí)現(xiàn)了一箭143星的拼單服務(wù)發(fā)射。

2022年開年，SpaceX還宣布今年預(yù)計(jì)進(jìn)行至少4次的小衛(wèi)星拼單發(fā)射，可見該項(xiàng)業(yè)務(wù)的開展很受市場歡迎。

受歡迎的原因也很好解釋，當(dāng)前下游的衛(wèi)星市場，小衛(wèi)星發(fā)射的數(shù)量和頻次都更高，馬斯克也曾經(jīng)發(fā)推表示，“很開心能為更多的小衛(wèi)星公司帶來更多進(jìn)入太空的機(jī)會?！?/p>

作為中型液體運(yùn)載火箭的獵鷹9，它的LEO運(yùn)力為22.8噸，GTO運(yùn)力為8.3噸，而小衛(wèi)星的普遍重量在1噸以下，更多的則在200kg-500kg之間。因此，小衛(wèi)星抱團(tuán)發(fā)射是一個(gè)能夠?qū)⑦\(yùn)載火箭運(yùn)力榨凈的高效方式。

每次發(fā)射的衛(wèi)星數(shù)量越多，單顆衛(wèi)星的花費(fèi)就越低，采用火箭批量化發(fā)射的訂單，火箭的研制成本還會更低。

據(jù)外媒報(bào)道，SpaceX拼團(tuán)發(fā)射的費(fèi)用為，200千克有效載荷送至SSO太陽同步軌道，最低價(jià)為 100萬美元，增加的質(zhì)量部分每公斤收取5000美元。

這個(gè)價(jià)格消息一放出來，立馬讓市面上很多小火箭發(fā)射商坐不住了，他們憂心忡忡地向媒體表示，“獵鷹9號火箭將會搶走本該屬于他們的市場份額?！?/p>

馬斯克的一貫風(fēng)格：走自己的路讓別人無路可走，再次上演。

按照一般的理解，獵鷹9號屬于中型火箭，應(yīng)該面向質(zhì)量更高的衛(wèi)星發(fā)射開展業(yè)務(wù)。然而，它現(xiàn)在大小通吃，既要掙大客戶們的錢，也要把小客戶們聚在一起掙錢。

這種吃干抹凈的能力，明顯要拜一箭多星技術(shù)所賜。

可以說，可重復(fù)回收火箭原本就讓獵鷹9擁有了同行三分之一的低報(bào)價(jià)，再加上一箭多星技術(shù)的加持，其價(jià)格成本可以繼續(xù)下探，拼團(tuán)模式帶來的是更為廣闊的小衛(wèi)星發(fā)射市場，長尾需求集中上量，曾經(jīng)風(fēng)靡國內(nèi)的團(tuán)購打法在大洋彼岸的Space X身上再次上演。

無外乎貝索斯曾經(jīng)向美國政府表示，“SpaceX讓別人沒法玩。”

慶幸的是，在一箭多星技術(shù)上，國內(nèi)的商業(yè)航天公司已經(jīng)有了幾次成功的嘗試。

2021年12月7日12時(shí)13分，國內(nèi)商業(yè)航天公司星河動力在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，成功將自家的谷神星一號（遙二）運(yùn)載火箭發(fā)射升空，并且順利將5顆商業(yè)衛(wèi)星送入500km外的SSO軌道。

圖/星河動力一箭五星發(fā)射 圖源/星河動力

除了星河動力之外，2019年實(shí)現(xiàn)中國商業(yè)火箭公司首次入軌的星際榮耀雙曲線1號運(yùn)載火箭，也成功實(shí)現(xiàn)了一箭雙星的軌道級發(fā)射。

在獵鷹9火箭掌握的眾多技術(shù)中，也許一箭多星技術(shù)是中國商業(yè)航天公司與SpaceX差距最小的領(lǐng)域。但獵鷹9號目前能做到一箭143星的發(fā)射，雖然衛(wèi)星數(shù)量的多少并不代表技術(shù)水平的高低，但體現(xiàn)在市場占有上，這就意味著它擁有了“贏家通吃”的資本。

拋開技術(shù)，SpaceX的小衛(wèi)星拼單發(fā)射項(xiàng)目已經(jīng)正式啟動，并獲得了顯著收益。從商業(yè)角度上講，中國商業(yè)航天公司追趕Space X的道路還有很長很長。

3.暗涌：衛(wèi)星批量化的新時(shí)代

2020年7月，銀河航天在江蘇南通的衛(wèi)星工廠正式開工。媒體報(bào)道，“銀河航天超級衛(wèi)星工廠建成后，將實(shí)現(xiàn)日均至少一顆衛(wèi)星的量產(chǎn)能力。這意味著中國衛(wèi)星低成本量產(chǎn)時(shí)代即將來臨?！?/p>

這則國內(nèi)商業(yè)航天領(lǐng)域的好消息十分振奮，衛(wèi)星量產(chǎn)能力是當(dāng)前火熱的低軌衛(wèi)星星座組網(wǎng)所需要的核心能力，規(guī)?；男l(wèi)星量產(chǎn)能夠顯著降低衛(wèi)星生產(chǎn)成本，壓縮衛(wèi)星研制時(shí)間，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的研制方式使得衛(wèi)星質(zhì)量得到了保證。

2020年，在國務(wù)院的發(fā)布會上，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)被證實(shí)納入了國家新基建。作為下一代“天地一體化通信”的基礎(chǔ)設(shè)施，衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)被國家擺上了戰(zhàn)略高度，2021年4月一家新的央企星網(wǎng)集團(tuán)成立，它專門負(fù)責(zé)我國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，原本由航天科技、航天科工分別推出的互聯(lián)網(wǎng)星座建設(shè)計(jì)劃，也被整合成新的“國網(wǎng)”計(jì)劃。

官方的頂層設(shè)計(jì)不斷推進(jìn)，而國內(nèi)的商業(yè)航天公司，也在國家戰(zhàn)略的背景下開始尋找自身的定位。

2022年春節(jié)前，一則“中國首次實(shí)現(xiàn)低軌寬帶通信衛(wèi)星批量化生產(chǎn)”的消息傳出，銀河航天的超級智能衛(wèi)星工廠下線了6顆低軌寬帶通信衛(wèi)星。

 圖/銀河航天衛(wèi)星工廠  圖源/銀河航天

一位商業(yè)航天公司的創(chuàng)始人曾表示“衛(wèi)星過去不存在批量化的問題，因?yàn)闆]這個(gè)需求，過去都是需要一顆研制一顆。但現(xiàn)在不同了，由于要星座組網(wǎng)，成千上萬顆的衛(wèi)星要被發(fā)射到軌道上，還要考慮在發(fā)射期間壽命到期或故障替換等問題，實(shí)際生產(chǎn)數(shù)量肯定要比規(guī)劃的還要多?！?/p>

作為工業(yè)品，衛(wèi)星過往都采用定制化設(shè)計(jì)-研制的模式，這導(dǎo)致衛(wèi)星造價(jià)極高，一顆靜止軌道通信衛(wèi)星價(jià)值好幾億美元。周期也十分漫長，一般需要大概30個(gè)月的時(shí)間才能造出一顆衛(wèi)星。

但隨著starlink開啟的巨型低軌互聯(lián)網(wǎng)通信星座的組網(wǎng)計(jì)劃，龐大的4.2萬顆小衛(wèi)星，必將要求工業(yè)化的批量生產(chǎn)模式將衛(wèi)星源源不斷地下線。

馬斯克曾經(jīng)發(fā)推特表示，“星鏈衛(wèi)星下線的速度已經(jīng)快趕不上火箭發(fā)射的速度了?！?/p>

這句略顯凡爾賽的言論，不僅僅表現(xiàn)出獵鷹9號火箭，甚至未來星艦（Starship）超重型火箭強(qiáng)大的運(yùn)載能力，也表達(dá)了SpaceX對于星鏈衛(wèi)星產(chǎn)能繼續(xù)擴(kuò)大的現(xiàn)實(shí)需要。

在我國，不少商業(yè)航天公司已經(jīng)開始衛(wèi)星工廠的建設(shè)。畢竟，在低軌衛(wèi)星星座組網(wǎng)的熱潮下，我國未來的“國網(wǎng)”計(jì)劃也有著高達(dá)12992顆低軌寬帶衛(wèi)星的需求。

除了上面提到的銀河航天，2020年九天微星的衛(wèi)星工廠在唐山開工，完工后可以實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)100顆小衛(wèi)星的產(chǎn)能。

2020年3月，吉利在臺州的衛(wèi)星項(xiàng)目開工。作為吉利子公司的時(shí)空道宇表示，“公司借鑒了汽車行業(yè)的總裝工藝，打造模塊化、柔性化、智能化制造工廠，可靈活滿足不同型號規(guī)格的衛(wèi)星總裝與測試?！?/p>

時(shí)空道宇還計(jì)劃在2025年，衛(wèi)星工廠實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)衛(wèi)星500顆的產(chǎn)能。

一位衛(wèi)星專家表示，“模塊化設(shè)計(jì)和搭積木式的工業(yè)化生產(chǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)工裝配置系統(tǒng)重復(fù)使用、平臺內(nèi)及平臺間各結(jié)構(gòu)模塊互通互用。原材料的采購也能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、生產(chǎn)調(diào)試成本與時(shí)間也大大縮短，平臺研制成本和生產(chǎn)周期將大大降低?！?/p>

銀河航天也曾經(jīng)發(fā)文證實(shí)，“工廠下線的批量化小衛(wèi)星，其單星成本已經(jīng)是自己實(shí)驗(yàn)室研制的首發(fā)星的一半?！?/p>

一般談及制造產(chǎn)能的話題，不少人認(rèn)為我國在這方面相對于“制造業(yè)空心化”的美國來說擁有巨大優(yōu)勢。

但實(shí)際上，作為航天高精尖產(chǎn)業(yè)的代表，衛(wèi)星批量化制造并不是完全靠規(guī)模和人工取勝的一般制造業(yè)。

2022年1月4日，美國衛(wèi)星運(yùn)營商軌道閣樓公司（Loft Orbital）宣布從空客訂購15個(gè)衛(wèi)星平臺，而這些衛(wèi)星平臺來就自于OneWeb和空客在佛州建設(shè)的那座赫赫有名的衛(wèi)星工廠。

全世界第一次實(shí)現(xiàn)批量化衛(wèi)星制造的是OneWeb公司，作為另一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)星座的開發(fā)商，OneWeb在研制衛(wèi)星上沒有采取與Space X相同的自己生產(chǎn)的方式，而是將衛(wèi)星的研制交給了空客。

2016年4月，OneWeb 公司與佛羅里達(dá)州政府達(dá)成協(xié)議，在佛州建立一座占地約14畝的衛(wèi)星工廠。工廠建成后預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)每天生產(chǎn)3顆衛(wèi)星的能力，當(dāng)時(shí)OneWeb宣稱，他們運(yùn)用與飛機(jī)相似的流水線組裝方式來生產(chǎn)，能大大提高效率。

6月，OneWeb公司便宣布同空客達(dá)成合作，每顆小衛(wèi)星的研發(fā)成本會降到50萬美元左右。

在外媒的報(bào)道中，空客為OneWeb提供的衛(wèi)星工廠具備最先進(jìn)的自動化生產(chǎn)線、測試設(shè)備和數(shù)據(jù)采集能力，能夠有效縮短裝配時(shí)間，全方位分析設(shè)備性能并進(jìn)行調(diào)試。

這家黑科技滿滿的衛(wèi)星工廠在2017年3月破土動工，2019年秋季投產(chǎn)，工廠內(nèi)有2條生產(chǎn)線，分別為FAL2和FAL3，以及一個(gè)面積為73000平方英尺的超凈車間。

為了簡化制造工序，OneWeb的每顆衛(wèi)星都采用模塊化生產(chǎn)，每顆衛(wèi)星由4個(gè)模塊組成，像盒子的4個(gè)側(cè)面一樣組合在一起，每一條裝配線上有4個(gè)模塊制造站。

每個(gè)站點(diǎn)上，制造工程師、機(jī)器人和“智能工具”組成的團(tuán)隊(duì)來制造工作。為了提高效率，所有設(shè)備和組件都采用并行工作的模式。

自動導(dǎo)向機(jī)器人可以把部件從一個(gè)工位移到另一個(gè)工位，以此來提高效率。每一個(gè)模塊建成后，都要使用自動導(dǎo)向機(jī)器人運(yùn)送到組裝站，然后再集成到衛(wèi)星上。

空客還將衛(wèi)星測試環(huán)節(jié)融入到批量化衛(wèi)星生產(chǎn)的流水線中，內(nèi)部將它稱之為“醫(yī)院”，如果衛(wèi)星在裝配或測試過程中發(fā)現(xiàn)問題，就將它送到這里。

這樣就可以在主裝配線不中斷的情況下進(jìn)行維修，如果模塊在一小時(shí)內(nèi)無法修復(fù)，就將其送回原始供應(yīng)商，保證組裝工廠的高效率。

 圖/空客為OneWeb建造的工廠 圖源/Oneweb

一旦衛(wèi)星建成并完成初步測試，就會進(jìn)入空間環(huán)境模擬器，進(jìn)行為期2天的電氣和環(huán)境測試。OneWeb衛(wèi)星工廠中有32個(gè)實(shí)驗(yàn)室，可以同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。最后，將OneWeb公司驗(yàn)收的衛(wèi)星放入集裝箱中，運(yùn)往發(fā)射場。

如果說Oneweb公司的衛(wèi)星制造速度已經(jīng)很快了，那么SpaceX星鏈工廠的制造速度更快。

雖然SpaceX并沒有公開其“星鏈”衛(wèi)星的生產(chǎn)流程，但在2020年3月，馬斯克在接受記者采訪時(shí)講，“我們的衛(wèi)星制造速度已經(jīng)超過了發(fā)射速度?！?/p>

2020年8月，SpaceX在給FCC的報(bào)告中表示，公司的“星鏈”衛(wèi)星產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到了每月120顆，單星制造成本在50萬美元以下，預(yù)計(jì)在2027年完成全部4.2萬顆星鏈衛(wèi)星的部署。這可能是目前世界上產(chǎn)能最高的紀(jì)錄。

如果說，可重復(fù)回收使用的火箭和一箭多星技術(shù)還僅僅只關(guān)系到成本和效率問題的話，那么批量化生產(chǎn)衛(wèi)星的能力，則關(guān)系到未來我國的空間戰(zhàn)略和長期發(fā)展。

馬斯克的“星鏈”計(jì)劃將在2027年完成4.2萬顆星鏈衛(wèi)星的部署，這些小衛(wèi)星全部部署于200km—2000km的低軌軌道上。

按照ITU的組織規(guī)則，低軌的軌道和頻率資源實(shí)行“先占先得”的原則，那么星鏈將4.2萬顆小衛(wèi)星發(fā)射到太空中，便獲得了在衛(wèi)星組網(wǎng)中的先手。更好的軌道資源和位置將被SpaceX占據(jù)，剩下的玩家只能被動選擇。

這個(gè)問題我們有過前車之鑒，在北斗導(dǎo)航星座的頻譜選擇上，我們曾吃過GPS的虧，也因?yàn)樽詈髸r(shí)刻的有驚無險(xiǎn)，才將原本先我們一步的歐空局“伽利略”計(jì)劃反超，得以拿下ITU的頻譜資源。

航天事業(yè)的發(fā)展，需要好幾代人不斷為后人打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，在“星鏈”計(jì)劃咄咄逼人的進(jìn)展下。對于中國航天來說，批量化生產(chǎn)衛(wèi)星的能力，時(shí)不我待。

尾聲

由于航天產(chǎn)業(yè)“三高一長”的顯著特點(diǎn)，任何商業(yè)航天企業(yè)都面臨巨大的前期發(fā)展瓶頸，并且火箭、衛(wèi)星又不像半導(dǎo)體芯片一樣，下游是消費(fèi)電子產(chǎn)品這樣廣闊的消費(fèi)級市場?；鸺托l(wèi)星都是政府或科研機(jī)構(gòu)采購的產(chǎn)品，用于科研探索或國防軍事目的，它們距離普通人十分遙遠(yuǎn)。

所以，在供給端前期投入巨大的情況下，需求端又沒有顯而易見的市場規(guī)模，那么商業(yè)航天便很難走一條類似中國互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的“先要規(guī)模，再想盈利”的燒錢打法，也就無法吸引資本的目光。

對于這樣一個(gè)類似“蛋生雞”的問題，政府在商業(yè)航天企業(yè)的發(fā)展中具有舉足輕重的作用。

除了商業(yè)航天企業(yè)進(jìn)行更大力度地降本增效之外，還需要一個(gè)讓商業(yè)航天有收入的市場，并且這個(gè)市場要足夠大，足夠有想象力，這也是NASA致力于商業(yè)化部分國際空間站的原因，太空旅游雖然只是極少數(shù)人的娛樂，但對于吸引公眾對航天的關(guān)注，獲得更多的認(rèn)可很有必要。

這也是馬斯克將Space X的目標(biāo)設(shè)定為讓人類成為多行星生物，并且達(dá)成移民火星的愿景。雖然有些天馬行空，但足夠遠(yuǎn)大，足夠有噱頭。

另外，政府在其中將扮演起產(chǎn)業(yè)騰飛孵化者的角色。

美國商業(yè)航天起飛的一個(gè)背景是，不斷衰落的美國國家航天事業(yè)導(dǎo)致NASA“無箭可用”，前幾年被俄羅斯人用RD-180敲竹杠的陰影歷歷在目。

但中國航天卻恰恰相反，國內(nèi)的商業(yè)航天企業(yè)，是在中國從航天大國向航天強(qiáng)國邁進(jìn)的征程中，誕生并成長起來的。因此，如果說美國需要國內(nèi)的商業(yè)航天公司作為其開展航天事業(yè)的主力的話，那么對于中國航天來說，國內(nèi)的商業(yè)航天公司就是我們航天事業(yè)的有力補(bǔ)充。

2022年，春節(jié)前的最后幾天，《2021年中國的航天》白皮書發(fā)布。探索浩瀚宇宙，發(fā)展航天事業(yè)，建設(shè)航天強(qiáng)國。在實(shí)現(xiàn)航天強(qiáng)國夢的征程中，相信中國的商業(yè)航天公司們將會大有可為。