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中国进入商业航天的赛道,从以技术验证为主的1.0时代进入批量化、航班化发射的2.0时代

中国商业航天加速起飞

打卡太空站旅居外星球

来源:珠江时报2024年12月12日    

花150万元去太空“溜达”一圈,用“太空Wi-Fi”与朋友通话,买张“火箭票”到空间站打卡,乘太空飞船去外星球旅居……科幻大片里的画面正在加速照进现实。

从几年前的技术验证发射,到如今能够提供吨级以上可靠性高、性价比高的稳定发射,中国进入商业航天的赛道,并从以技术验证为主的1.0时代进入批量化、航班化发射的2.0时代。

成就的另一边是挑战。面对美国在可回收技术上的突飞猛进、全球对有限的近地轨道资源的争夺,中国商业航天的下一步怎么走?

1问天之路

眼下,航天技术进入密集爆发期,我国商业航天领域多个“首次”纷至沓来——

2023年4月,天兵科技“天龙二号”首飞,实现我国商业航天首款液体火箭成功入轨。6月,中科宇航“力箭一号”搭载26颗卫星入轨,刷新我国商业航天一箭多星最高任务纪录。7月,蓝箭航天“朱雀二号”成功发射并进入预定轨道飞行,成为全球首枚成功入轨的液氧甲烷燃料火箭。

进入2024年,商业航天再次加快脚步。2024年1月,东方空间“引力一号”首飞,创造了全球最大固体运载火箭纪录。8月6日,“千帆星座”的首批组网卫星以“一箭18星”成功升空入轨。10月,我国商业火箭企业预售的首套“太空船票”(两张)开售即售罄,让太空旅行更加指日可待。

经过近十年探索,一个高效率、低成本、快响应的商业航天产业链体系日趋完备。在北京,“南箭北星”的产业格局加速形成。记者走进中关村科学城探访,从微纳星空到国电高科,从航天驭星到极光星通,扎根在这里的商业航天企业数量越来越多——它们攻克关键核心技术、探索商业化闭环,商业航天技术与制造业体系的融合碰撞,产生一系列“化学反应”,催生出新的工艺、新的模式,向全链条推进、突破。

元航资本董事长张志勇介绍,传统的航天偏重任务型目标,重点攻克关键技术并打磨成熟,使新的火箭型谱发射成功,完成国家交付的任务。而商业航天着重于市场化落地,讲究“物美价廉”,需要“精打细算”,关注批量化生产、降低发射成本等问题,以提升进入太空的能力与速度。

2竞技太空

竞逐太空在于强技。

可重复使用技术被视为降低航天发射成本的关键所在。过去很长一段时间,火箭都是“一次性用品”。在马斯克看来,丢弃用过的火箭,约等于每次飞行后扔掉一架“波音747”,成本昂贵且效率低下。太空探索技术公司(SpaceX)解决这一痛点的方案是,通过火箭可回收技术实现更高频率、更低成本的商业发射。

而实现火箭可回收的关键因素之一在于发动机。推进系统是火箭硬件成本中最高的一环:一级发动机占了一级火箭硬件成本的54.3%,在二级火箭中,发动机成本占比也有28.6%。过去的“老古董”火箭,基本都使用固体燃料发动机,研制难度小,但几乎没办法回收,每次发射都相当于“放烟花”。

因此,近些年研制的火箭普遍改用液体燃料发动机,通过复用来降本增效。以我国商业火箭企业蓝箭航天的朱雀三号火箭为例,其一子级发动机设计复用可达20次,未来发射成本有望降低至每公斤载荷2万元左右。这种成本优化不仅提升了商业航天的竞争力,也为更多企业和个人参与航天活动提供了可能。

新赛场比拼的还有商业闭环的能力。SpaceX公司的“星链”已服务99个国家和地区,用户数突破300万人,形成了相对明晰的标准及商用模式,这给我国低轨卫星星座产业发展带来紧迫感。

目前,我国规划了“万星星座”计划,分别是“千帆星座”和“GW星座”。“GW星座”计划打造由1.3万颗卫星组成的中国星链主体,“千帆星座”计划实现1.5万颗卫星组网。此外,“鸿鹄-3星座”计划在160个轨道平面上共发射1万颗卫星。

“万星星座”计划力争在最短时间内完成卫星组网,同时兼顾成本可控,对保频占轨、增强竞争力而言意义重大。

卫星星座的建设和运营要实现商业闭环,还在于打通应用场景这个“最后一公里”。近两年,由卫星通信、卫星导航、卫星遥感三大板块构成的空天信息产业应用端的服务对象正从B端向C端扩展,主要表现之一是手机直连通信卫星业务的出现。

3外国先行

商业航天,最终是要回归于人、服务于人。

自2001年4月28日全球第一位太空游客、美国商人丹尼斯·蒂托升空以来,太空旅行不断获得新关注。

目前的太空旅行开发方向以亚轨道飞行和地球轨道飞行为主。亚轨道一般指距地面20至100公里的空域,而亚轨道飞行就是由亚轨道飞行器把乘客送到约100公里高度(冯·卡门线)的太空边缘(也有部分企业和国家将80公里高度作为太空的最低边界)。而地球轨道飞行则在300公里以上。

亚马逊创始人杰夫·贝索斯的蓝色起源、英国企业家理查德·布兰森的维珍银河,就以亚轨道飞行旅行项目闻名,马斯克的SpaceX更加专注于将游客送入轨道和空间站。

2023年6月30日,维珍银河成功进行了首次商业太空飞行。该公司产品的特点是通过双机身航空运载飞机将游客带入太空,票价从25万到45万美元不等。游客乘坐太空飞机与携带它的运载飞机一起起飞,在达到飞行高度后太空飞机脱离并继续爬升至距离地面约80公里的高度,在这里,乘客将体验大约6分钟的失重状态,随后太空飞机返回机场并降落在跑道上。据路透社报道,该公司目前正在生产第四代太空飞船,预计将于2026年投入商业服务。

蓝色起源的旅游产品不使用太空飞机,而是新谢泼德火箭。该火箭由助推器和太空舱组成,火箭升空到大约75公里的高度后两个部件分离。太空舱继续上升,直到达到100多公里的最高高度。与此同时,助推器下降并自行着陆。在太空舱内,乘客将体验3-4分钟的失重状态,然后太空舱会下降并通过降落伞着陆。这趟旅行的票价至少为100万美元。截至今年8月29日,蓝色起源的新谢泼德火箭已经完成8次载人发射任务。

SpaceX是唯一一家可以将游客送入轨道并送往国际空间站的公司,成本更高,因此它的“船票”也是最贵的。据报道,在2022年前往国际空间站的一次太空旅行中,每名乘客支付了5500万美元。

今年的9月12日,美国富豪艾萨克曼搭乘的SpaceX公司的“龙”飞船在离地球700公里的太空,成功实现了历史上首次非职业宇航员的太空行走,开启商业太空旅行的新篇章。

今年10月,SpaceX首次实现了发射架机械臂捕获回收一枚试飞返航的助推火箭,业内人士认为,这对降低轨道太空旅行成本有重大意义。

4中国追赶

中国商业航天企业提供的太空旅行服务或产品虽然起步晚,但在技术创新和商业化探索方面取得了显著进展。

近日出圈的150万元“太空船票”属于亚轨道飞行,游客将被送往距离地面100公里的高度。据推出这一产品的深蓝航天董事长霍亮介绍,游客将获得“地面上难以模拟的失重体验,体验到宇宙的浩瀚和神秘,并见证地球以外的壮丽景观”。

据了解,深蓝航天并不是中国唯一一家探索太空旅行领域的公司。2022年7月,中国民营航天企业中科宇航宣布,其“可重复使用飞行器”计划于2028年进行首次载人飞行。公开报道显示,中科宇航的船票价格在200万至300万元人民币之间。

在实现太空旅行前,中科宇航还将突破火箭垂直回收技术,开展多次的飞行试验验证,以不断提升飞行可靠性。同时它还将研制适合太空旅行的搭载舱,保证乘客在太空停留过程中的安全,以及拥有舒适的舱内环境和便于观察太空的舷窗。

根据北极星市场研究公司的报告,全球太空旅行市场规模将从2024年的12.4832亿美元增长到2032年的278.6199亿美元。其中,亚轨道飞行有望占最大的市场份额。

报告还提到,未来市场发展的动力主要有两个,分别是科技的进步以及大众对太空旅行兴趣的增加。目前,太空旅行的主要客群是高净值人群,这些旅客追求独特和奢华的旅行体验,对于在太空中观赏地球和宇宙的壮丽景观有浓厚兴趣。未来,太空旅行市场可能会逐渐扩大到更广泛的群体,包括科学家、研究人员、探险家以及对太空充满好奇和向往的大众。

一刻钟以内的亚轨道飞行产品,只是太空旅行的冰山一角。未来,随着技术的不断突破和成本的进一步降低,我国商业航天企业还将推出更加多样化、时长更长、高度更高的飞行产品。从轨道飞行到太空站停留,甚至延伸到月球与火星探索。

更重要的是,这一天,并不遥远。