7月12日上午9时，我国民营航天企业蓝箭航天自主研制的朱雀二号遥二号运载火箭在酒泉卫星发射中心升空，成功入轨并完成飞行任务。 这是全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭，标志着我国运载火箭新型低成本液体推进剂应用取得重大突破。
今年，世界各地进行了两次将液氧甲烷火箭送入轨道的尝试。 4月20日，SpaceX新型运载火箭“星舰”首次发射以解体爆炸结束； 3月23日早些时候，美国相对论太空公司的“人类一号”火箭试图发射，因二次点火故障错过轨道。 7月10日，SpaceX创始人马斯克在推特上设想“火星移民计划”：平均每3天发射50艘“星际飞船”，每年将超过100万吨有效载荷送入轨道，足以在火星上建立一个自给自足的星球。城市。
2015年被视为中国商业航天发展元年。 中国科学院国家空间科学中心研究员周丙红对《中国新闻周刊》分析称，我国商业航天在火箭回收再利用、高载荷系数、规模化生产和发射三个方面仍需完善。 我国距离以火箭批量交付为代表的商业航天2.0时代还有一定距离。
7月12日9点，朱雀二号遥二号运载火箭在中国酒泉卫星发射中心发射升空。图/视觉中国
技术上从0到1
2015年7月11日，中国首颗民用商业遥感卫星项目“北京二号”遥感卫星星座在印度孟加拉湾由印度空间研究组织的极轨运载火箭发射升空。 同年，《国家民用航天基础设施中长期发展规划（2015-2025年）》印发，蓝箭航天、零一航天等我国首批商用火箭企业注册成立并相继成立。
2016年11月，“丽水一号”商业遥感小卫星星座搭载长征十一号火箭实现一箭多星入轨，并由国家发射场合作伙伴首次发射和一家私人卫星公司。 2021年12月，银河动力成功发射谷神一号和耀二号固体运载火箭，将5颗商业卫星送入预定轨道。 国内民营火箭公司开始自主探索一箭连续发射、多颗卫星的道路。
到2023年，朱雀二号遥二号运载火箭成功发射，中国企业将实现中型液体运载火箭完全自主研发。 箭体直径3.35米，全长49.5米，起飞质量219吨，起飞推力268吨。 第一阶段采用四台天鹊80吨液氧甲烷发动机并联； 第二级发动机采用单台天鹊80吨级液氧甲烷发动机和天鹊10吨游动型液氧甲烷发动机（以下简称游动机）。
蓝箭航天CEO张长武在接受采访时表示，朱雀二号承载着中国商业航天从0到1的进程。他表示，“从0到1”的门槛非常高。 企业需要独立完成设计、工艺、制造、测试、上市等一系列链条，突破关键技术瓶颈，通过初步方案验证，批量交付市场。 形成商业回报。 即使过了这一步，以后的复用还是有门槛的。 朱雀二号已完成液氧甲烷火箭从0到1的技术转型，从0到1的商业化，蓝箭航天计划在2024年向市场小批量交付，年产3到4发。 到 2025 年翻一番。即将进行的药三火箭测试将携带有效载荷； 可重复使用火箭项目也已启动，将于2025年进行测试。
去年12月14日，朱雀二号遥一运载火箭进行了试飞。 在此过程中，火箭第二级飞行出现异常，未能达到轨道速度，最终重新进入大气层。 发射任务失败。 故障诊断为二次管路破裂，导致发动机非正常停机。
到今年3月，蓝箭航天专项工作组对各项措施进行改进后，通过地面试验、发动机试验等验证了改进措施的有效性，火箭实现了零故障。 张长武表示，火箭自然需要更长的周期来验证产品方案，因此蓝箭的目标是在三轮内验证产品成功。
千宇航天咨询有限公司创始人蓝天一在航天行业工作多年，近年来一直从事商业航天市场研究。 他向《中国新闻周刊》强调，朱雀二号的首要贡献是证明了液氧甲烷推进剂的可行性。 国际宇航联航天运输委员会副主席杨宇光表示，相比固体燃料，以及目前最流行的液氧煤油、液氧和液氢燃料，液氧甲烷技术从0到1意味着未来火箭的大规模批量交付将成为可能。 可能的。
杨宇光分析说，首先从性能角度看，固体燃料虽然具有密度高、耐储存、推力强等优点，但单位燃料提供的功率（即比冲）太低适合轨道飞行。 至于液氧煤油，其比冲与液氧甲烷几乎相同，但由于煤油在发动机复杂的管路中燃烧，容易积碳，难以清洁，与目标相去甚远。的可重用性。 虽然液氧和液氢具有更好的比冲和清洁燃烧，但成本问题限制了它们的发展。
从成本角度来看，固体燃料的提取成本远高于液体。 煤油和甲烷都很容易获得，但航空级煤油需要纯化和制备，比只需要液化的天然气更昂贵。 液氢的成本存在两个问题。 一是液氢的沸点与液氧相差很大，很难一起储存； 二是密度太小，体积要求大，变相增加了成本。 作为可重复使用的火箭燃料，液态甲烷相对于液态氢的优势在于其沸点与液氧相似，而且在组装时可以储存在一起，节省成本。
美国SpaceX的猎鹰9系列火箭采用液氧煤油发动机，起飞质量549吨，负载系数（有效载荷与火箭总起飞质量的比值）超过4% ，每公斤有效载荷的发射成本为 2,700 美元。 中国长征五号运载火箭主机采用液氢、液氧，起飞质量859吨，负载率近3%。 每公斤有效载荷价格为3万元人民币，折合4100多美元。 在将同一颗卫星送入轨道的前提下，前者的成本降低了50%以上。
朱雀二号每公斤有效载荷的价格尚未公布，但有媒体预测，这一数字预计会低于猎鹰 9 号。对于 SpaceX 的“星舰”来说，第一级由 33 液氧驱动甲烷猛禽发动机，第二级使用3个猛禽和3个猛禽真空吸尘器。 与猎鹰9号的部分回收相比，马斯克表示，星舰计划实现全面回收，每公斤有效载荷的发射成本将报价为10美元。
另一家美国商业航天巨头蓝色起源公司的BE-3火箭发动机也使用液氧和液氢，而BE-4则改用液氧和甲烷。 目前，中国民营企业星际荣耀正在研制的双曲三号运载火箭、九州云箭正在研制的70吨级龙云火箭发动机均采用液氧甲烷驱动。 中国的长征九号超重型运载火箭也确定了液氧甲烷作为推进剂。 今年5月12日，拟建的200吨液氧甲烷发动机进行了点火试验。
杨宇光表示，中国目前还没有实现完整的火箭回收过程，无论是国有企业还是私营企业。 猎鹰9号迄今为止已被回收超过200次，但即使发动机可以重复使用，维护和测试，更换零件，直到再次发射，中间也会有高昂的额外成本。 杨宇光强调，“可重复使用并不意味着成本低”。 回收技术和成本控制共同决定了重复利用的效率，进而为大规模批量交付的愿景奠定了基础。
“基础科研能力是核心竞争力。” 杨宇光指出，美国猎鹰9号的高性能和高成功率很大程度上得益于铝锂合金产业的成熟。 在相同强度下，该合金比传统铝合金轻得多。 每添加 1% 的锂金属，其密度就会降低 3%，这一性能特征在大体积航天器外壳中非常明显。 猎鹰9号的船体高70米，全船船体由铝锂合金制成。 杨宇光表示，中国还缺乏生产如此大型零部件的能力。
“虽然朱雀二号在发动机尺寸和可重复使用技术方面还有改进空间，但它确实实现了液氧甲烷从0到1，它没有买技术，自己走完了整条路。” 蓝天翼说道。
全产业链的商业模式
在蓝天翼看来，朱雀二号成功发射的另一个意义在于，它证明了全产业链的商业模式有望发挥作用。
艾媒咨询2022年研究报告显示，中国商业航天产业起步以来，产业规模逐年增长，产值从2015年的3764亿元增长到2020年的10202亿元。2015年至2021年其中，中国商业航天产业保持了22.3%的增速。 预计2024年年均复合增长率将超过2.3万亿元。商业航天产业平均单笔融资金额从2014-2015年的2000万元增至2020-2021年的2.11亿元。
艾媒咨询认为，商业航天的上游是火箭、卫星等制造业，还有原材料工业，也就是硬件层； 中游包括支持层，例如发射和地面设备； 下游是应用和服务层，包括运营、卫星、应用等。
蓝天翼认为，国内商业航天崛起的背后是行业全产业链的发展和探索。 火箭制造和发射都在前两层，初期投入非常大，公司很可能“黎明前倒下”。 市场机制意味着民营航天企业必须首先证明自己的实力，才能在下游应用服务层获得优势。
壹空间自主研发的“重庆两江星”火箭是中国第一枚“民营自主研发的商业亚轨道火箭”，采用固体燃料。 在朱雀2号之前，蓝箭宇航还开发了基于固体燃料的朱雀1号。 虽然未能入轨，但它仍然是中国首个“民营轨道运载火箭”。
朱雀二号运载火箭发动机测试场景。 图/央视+
为什么私营公司倾向于发射小型固体火箭？ 杨宇光认为这取决于融资模式。 固体火箭和液体火箭有不同的市场。 小型固体火箭发射灵活、速度快，更方便运载微型卫星。 市场大规模批量交付是液体火箭的主场。 企业证明自己优势的最快方式就是发射固体火箭，甚至直接从国企采购发动机，缩短研发周期并加速融资，然后在此基础上进入液体火箭市场。
张长武表示，“先固后液”只是商业航天探索初期出现的模式，没有必要。 从技术角度来看，中国商业航天产业并不是直接选择走哪条路，而是以产品充分验证为导向，探索前行。 因此，蓝箭航天投入了大量精力建设试验台、冷试验系统、模态试验系统，这些都是服务于液氧甲烷产品的顶层需求。 在这个过程中，对资源整合能力的要求极高。
“SpaceX的商业模式与中国民营企业不同，其成功无法复制。” 杨宇光表示，SpaceX已经接受了很多来自NASA的运输订单，这是其早期的重要盈利模式。 除了推进剂之外，中国还有很多方向需要追赶。 中国商业航天模式的探索正处于早期阶段，不可能一蹴而就。
蓝天翼分析称，中国民营航天企业在商业模式探索中是否会遇到更多困难，取决于商业模式的成熟度。 从大行业来看，大部分企业还处在从0到1的过程中，中国目前缺乏足够规模的运营商来支撑中下游。 美国太空互联网初创公司OneWeb就扮演了这样的角色。
公开资料显示，商业航天1.0的传统模式是银行贷款、购买卫星、出售带宽、收益购买新卫星等，业务范围集中在中下游，较为单一。 OneWeb的资金并不来自银行，而是依靠市场和投资。 其最大的融资方是日本移动通信运营商软银。 2014年，OneWeb向卫星制造商招标，总共建造了约900颗小型互联网传输卫星，随后SpaceX及其StarLink星链项目诞生了。
蓝天翼分析称，美国商业航天拥有完整的逻辑和成熟的模式，涉及全球招标采购、市场运营、产业定价等各个方面。 中国航天事业发展60多年来，国有资本占大部分，主要任务是服务国家相关部门的需要。 这是一个注重科研体系的模式。 因此，除了技术和管理风险外，国有企业很少需要承担经营风险。
“民用和商业航天与国有航天有不同的侧重点。” 周秉红补充道。 民用和商用航天更加注重市场导向和商业运作，通常以低成本、高效率的方式进行研发，更加注重商业应用和市场需求。 国有航天在国家重大任务中发挥重要作用，更注重长期的科研和技术积累，两者相辅相成。 民用和商业航天可以为国有航天带来市场化思维和商业模式创新，而国有航天可以提供丰富的科研和技术支撑。
“商业航天模式带来了定价机制、成本核算机制、项目招标等清晰的商业逻辑，蓝箭航天因此被业界称为‘鲶鱼’。” 蓝天翼分析道。 但在他看来，“鲶鱼”代表着对原有模式的一定程度的改变，但商业航天对“国家队”模式影响不大，两者之间的关系应该称为并列关系。
下游应用有待开发
蓝天一曾就职于东方红海特种卫星有限公司，该公司是中国空间技术研究院下属微小卫星研制的总体单位。 曾担任多个航天预研项目的子系统设计师，现在千宇航天是一家航天咨询公司。
作为航天领域的从业者，蓝天翼认为，商业航天创业门槛较高。 这体现在其产业链长、跨度大。 过去一段时间，商业火箭最常见的下游应用是卫星发射，涉及许可、火箭采购、协调接口、测控等多个方面。 “只从事特定制造业的人很少关注下游应用。” 蓝天衣说道。
他举例说，如果下游想要使用某个频段的卫星，作为有效载荷的研究人员可能只负责承载，并不关心这个频段的作用和潜在的干扰。 因此，国有航天企业一线航天从业者要完成一个行业从0到1的过程，其实是非常困难的。
下游产品的迭代周期普遍快于上游制造。 以卫星为例，高轨卫星15年的迭代周期已经跟不上通信的发展，因此商业航天也多瞄准低轨卫星。 这次，朱雀二号的第二箭进入低轨道，即近地轨道。 将卫星放置在该轨道上需要最少的能量，并提供高带宽和低通信延迟。
2015年，马斯克首次提出星链计划，承诺在低轨道部署4.2万颗通信卫星。 2020年，中国国家发改委提出“卫星互联网”战略工程，并于同年正式发布“GW”星座计划，预计发射近1.3万颗卫星。 蓝天之翼表示，摩尔定律也适用于低轨卫星，这意味着每18个月性能翻一番，价格下降一半。 按照这样的速度，卫星数量增加，发射成本需要大幅降低，相应的火箭载荷要求也日益增加。
在去年11月举行的中国航天大会上，商业航天产业服务平台未来航天研究院正式发布了中国首款商业航天飞行器FutureX。 它“就像一架航天飞机”，已经在轨道上运行了很长时间。 预计将实现卫星部署、承载各类实验载荷、空间碎片清理等多种功能服务。
6月14日，北京陆箭航天科技有限公司展厅内的火箭发动机 图/视觉中国
未来航天研究院创始人牛敏告诉《中国新闻周刊》，2015年他刚进入天使投资行业时，就与蓝箭航天达成了合作。 他认为，火箭作为唯一进入太空的交通工具，必定是投资者的重要切入点。 FutureX也是一种低轨道火箭有效载荷，旨在填补轨道间运输的空白，属于新开发的下游应用。 可重复使用火箭大规模批量交付后的进一步应用还包括太空旅游和深空探索。
蓝天翼表示，虽然商业航天的应用前景可以预测，但很难预测其出现的时间。 因此，投资者“回归理性”，大家都希望看到成本更低、效率更高的产品。 近期是否会出现大规模批量发货的情况还有待观察。
“商业航天是一项长途工程，未来两年仍是成果揭晓的冲刺期。” 蓝天翼分析道。 中国商业航天发展的支持措施仍在不断推出。 国务院发布的《中国航天2021》白皮书明确了促进商业航天快速发展的原则和措施，相关财税补贴、市场培育、产业发展等多形式发展政策已经落实。
“从目前国内关于航天发射活动的政策来看，从来没有出现过任何人为的阻力。行业发展到现在，无论是面对市场还是监管方面，真正的短板始终是企业自身。” 张长武说道。
发表于2023年7月24日《中国新闻周刊》杂志第1101期
杂志标题：世界首个液氧甲烷火箭成功进入轨道
记者：周游
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