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民营航天离商业化回归现实还有多远?

2021-10-15 23:53:27 手机 来源:
导读 星荣耀运载火箭搭载的卫星成功入轨,是商业航天工业的里程碑。这个领域离真正的商业化还有多远?不妨耐心一点。2019年7月25日,我国第三枚

星荣耀运载火箭搭载的卫星成功入轨,是商业航天工业的里程碑。这个领域离真正的商业化还有多远?不妨耐心一点。2019年7月25日,我国第三枚民营运载火箭“双曲线一号”成功发射。在地面民众的欢呼声和媒体的关注下,我国民营火箭企业在经历了爆炸式发展之后,已经走到了一个关键的十字路口。

根据未来航空航天的数据,中国有60家民营航空航天初创企业。对《华尔街日报》来说,这个数字是80;一些外国媒体将这个数字提高到“100以上”……60、80和100。以商业航天领域的火箭产业为例,据统计,截至2019年4月,我国拥有独立法人资格的民营火箭企业有41家,我国民营火箭迎来了真正的大发展时期。然而,当尖端科技的初创企业出现时,始终与“民营企业”捆绑在一起的“商业化”需求无法回避。

从一开始的用各种行动“证明自己”,到商业化的选择。

中国私人火箭,

私人火箭的趋势很明显,但商业化“走老路”是行不通的。

初创企业集群本身就是未来前景的证明,但“火箭”可以熟悉,而“火箭商业化”是一个全新的领域。

1、商业火箭坐拥“卖方市场”。

根据现有市场需求统计,FAA认为未来10年将有2619个“有效载荷”等待发射入轨,全球商业发射市场总空间将超过250亿美元。

国内商业火箭公司零一俱乐部CEO舒畅曾向媒体表示,中国有1000颗全球“主网规划卫星”,但现在火箭发射数量刚刚接近40颗;另一家商业火箭公司Blue Arrow CEO张长武曾在接受采访时表示,到2020年,全球将发射约5000至6000颗“低轨卫星”。

无论什么口径,商用火箭的市场规模都是很有希望的。

商业航空航天

然而,正如大多数业内人士所说,全球火箭制造和发射“远远不能满足卫星的需求”。

风头正劲的SpaceX就诞生在这样一个“卖方市场”,让原本不看好的人大吃一惊。

2.商业化是一个全新的命题,“从零开始”只是开始。

一方面,大量的发射缺口意味着商业火箭的服役过程必须是高频率的,至少远远大于目前官方火箭的发射频率;另一方面,只有低成本才能释放高频率。在传统的火箭发射成本下,许多“预测”的无线电频率无法着陆。

未来的火箭发射必然会以低成本聚焦高频需求。

所以,

对于民营航天企业来说,商业化是一个全新的命题,没有经验可以复制,但至少商业市场的逻辑一定是低成本、高可靠性。

在现有的航天工业系统中是没有的,可靠性往往伴随着高成本。

遗憾的是,作为一家商业公司,这条路线不一定是复制老航天工业体系中产品路线的最佳选择。

民营航天企业需要探索新思路。在这种背景下,基于“新思想”的产品在国内外出现。

称SpaceX为“最大有效载荷”的重型猎鹰火箭的型号价格仅为1.5亿美元,仅为老对手ULA的37.5%(平均4.35亿美元)。方式是采用工业化、社会化的生产模式,最大化单机产品的性价比,不断降低生产成本,保持更具竞争力的价格。

此外,Space X和Blue Origin还在为下一代运载火箭产品探索更便宜、可重复使用的甲烷推进剂,以满足未来运载火箭的发射要求。专注于小型运载火箭的公司,如火箭实验室,将目光投向了新的低成本技术。成功发射的电子火箭是一种使用电驱动推进剂泵的火箭,也是世界上第一种使用3D打印引擎的火箭。

在商业化之前验证你的能力?

在中国,火箭虽然起步较晚,但也经历了发射探空火箭吸引眼球,发射小型运载火箭验证工艺和技术,再结合自身特点在短短几年内开发出差异化核心产品的路径。

如果你注意观察,你会发现这样一个有趣的现象。目前市场上相当一部分民营火箭公司似乎选择了“先固后液”的产品路径,并公布了其液体火箭发动机研发的最新进展。

液体火箭将是商业资源的焦点。

事实上,结合国外商业火箭的发展,这条路线是很好理解的。只有掌握了核心技术的产品,才能给未来带来利润。对于私人火箭公司来说,只有。

自研的液体火箭才能具备这样的条件。可以预见,未来在民营火箭公司中,

1、固体火箭意义非凡,但民营企业不占优势

提到固体商业火箭,我们耳熟能详的品牌自然是航天科工的快舟系列以及近期海上发射成功的长11火箭,未来,还可能出现价格更低的捷龙火箭,在这个市场从现在看来,似乎没有民营火箭公司什么事。

民营火箭公司在发展早期,利用固体火箭能够很好地走通流程、验证技术能力。但是,当回到商业化这个终极目标上时,对各方面资源能力相对有限的民营航天而言,它们必须做出选择,敲定到底需要一款什么样的产品来作为主流,如同SpaceX一样。

固体的路线是走不通的,这不是因为固体火箭产品上有什么问题

至少从目前来看,,国家队的产品表达出了充分的技术和商业价值。

民营企业在供应链和市场方面并不占优势:

一方面,

在供应链上,核心原料固体燃料属于国家严格管控的火工品,民企较难拿到生产资质,只能求助于那些拥有资质的企业,而恰恰固体燃料的成本又占到固体火箭的七成以上,产业链条掌控力变得很差;

在市场方面,目前还没有官方消息来确定双曲线一号的报价,而国有商业航天在固体火箭方面则早已有深耕,前面说过的快舟系列、长征系列、还有不久后将要首飞的有“价格杀手”之称的捷龙火箭都是具有竞争力的产品,民营火箭公司并不具备先发优势。

有体系化而非单一方面的优势。

另一方面,民营企业在固体火箭产品与运营体系建设上也已经落后太远,国家队的固体运载火箭产品除了长年积累下来的技术成熟度,其发射市场价格、响应周期、制造成本等各方面

2、固体火箭无法“训练”液体火箭的技术能力

固体火箭技术对液体火箭在核心技术上的前置价值并不大。

如图,是“固体火箭”对比“液体火箭发动机”的简要示意图(图片来源:网络):

液体火箭的技术关键在于发动机,固体火箭的技术关键在于化学配方和装药工艺。

某种程度上,固体火箭是没有“发动机”这一说法的,整个箭体就是发动机,顶端再加上载荷,而液火箭的箭体包括发动机和储箱两个独立的部分。

更进一步,由于这种结构差别,在火箭测试时十分重要的试车环节,二者差别也比较大,固体必须拿一个完全体测试,而液体则可以单独假设发动机,另外供给推进剂。

真正的发动机是试出来的

具体到产品开发层面,火箭发动机领域常说一句话:,液体发动机的研制往往要经过至少11种试车类型,2万秒试车时间,50-100次的试车次数,而固体发动机则主要考虑箭体内的燃料的雕刻塑型(控制推力曲线),在试车数据调优经验上,难有共通之处。

3、成本和可延展性要求下,液体火箭也是民营企业商业化的现实选择

直接的燃料成本上,液体远远低于固体。按翎客航天创始人胡振宇的说法,液体燃料成本最低可低到固体的1/200,优势不言而喻。

而且,液体燃油的比冲(专业术语,类似于汽车每升燃油能跑多远)更高,干同样的事情燃料消耗更少,在长航程航天中,液体燃料的优势不言而喻,这也是为什么早期民营固体火箭只是“探空”而无法入轨的原因之一。

另一方面,从可回收和可复用角度考虑,也只有液体火箭可以做到这一点,而可回收技术,则被视作未来实现卫星发射更低成本的重要路径之一。现在,国内一些研究火箭复用的企业,例如翎客航天还试图采用AI技术在火箭回收到地面的几米距离内(决定成败),快速实现推力和方向的调整,而这种“微操”显然只有液体燃料能够胜任。

现在看来,液体火箭似乎成了民营公司瞄准商业卫星发射市场更适合甚至是唯一的选择。

盯住液体火箭产品几乎是必经之路,可复用潜力还带来更大的想象空间。

全球优质企业中,液体火箭都是主流,国内民营航天企业在商业化道路上要解决关键的成本问题,

4、液体火箭已成了业内共识

民营企业几乎在集体转向液体火箭,都有自己的液体动力或者液体火箭规划,只是表现形式各不形同,整理如图(部分,来源:自制):

值得一提的是,尽管都是“液体燃料”,民营商业火箭公司的偏好也各有不同,其中,国内的蓝箭、星际荣耀、九州云箭等公司在近期都公布了其液氧甲烷发动机的最新进展,国外的SpaceX、Blue Origin两个商业航天巨头也完成了液氧甲烷发动机的重要试验工作。

而国内的深蓝航天、星河动力以及SpaceX现役的梅林发动机都是运用液氧煤油作为推进剂。

无论是哪种液体燃料,毫无疑问,都是奔着商业化去的,已经有一些商业火箭公司跳过了固体火箭而直接专注于液体动力系统。提速自己主打产品的研制,创新、核心技术、产品适合商业发射市场已经成为业内共识。

然而,SpaceX的猛禽2009年立项,到2015年才研制成功。正如国家航天系统工作数十年、年逾80的航天技术专家黄志澄所言,“搞火箭是高投入、高风险、回报慢的行当,我国的民营火箭才刚刚起步……应该理性对待民营火箭的发射,现在处在萌芽状态,才刚刚起步。”

民营航天不能一蹴而就,商业化的路径可以看到但是还需要验证,这是一个必须给予足够耐心的产业。


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