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。
11月11日,力箭一号遥五运载火箭在东风商业航天创新试验区发射升空,将搭载的15颗卫星顺利送入预定轨道。这是我国商业航天企业首次向国际用户提供发射服务。
11月27日,朱雀二号改进型遥一运载火箭将搭载的光传01、02试验星顺利送入预定轨道,飞行试验任务获得圆满成功。此次任务是朱雀二号运载火箭的第4次飞行。
11月30日晚,在我国首个商业航天发射场——海南商业航天发射场,长征十二号运载火箭成功发射。这是这一发射场建设以来首次承担发射任务,标志着我国商业航天发射场实现了从0到1的突破。
11月30日晚,我国首个商业航天发射场——海南商业航天发射场保障长征十二号火箭成功发射。新华社记者 郭程 摄
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?
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美国太空政治学者多尔曼曾断言:“谁控制了绕地轨道,谁就控制了太空;谁控制了太空,谁就控制了陆地表面;谁控制了陆地表面,谁就能支配人类的命运。”
从地缘政治的角度看,国际航空联合会规定,太空是距离地面100公里以上的外层空间,包括月球和其他天体在内。外太空部署的人造卫星和天基武器可以克服地理距离和地面条件的限制,在最短的时间内进行全球通信和精确打击。
从经济发展角度看。人造卫星、空间站、太空旅行以及对其他星球资源的开发利用等也有重要意义。英国《国家太空战略》报告预计,到2030年,全球太空经济将达到6200亿美元。
这背后有两点值得关注:
一方面,全球针对近地轨道资源的争夺日益加剧。
近地轨道是距离地面500-2000公里的太空,该空域最多能容纳6万-8万颗卫星,且国际上采取“先到先得”原则,谁先占据就归谁所用。马斯克的“星链”计划在2027年部署高达4.2万颗卫星,留给全球其他参与者的时间与资源已然不多。
另一方面,低空卫星服务的需求日益迫切。
近地轨道空间容量有限,而卫星互联网的商业空间却趋于无限。世界银行发布的数据显示,地球上仍有超过70%的地理空间、30亿人口未能实现互联网覆盖,卫星通信产业还有巨大的市场空间待挖掘。北京国电高科科技有限公司董事长兼CEO吕强介绍,随着行业勘探、环保监测、低空经济、科学考察、海事边防、灾害预警、应急及救援通信等高附加值服务业的需求,以及手机、汽车、对讲机等消费类电子产品直连卫星的需求与日俱增,低轨卫星通信服务产业将迎来更大发展空间。
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。
“引力一号”发射现场。新华社记者 李紫恒 摄
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。
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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”。
朱雀三号大型可重复使用火箭垂直返回技术的VTVL-1试验箭。图源:蓝箭航天
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。要做到这些,我国需在两个方面发力。
一是在于发射场、发射工位的扩容升级,为发射提速。
如果将卫星比做要发往太空的“货物”,运载火箭就是“运输工具”,发射场就是“货运码头”。发射场设有运载火箭发射所需的基础设施和设备,是航天活动的先行基础设施。
目前,我国共设有酒泉卫星发射中心、太原卫星发射中心、西昌卫星发射中心、中国文昌航天发射场、中国东方航天港、海南商业航天发射场6个发射场。而美国共有8个发射场,商业化程度比较高。2023年,美国共发射火箭116次,其中98次都来自SpaceX。
长期以来,航天发射任务需要向国家航天局或相关省级航天管理部门申请,审批通过方可获得发射许可。同时,由于发射工位供给相对稀缺,发射任务排队时间长。目前,我国已申报的互联网星座需在7年内发射万余颗卫星,仅G60星链每年就需要发射近2000颗小卫星。这进一步凸显了我国发射场和发射工位扩容升级的迫切性。
二是在于批量化生产快起来,终端场景用起来,完善商业闭环。
制造环节降本增效是形成商业闭环的一个关键。近期,我国的商业卫星企业正在探索通过模块化设计、柔性生产等技术,采用流水线并行生产等方式,大幅压缩卫星设计生产周期,降低卫星制造成本。比如在时空道宇卫星超级工厂,从下单到卫星出厂全流程控制在28天,量产后每天可出厂1~2颗卫星,实现年产卫星500颗。提高能力的同时,卫星的生产成本也降低了45%。
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。
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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。
2023年3月2日,“龙”飞船搭乘“猎鹰9”火箭从美国佛罗里达州肯尼迪航天中心发射升空(长时间曝光照片)。新华社发(美国航天局供图)
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。
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。
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