商業航天發射60年:一部大國間的競技史

經過60年的發展,商業航天發射市場已經從過去單純發射衛星,拓展到商業太空旅遊,甚至太空殖民,給未來增添了更多想象空間,也將成為大國間下一個競技場。

2020年12月22日12點37分,中國新一代運載火箭長征8號在文昌航天發射場點火起飛,隨後順利將5顆衛星送入預定軌道。長征8號首飛圓滿成功,意味著中國角逐全球商業航天發射市場再添利器。

商業航天發射60年:一部大國間的競技史

全球商業航天發射市場是一塊奇特的“蛋糕”,規模不足100億美元,60年來卻是大國必爭的盤中之物,巨大反差的背後,蘊藏著怎樣的資訊?

商業航天發射起源

1957年10月4日,蘇聯將第一顆人造地球衛星送入太空,人類征服太空的序幕由此拉開,但商業航天發射市場的起步卻要再等4年,那時商業公司才會有發射需求。這個時間節點是1961年4月,國際通訊衛星組織透過美國馬丁公司的運載火箭,將商業衛星送入軌道,商業航天發射市場的序幕就此拉開。

19年之後的1980年3月,世界第一家商業航天發射服務公司歐洲阿里安空間公司成立,它的幕後支持者是歐洲航天局(ESA)。美國指了個方向,歐洲開了頭,商業航天發射的賽道上慢慢就熱鬧起來,20世紀80年代後期,中國、俄羅斯、烏克蘭等國帶著自己的運載火箭相繼加入。

為了維持市場壟斷地位,美國拉上俄羅斯組成CP,合作成立國際發射服務公司(ILS),後來又還拉著俄羅斯、烏克蘭、挪威成立海射公司(Sea Launch)。那時的俄羅斯在航天發射市場相當搶手,不僅和美國組CP,還大批次銷售RD-180火箭發動機。美國之所以對俄羅斯熱心腸,主要是因為有自己難以言說的苦衷,這個後面再詳細說。

中國的長征系列火箭加入商業航天發射賽道是在1988年,正式立項早在3年前的1985年就開始了。1988年美國休斯公司率先使用中國長2捆火箭發射“亞洲一號”衛星,發射成功使世界瞭解到了中國火箭的實力。以此為起點,長征3號、長征2號捆綁式、長征2號丙,以及長征3號乙等運載火箭成功打入國際市場。

商業航天發射賽道日漸擁擠,但這個飯碗並不好端。

全球“蛋糕”不到100億美元

美國衛星工業協會(SIA)的統計表明,2016年整個宇航產業鏈總產值達2605億美元,發射服務的總收入為55億美元,2017年這個數字下降到46億美元。實際上,在2017年之前的5年時間裡,發射服務佔整個宇航產業鏈價值的比例一直停留在2%左右。這就使得商業航天發射市場的規模非常小,到現在也沒有突破100億美元。

市場規模小,但新型運載火箭的研製卻需要海量燒錢。歐洲阿里安空間公司為研製阿里安5火箭,燒了90億歐元,僅研發費用就大大超過商用航天發射市場規模。由於現金流緊張,為保證研製順利進行,阿里安空間公司不得不撤掉已經連續成功發射74次的阿里安4火箭的生產線。縱是如此,阿里安空間公司(Ariane Space)也是連年虧損,一隻腳踩在破產的懸崖邊上。

後來大名鼎鼎的馬斯克的Space X公司,也多次驚心動魄地上演過起死回生的劇目,如果沒有美國國家航空航天局(NASA)在背後默默支援,Space X公司或許早已消失不見。

商業航天發射市場不僅規模小、價格低,還很難維護客戶忠誠度。有20年時間,印度一直是阿里安空間公司的客戶,為照顧印度這個老客戶,阿里安即使和印度簽了雙星發射合同,但印度只要求發射一顆衛星時,也不得不照辦。最後的結局卻是印度甩掉了阿里安空間公司。

商業航天發射60年:一部大國間的競技史

由於商業航天發射市場利潤太低,從2000年開始,美國洛馬公司的德爾塔4(Delta 4)火箭和波音公司的宇宙神5(Atlas 5)火箭相繼退出商業航天發射服務專案,只專注於美國政府和軍事發射專案。

即使在商業航天發射市場起家的Space X公司,在羽翼豐滿後,第一個動作也是競爭政府和軍方的發射服務專案。

前面說的美國和俄羅斯組CP進入商業航天發射市場,一個重要原因是市場競爭力下降,不得不找俄羅斯合作。

蝴蝶效應

美國在商業航天發射市場競爭力跌落,主要原因是美國國家航空航天局(NASA)戰略押注失敗,產生的蝴蝶效應深刻影響了商業航天發射市場的走向。

1970年初,在“阿波羅登月計劃”順利實施,並收割全球無數注意力後,美國國家航空航天局(NASA)還沒從香檳的芬芳中回過味來,美國政府就開始收緊錢袋子,限制航天預算。

一貫燒錢如燒紙的NASA立時亂了陣腳,決定先搞太空梭,再搞空間站,兩項合計需要約100億美元。不久,NASA又發現超支,連忙改為先搞空間站,隔五到六年再上馬太空梭,這樣能省下大筆錢。到1970年底,NASA又發現只建設空間站,沒有低成本的發射系統,在經濟和政治上都行不通。

無奈之下,NASA推倒先前的計劃,重點搞可重複使用的太空梭,只能一次使用的運載火箭則被踹到角落吃灰。NASA本以為能重複使用的太空梭可以省下大筆經費,但沒有想到省錢只是理論推演,太空梭實際是迄今為止最燒錢的大坑。

1982年7月4日,在太空梭第4次飛行成功著陸那天,美國政府出臺《國家航天政策》,決定NASA將不再從波音公司和洛克希德。馬丁公訂購德爾塔和宇宙神/半人馬座火箭。1983年,美國空軍乾脆利落地關閉了大力神火箭的生產線。

美國人廢掉運載火箭的算盤是這樣打的:由於壟斷了商業航天發射市場,逐漸停產火箭生產線的話,美國的運載火箭水平充其量只是停留在70年代初期而已,仍然能夠和歐洲阿里安火箭競爭,保持壟斷份額。

商業航天發射60年:一部大國間的競技史

但後來的發展證明,美國人完全打錯了算盤。1986年1月28日,在一個不適合發射的寒冷天氣裡,挑戰者號太空梭強行發射,升空73秒後爆炸。這一事故使美國在接下來7個月的時間裡,沒有發射載具可用,不得不把17顆衛星轉給歐洲阿里安火箭發射。僅僅兩年後,阿里安火箭就成為國際商業航天發射服務市場的主流發射載具,隨後超越美國,佔據第一的市場份額。

為了阻止歐洲在商業航天發射市場的擴張,美國不得不拉上俄羅斯組成CP。經過多年醞釀、談判,1993年9月2日,美俄達成了發射服務的貿易協議。從此,美國和俄羅斯開啟長達數十年的甲乙方關係,甚至還採購後者的火箭發動機。

這一番折騰,美國人付出了雙倍的損失,不僅在太空梭的“坑”裡交了2285億美元學費,超過曼哈頓計劃和阿波羅計劃總和的1880億美元,還同時自廢運載火箭武功,給了歐洲和俄羅斯上位的機會。

私人資本湧入

美國不能容忍歐洲和俄羅斯中的任一一方超過自己。在和俄羅斯敲定合作的同一年,美國眾議院科學、空間與技術委員會空間小組委員會舉行了“國際發射服務競爭”的主題聽證會。會議達成一個共識:美國的大部分市場份額已輸給了阿里安,如果這一勢頭繼續發展,或由於俄羅斯等國加入競爭而進一步惡化,那麼美國的國內發射能力就有遭遇滅頂之災的風險。

美國急著奪回商業航天發射服務市場的王者地位,停掉太空梭專案後,在1995年,啟動一次性漸進運載器 ( EELV) 專案,打算透過培育軍用和民用衛星以及商業衛星發射市場,來重振美國火箭工業, 改變落後狀況。

僅剩的兩大航天巨頭波音和洛克希德。馬丁自然成為被扶持的物件。1998年10月16日,美國空軍與兩家公司簽署總價達 30 億美元的合同,要求兩家公司到2002 年完成宇宙神5和德爾塔4火箭的研製,並形成生產能力,同時建造並改進發射場基礎設施。

但出乎美國政府意料,兩大巨頭手握利潤豐厚的鉅額訂單後,再不願意去國際商業航天發射服務市場掙利潤微薄的“鋼鏰兒”,不僅沒有挑戰俄羅斯火箭和法國阿里安火箭的市場地位,反而迅速認慫,從2000年相繼退出國際商業航天發射服務市場的競爭。

而且,為爭奪政府和軍方訂單,波音以非法手段獲取洛克希德。馬丁公司上萬頁商業機密,此事惹來美國司法部調查,最後不得不由美國國防部出面進行調解。

為一碗水端平,2005年,美國讓波音公司與洛克希德。馬丁公司的火箭業務合併,成立聯合發射聯盟公司(ULA),兩家公司各持有 50% 的股份。這種寡頭坐地分賬的格局進一步結下苦果,每次發射費用高達驚人的4。35億美元,是歐洲和俄羅斯的2到4倍,這個價格根本不可能在競爭激烈的商業航天發射市場立足。

在美國被本國壟斷巨頭痛宰之時,新的力量不斷加入,中國長征火箭開始重返商業航天發射市場,日本佔得一席之地,甚至印度也甩開多年的乙方歐洲阿里安空間公司(Ariane Space),憑藉極軌衛星運載火箭(PSLV)和地球同步衛星運載火箭(GSLV),想要進來分一杯羹。

痛定思痛後,美國決心破除航天體制弊端,出臺各種政策,包括政府部門開發的航天技術要及時向私營企業轉移,從事航天活動的技術和基礎設施,在與國家安全利益相一致的前提下,能夠最大限度地以有償方式無阻礙地讓私人使用。美國的目的很明確,引入以私人資本為主體的航天公司,打破波音和洛馬等傳統航天巨頭的壟斷格局,重新奪回在商業航天發射市場的主導地位,擺脫對俄羅斯的依賴。

商業航天發射60年:一部大國間的競技史

私人資本於是蜂擁而入掘金,其中,真正給美國及國際商業航天發射服務市場帶來衝擊的是埃隆。馬斯克的Space X公司。

馬斯克逆轉局面

Space X公司之所以能迅速刺穿傳統航天巨頭的市場護盾,主要原因是手握低價長矛。自從獲得第一個訂單後,Space X公司每千克載荷的發射價格最高不超過7500美元,是所有在役運載火箭中最低的,其中“獵鷹”重型最低僅有“飛馬座”XL的1/26。在傳統航天巨頭裡,這個價格低得令人髮指。

Space X每次發射的最高報價為6千萬美元,波音和洛克希德。馬丁公司組建的美國聯合發射聯盟每次發射的價格為4。35億美元,兩者相差至少6倍。連以價格厚道的歐洲阿里安空間公司(Ariane Space)和俄羅斯國際發射服務公司(ILS),在Space X面前也毫無戰鬥力,兩家公司的報價在1億美元到2億美元之間,是Space X的1。67到3。3倍。

結果就是傳統航天巨頭被打得滿地找牙。Space X拿到第一筆訂單後僅僅1年,新簽訂的商業衛星發射訂單量,就從零變成佔據國際商業航天發射市場的45%。歐洲和俄羅斯的份額一年丟失近半,美國借馬斯克之手成功逆轉局面。

Space X帶給商業航天發射市場的衝擊有三:超低的發射價格,可回收技術,以及風險投資主導的商業模式。Space X開始引領國際商業航天發射市場的潮流。美國、日本和歐洲的傳統航天巨頭相繼提出新型低成本火箭研製計劃,降價成為主旋律:

美國聯合發射聯盟公司(ULA,股東是波音和洛克希德。馬丁公司)推出“火神” (Vulcan)運載火箭研製計劃,要求在每年發射10〜20次的條件下,最低發射價格壓到9000美元/千克,是現役宇宙神5 (Atlas 5)價格的47%,降了一半多;歐洲航天局(ESA)研製的阿里安6運載火箭,將發射價格定在8000歐元/千克左右,是阿里安5的84。2%;日本新型H-3火箭發射地球同步轉移軌道載荷每千克預計成本為6500美元左右,是H-2A火箭的63%左右。

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12月22日首飛成功的長征8號運載火箭,單次發射報價3000萬美元,價效比可以進入行業前5名。

為降低成本,航天發射公司紛紛採用火箭模組化、系列化和通用化設計,從成熟技術挖潛,以便降低成本,其中可回收技術是重點發展之一。長征8號運載火箭和國際接軌,同樣採用可回收式設計,可實現芯一級和固體助推器的回收,不僅能減少火箭發射的成本,還能大大縮短髮射週期。

商業航天發射服務的未來

前面已經說過,商業航天發射市場的規模從來沒超過100億美元,養活傳統航天巨頭已經勉為其難,現在又衝進來許多新興私人航天公司,還怎麼活?

風險投資公司Space Angels的一份最新報告顯示,2019年全球範圍內的178家商業太空初創公司共獲得了58億美元風險投資,和國際商業航天發射服務市場容量相當。這就意味著,僅從國際商業航天發射服務市場來看,風險投資撒在Space X公司們身上的錢根本就賺不回來!這麼看的話,顯然低估了谷歌、富達集團和軟銀等專業投資機構的眼光,他們其實看中的不是傳統商業航天發射服務市場本身,而是Space X公司們開創的航天新物種。

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在早年,SpaceX公司曾向風險投資機構提出要出售4億美元股份和股權之後,卻僅僅籌到4400萬美元,認購額略超1/10,但後來馬斯克丟擲“星鏈”計劃和“星船”計劃兩個航天新物種後,SpaceX公司股票成為風投瘋搶的目標,一下子從認購不足變成超額認購,僅在2019年,SpaceX公司獲得的投資就佔整個行業的2成多。

這就說明,現有的商業航天發射服務市場已到了突破傳統邊界的臨界點。實際上,在私人資本的市場創新推動下,商業太空旅遊已經成為一個頗具潛力的新興行業,其中提供亞軌道商業太空旅遊服務的公司,在近年來湧現出不少,除SpaceX公司外,還包括維珍公司、XCOR宇航公司、犰狳宇航公司、藍色起源公司等企業,甚至俄羅斯軌道科技公司也打算進來分一杯羹,推出太空旅館服務,還聲稱可提供淋浴間,以及美酒飲料。

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另外,SpaceX公司開展的商業太空旅遊業務,不僅侷限於亞軌道商業旅遊,更著眼於太空商業運輸,它希望利用可重複使用的發射工具,降低人們進入太空的成本。

經過60年的發展,商業航天發射市場已經從過去單純發射衛星,拓展到商業太空旅遊,甚至太空殖民,給未來增添了更多想象空間,也將成為大國間下一個競技場。