洞穴之外|运载火箭划代研究

最近写了几篇关于火箭价格的文章，朦朦胧胧找到了一条线，指向了一个好大好大的题目：运载火箭划代。

• 顶层性原则：指标要顶层。划代应有面向客户的客观的指标，不能用技术自说自话；

• 简洁性原则：逻辑要简单。指标应简洁明了，易于识别和记忆，并为未来指明方向；

• 普适性原则：规律要普适。指标是脱离了国别的客观规律，不能一个国家一套指标；

• 解释性原则：解释性要强。总体代际呈现自然替代关系，老一代理论上会慢慢退役。

第一条原则，如战斗机四代划分，第一代第二代分别是1.3Ma和2Ma的超音速，第三代是机动能力，第四代是4S（超机动、超隐身、超音速巡航、超视距打击），前两代分别是绝对速度、第三代是加速度、第四代则涉及信息处理速度，指标明确，它们面向的是战斗，而非战斗机内部技术。从这个角度，火箭控制系统、测发流程等技术卫星客户并不关心，它们可以作为自身系统划代的依据，但在全火箭划代中只能作为辅助逻辑，而不能作为主要逻辑。

第二条原则，如计算机划代，计算机的四代分别为电子管、晶体管、集成电路和大规模集成电路，这儿看起来都是技术和第一条原则冲突，其实这些技术隐含的是主频这个客户顶层指标，不同的电路类型和主频有唯一对应关系，第一代是0.1-1万Hz，第二代10-100万Hz，第三代100-1000万Hz，第四代GHz，都是为了客户更好的性能体验。有了这个简洁明了的指标，划代疑义少，且可以为未来指明方向。从这个角度，火箭划代宜提出一个简洁指标，而非综合打分的指标。

第三条原则，战斗机、计算机代际划分，不同国家基本一致。火箭划代也应如此，如美苏最早火箭都是液氧煤油的，如果仅考察中国国情，将无毒推进剂作为新一代，这种划代普适性就没有那么高。

第四条原则，新一代应逐次自然代替旧一代，代际对此要具备解释能力。一般情况下，大家自然地认为新研火箭总归是代际更高的，但这无法解释联盟、CZ-2C等火箭为何几十年常青，航天飞机是火箭技术的顶峰，一个合理的代际划分应能解释它为何早早退役。

怎么划代呢？回到运载火箭初心，运载火箭的初心是把指定载荷送入太空，客户就是载荷，载荷只关心能否送上去，以及送上去花多少钱，而对其它环节其实客户并不那么关心。客户只会因为价格昂贵淘汰一款火箭，而不会因为技术先进保留一款火箭。

表 国外火箭运力和价格表

• 无法解释电子号火箭发射量不小的现象，这不满足原则3，除非增加小型、中型、大型火箭等修饰，使得逻辑更复杂。

• 无法解释联盟火箭、CZ-2C等长盛不衰的奥秘，它们不满足原则4。

但在之前研究火箭价格时，发现了火箭运力提升一倍价格打八折定律，因此可以定义一个指标k为火箭价格系数，由k可计算火箭价格为： 其中C为火箭运力(单位吨)，P为火箭价格(单位千万美元)，k的单位为千万美元/吨^(2/3)。重新制作上表如下：

• k∈[8,+∞]为第一代；

• k∈[4,8]为第二代；

• k∈[2,4)为第三代；

• k∈[1,2)为第四代；

• k∈[1/2,1)为第五代。

• 德尔塔4H为第三代，昨天，也就是2024年4月10日德尔塔4H最后一次发射，经典落幕；

• 宇宙神551为第三代，虽然价格系数略低于德尔塔4H，但由于美俄交恶，RD-180不可获得，因此在德尔塔4H之前退役；

• 联盟2.1B、电子号、猎鹰9一次性使用为第四代，其中有点意外的是阿里安5，也属于第四代，但欧洲在研制阿里安6时衔接性不好，现在阿里安5已退役；

• 猎鹰9一次性为第四代，猎鹰9复用、猎鹰重型为第五代，通过复用将价格系数降低了17%，迈入了第五代火箭行列。

• 质子号虽为一次性火箭，但价格系数甚至低于猎鹰9复用，虽然古老且为有毒推进剂，但先进性上仍属于第五代行列，因此质子号迟迟不退役。

也就是这个标准具有较好的规律性和解释性，那么它适用于土星V、航天飞机等老型号吗？统计已退役型号运力和价格表如下，由于老型号定价时间不同，这里用历年CPI数据，换算到2022年的购买力平价做了一个小修正。

• 航天飞机价格系数最高，尽管技术上最先进，但在代际上反而属于第一代，已远远背离了其省成本的初衷，加之失败两次，最终黯然退役；

• 用于载荷登月的土星1B和土星5属于第二代火箭，现均已退役；

• 阿里安4也属于第二代火箭，到了阿里安5，价格系降低了一半以上，成功迈入第三代；

• 日本火箭价格系数偏高，H2于1999年停飞。其后研制的H2A和H2B价格系数分别为4.6和4.0，还是属于第二代火箭，仅仅H2B接近第三代；

• 有特殊情况的是猎鹰1号，它本身属于第四代火箭，放在任何其它公司都有可能成为主力火箭，但由于SpaceX公司通过复用已迈入第五代，因此退役了第四代的猎鹰1火箭。

综上，这代际划分对于已退役型号有一定的解释能力。我们自然也很感兴趣，中国的火箭属于第几代呢？网上查不到中国火箭价格数据，这里仅能估计，假设CZ-5为1.5亿美元每发，则价格系数为15/25^(2/3)=1.75，属于第四代；假设CZ-2C为2千万美元每发，则价格系数为2/4^(2/3)=0.79，这可能就是尽管CZ-2C为毒发但却一直常青的奥秘，因为它属于第五代，甚至价格指数比猎鹰9回收更好。当然，这里不是说CZ-5不好，它是中国的新一代火箭，以经济性为代价开发了大量先进技术，它带来的经验可以让后续型号的经济性跨代提升。可以说，没有新一代火箭，就不会有中国的商业航天，正如我们可以说，没有航天飞机，就不会有美国的Starship。

对全文总结如下，定义火箭价格系数指标，为火箭价格/运力^(2/3)，其中价格单位为千万美元，运力单位为吨。将LEO价格指数作为火箭划代唯一指标，进行火箭代际划分如下：

注：同样运力，每一代降价一倍。其中1吨运力时，1万美元/千克是进入第四代的标准。

从代际划分上来看，第六代价格指标在1/4-1/2之间，也即在10吨-20吨运力区间左右，火箭价格不超过2千万美元。Starship如果价格为1亿美元，也处在第六代区间，而当其价格降到5000万美元，则进入了1/8-1/4的第七代区间。

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