美国商业航天市场布局与现状

文摘   科技   2024-11-05 17:01   北京  

导语


20世纪60年代,阿波罗计划标志着美国航天探索进入新阶段。此后半个多世纪,美国政府一直主导民用及商用火箭的发射工作,而火箭制造商只负责为NASA或国防部生产运载火箭。大部分进入轨道的卫星归政府或外国机构所有。然而,80年代起,受限于预算和科研能力,美国政府开始鼓励私营部门参与航天发射及相关领域,开启了航天商业化的新时代。


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美国商业航天发展背景


1984年《商业太空发射法》明确指出“美国应该鼓励私营部门的航天发射、再入太空及相关服务,并且仅在必要的范围内对这些发射、再入及服务进行监管,以确保遵守美国的国际义务,并保护公众健康安全、财产安全以及美国的国家安全和外交政策利益”。后续美国又陆续出台了一系列法律法规与政策举措,美国商业航空得到充分发展。

由于商业化和私人化的推动,市场发展进入了新阶段,Space X(太空探索技术公司Blue Origin蓝色起源Virgin Galactic维珍银河等公司在政策、技术与资金的支持下,开始在产业内大放异彩。更多的投资、更先进的技术以及更多的商业参与者使得美国商业航空成为了世界的领头羊,而商业成功带来的回报又反哺于航天技术的发展,形成资本回报与技术进步相互促进的趋势,马太效应愈发显著。

根据美国麦肯锡数据披露,全球航天市场已从 2010 年的 2800 亿美元增长到约 4470 亿美元,到 2030 年可能增长到 1 万亿美元。活跃卫星的数量——可以处理从跟踪气候变化数据到处理信贷等任务卡交易量在未来十年内可能会增加两倍。

当前,美国在商业航天领域处于绝对领先地位,发展模式已逐步由联邦政府下属的行政科研机构NASA支配的传统航天体系,转变为民营企业家主导的商业航天发展模式,这极大地推动了美国在太空领域发展速度,并取得了包括成本、技术和效率等方面的突破。与政府主导的NASA时代不同,民营企业家发展商业航天产业的核心理念更多的是基于利润与信仰的太空扩张运动。


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美国商业航天产业链概况


美国商业航天市场主要由上游的航天技术开发和设备制造,中游的火箭发射与轨道运输服务,下游的航天技术应用与服务组成。进一步细分为以下八个领域:分别是运载火箭制造着陆器、漫游者和轨道飞行器制造商推进器制造商航天器组件开发商和制造商货运航天服务载人航天服务商业卫星发射与运营服务空间探索和开发

1. 美国商业航天上游产业

美国商业航天上游产业主要涉及航天技术开发和设备制造企业,如商业运载火箭制造商,着陆器、漫游者和轨道飞行器制造商,推进器制造商,航天器组件开发商和制造商。

  • 商业运载火箭制造商

作为商业航天产业的发展基础,美国企业在运载火箭市场呈现出高度多元化的发展态势,并展开了激烈竞争。其中,SpaceX、Astra Space、蓝色起源、诺斯罗普·格鲁曼、火箭实验室、United Launch Alliance等企业更是美国运载火箭制造商中的佼佼者。

  • 着陆器、漫游者和轨道飞行器制造企业

在着陆器、漫游者和轨道飞行器制造领域,美国企业正处于快速成长阶段。除SpaceX蓝色起源等美国大型商业航天企业以外,Astrobotic Technology、马斯腾空间系统、月亮快车、Orbit Beyond等企业也在纷纷发力,加大对相关领域的研发投入,尤其是针对月球着陆器、载人着陆器与月球漫游者等装备的开发最为火热。

  •  运载火箭推进器制造企业

在运载火箭推进器领域,当前美国商业运载火箭推进器主要来自于少数几家企业,如蓝色起源Firefly Aerospace萤火虫航天Space X等,并以液氧/ RP-1(航天煤油)发动机占据绝对数量,只有蓝色起源使用的BE-3发动机采用的是液氢/液氧类型燃料。

根据Global Market Insight的数据显示,截至2022年,全球运载火箭推进器市场规模已超过50亿美元,商业运载火箭推进器市场规模为20亿美以上,美国市场份额占全球比重约为35%。预计2032年全球运载火箭推进器市场规模将达到100亿美元,年均市场复合增长率将超过7%。

  •  航天器组件开发与制造企业

在航天器组件开发与制造领域,美国商业航天企业的产品更加多元化,覆盖范围极为广泛,包括阿德曼工程针对推进器、喷射器、冷板、热气歧管等部件的冶金开发和生产;Made in Space开发了用于微重力环境下的3D 打印机;Cosmic Shielding Corporation专注于研发航天器和宇航服的辐射屏蔽材料与空间天气预报;Altius Space Machines则持续深入研究卫星交会捕获技术。

2. 美国商业航天中游产业

美国商业航天的中游产业包含了提供火箭发射与轨道运输服务的公司,如SpaceX,蓝色起源,火箭实验室等货运航天企业与载人航天企业。这些公司拥有包括从小型发射载具到能运送重载荷和人员到外层空间的大型火箭,并能够提供货物运输与载人航天等多样化发射服务。

  • 商业货运航天服务企业

在货运航天方面,美国开始商业化的时间较早,产业链较为完整。其中,SpaceX仍在该领域独占鳌头,拥有龙系列货运航天飞船,这也是世界上第一艘由私人公司研发的航天飞船。除SpaceX以外,由轨道科学开发的天鹅座货运飞船以及诺斯罗普·格鲁曼改进的天鹅座增强型货运飞船也已投入商业运行,并多次成功完成了国际空间站货运任务。此外,内华达山脉公司开发的追梦者货运系统是一种可重复使用的货运航天飞机,该项目最初着眼于商业航天货运市场,但在2021年,公司宣布与美军展开合作,共同开发一款用于“国家安全领域”的军用货运航天飞机。

  • 商业载人航天服务企业

当前,美国商业载人航天产业在市场需求的作用下发展极为迅速,除来自于国际空间站的“官方”需求外,市场对于太空旅行的热忱期待也是商业载人航天产业高速发展的重要动力。商业载人航天领域主要有两个大类,分别为亚轨道与低地轨道商业载人航天项目。

近年来,美国已经有多家商业航天企业研发亚轨道载人飞船,并开展了以太空旅行观光为目的的亚轨道商业航天项目。2021年7月20日,美国富豪杰夫·贝索斯及另外三人搭乘蓝色起源公司开发的新谢泼德号飞船完成了首次亚轨道载人航天飞行,全程共用时10分10秒,飞行最高点距地球约107公里,并由此开启了亚轨道商业载人航天飞行新纪元。

3. 美国商业航天下游产业

美国商业航天的下游产业以提供航天技术应用与服务为主,包含了卫星发射与运营服务空间探索开发等领域。在卫星发射与运营服务方面,主要包括了生产、发射和运营卫星的企业,核心业务是提供全球宽带互联网接入、地球观测、气象监测等服务,如SpaceX的Starlink项目OneWeb等。在商业空间探索和开发领域,则涵盖了开发太空资源的企业,例如月球或小行星采矿、微重力环境下的产品制造、建设和运营商业空间站,涉及太空制造业、太空采矿业、商业空间站等方面。

  • 商业卫星发射与运营服务企业

美国商业卫星市场的发展可以追溯到由美国国会在1962年推动出台的《商业通信卫星法》,该法案允许民营企业开发商业卫星系统。从那时起,美国商业卫星产业就成为了具有高度竞争特性的航天产业之一。根据兰德智库的数据显示,截至2018年,全球卫星通信服务市场的收入规模约为244亿美元,美国市场的收入规模达到80.2亿美元,占全球比重32.87%。其中,固定卫星服务是市场的最大组成部分,其次是移动卫星服务和宽带服务。

在卫星发射方面,SpaceX、阿斯特拉空间、诺斯罗普·格鲁曼、火箭实验室与联合发射联盟等企业已经广泛参与到商业卫星发射产业之中,并且拥有多个类型的运载火箭负责商业卫星的发射任务。

  • 空间探索和开发企业

目前,美国从事太空空间探索和开发的企业主要是太空制造业企业太空采矿企业以及建造商业空间站的企业。Made In Space是全球第一家在太空中实现3D打印的公司,该公司曾与NASA合作开展大型结构机器人制造和组装系统项目,并针对空间天线系统与光纤进行了深入的研究。2020年,Made In Space被关键任务空间解决方案和空间组件生产商Redwire收购。值得注意的是,Redwire专注于航空航天、国防和政府服务以及特殊工业市场,业务不仅仅局限于商业领域。

美国最为重要的商业太空采矿企业是月亮快车,它是第一家在月球展示和测试月球着陆器的民营企业,也是目前唯一一家仍在进行月球资源开采设备研发的商业公司。月亮快车致力于开采在月球上具有经济价值的自然资源,并计划提供商业月球机器人运输和数据服务,公司的长期发展目标是在月球及其他地外天体开采地球上的稀有元素,包括铌、钇和镝

商业空间站是指由民营企业投资建造,面向普通游客、科研机构与航天部门的空间站。目前,公理空间、毕格罗宇航公司、Orion Span、内华达山脉公司与蓝色起源等企业在该领域内正在展开积极的研发工作。但是截至目前,仅有内华达山脉公司的商业空间站处于测试阶段,毕格罗宇航公司的6个商业空间站计划已被取消,已发生升空的2个实验空间站已被废弃。除此以外,其余商业空间站开发企业的项目仍处于计划与研发阶段。

结语


美国商业航天产业在21世纪步入新阶段,凭借卓越创新能力和有利政策环境成为了全球商业航天领域的先锋。美国政府制定一系列政策法规,为产业提供稳定环境和资源支持,促进了其蓬勃发展。驱动美国商业航天市场增长的主要因素包括技术进步、政策扶持以及创新商业模式。例如,火箭重复使用技术大幅降低发射成本,使公司经营更加灵活;政府通过资金支持、减税等措施鼓励该产业发展;部分公司开始提供卫星发射服务,为行业注入新商机等。

同时,美国商业航天也面临技术风险、法规限制和市场竞争等挑战。该领域技术风险较高,需要投资者有足够风险承受能力;政府需对其进行监管以确保安全可持续发展;随着更多公司涌入,市场竞争日趋白热化。

未来,凭借技术创新和商业模式突破,全球商业航天市场将迎来更多机遇,其中商业航天旅行、月球和火星探索将成为重点领域,为人类开拓宇宙奉献更多可能。


参考资料


兰德公司 |《商业航天能力与市场概况》

(Commercial Space Capabilities and Market Overview

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