航天黑马SpaceX从颠覆式创新到星际旅

复方卡力孜然 http://pf.39.net/bdfyy/bdfyc/140813/4447658.html

SpaceX:航天探索领域的黑马,引领全球商业航天

SpaceX改写人类太空探索历史

SpaceX自成立以来不断改写人类太空探索历史,最新估值为亿美元。SpaceX由埃隆·马斯克(ElonMusk)于年创立,公司主要业务为火箭发动机、飞船和火箭的研制、生产、发射服务。主要运载火箭有现役Falcon9、年首次发射,FalconHeavy、年首次发射;火箭发动机有现役梅林(Merlin1D)及正在研制的猛禽(Raptor);航天飞船有Dragon及CrewedDragon,分别于年及年首飞。SpaceX自成立以来,不断改写人类探索太空的历史,其最大特色与创新之处在于实现火箭的可回收与可复用,并极大降低发射成本。年至今,SpaceX已累计融资逾10亿美元;最新估值为亿美元。

52%:SpaceX在全球商业发射市占率高达52%。SpaceX于年完成Falcon1的首次发射,此后的十余年间实现了快速的成长与超越,年完成发射总计21次、占美国发射总数的68%。根据FAA(美国联邦航空管理局)的最新数据统计,SpaceX在全球商业发射市占率高达52%(按次数统计)。截至/09/27,SpaceX手持约37次的未来发射订单,客户包括NASA、NRO、ADS、美国空军及各国商业客户。

万美元:猎鹰单次发射价格万美元,重型猎鹰单次发射价格万美元。SpaceX通过火箭部件的标准化和通用化,以批量生产降低设计费用及生产成本。猎鹰Falcon9的发射报价远低于同类型运载火箭,单次发射价格为0.62亿美元,约为Ariane5的1/3;载重能力为22.8吨(LEO)、8.3吨(GTO),与Ariane5基本相当;重型猎鹰FalconHeavy的单次发射价格为0.9亿美元,载重能力明显强于其他箭体(63.8吨LEO、26.7吨GTO),性价比遥遥领先。

26枚:已累计实现26枚运载火箭助推器复用。助推火箭回收是运载火箭实现重复使用的关键步骤,目前回收方法主要有伞降回收、垂直返回和带翼飞回。SpaceX使用垂直返回的技术路线,并于年实现人类历史上首次海上回收、年成功发射了回收利用的助推火箭。年以来,SpaceX已累计重复使用助推器26枚,约占已发射助推器总数的47%。

探寻SpaceX成功要素

成功因素#1:国家安全需求的紧迫性倒逼美国大力发展商业火箭

美国商业航天的蓬勃发展起源于国家安全需求。随着国家安全需求的紧迫性日益增加,为摆脱对俄制发动机与俄罗斯载人飞船的依赖,倒逼美国大力发展商业火箭,涌现出SpaceX、BlueOrigin、Orbital等新兴火箭企业。

美国ULA公司完成商业发射订单的AtlasV运载火箭使用俄制发动机RD-,乌克兰危机后,美国颁布禁令,禁止从俄罗斯采购RD-火箭发动机。为摆脱俄制发动机的掣肘,美国不得不加大航天投入,研发美制发动机。目前,SpaceX的现役Falcon9、FalconHeavy使用自研Merlin-1D液态煤油发动机;Raptor将应用于下一代运载火箭BFR(即StarshipandSuperHeavy)。由美国BlueOrigin公司研发的美制发动机BE-4将被应用于年首飞的Vulcan运载火箭,将取代现役火箭AtlasV和DeltaIV。

另一方面,国际空间站(ISS)工作有序运行,而美国航天飞机已于年全部退役,美国只能高价购买俄罗斯联盟号载人飞船的座位。年以来,俄罗斯飞船座位的单价大幅提升,此后逐年增加;~年NASA已累计花费33.7亿美元购买座位。为摆脱对俄罗斯载人飞船的依赖,美国不得不加大对国内航天企业的支持力度。年3月,SpaceX的载人龙飞船CrewDragon首飞成功,标志着美国恢复了将人类送入太空的能力,将逐渐结束对俄罗斯联盟号的空间运输依赖。

成功因素#2:NASA、美国空军的资金与技术支持

NASA、NGA、美国军方等国家部门提出商业合作计划、技术转让计划,从资金、技术和发射场资源等层面提供支持。

NASA自年起开始提出COTS、CRS、CCDev等商业运输货物及商业载人航天计划,并转变合作模式,由购买设备转变为购买服务:私营企业负责项目的运营,包括设计、研发、制造、试验、发射和运营管理等,而NASA仅负责进度、安全监管等。

NASA开放了阿波罗(Apollo)计划的部分技术给SpaceX,支持其猎鹰(Falcon)系列火箭发动机的研发、测试。

美国空军为SpaceX新一代液氧甲烷发动机Raptor的研制提供资金支持,根据预算,美国军方预计总投资额约万美元,约为SpaceX总投资额的1/3。

美国空军还将里根试验中心发射场、范登堡空军基地的SLC-40发射场提供给SpaceX用于发射“猎鹰”火箭。

成功因素#3:完善的空间立法为商业航天活动提供了法律保障

完善的空间立法为商业航天活动提供了法律保障。美国、欧洲各国政府为支持商业航天的发展,制订和颁布了一系列涉及航天发射、卫星通信、卫星导航、卫星遥感、载人航天等领域的法案,支持并规范商业航天产业发展。

美国:年美国通过了《商业航天发射竞争力法》,内容涵盖商业航天发射、商业遥感、外空资源探索与利用等方面,全面推进美国商业航天企业的科技创新,提升国际竞争力。在商业遥感领域,美国先后四次修正法案,允许商业公司向市场销售的光学卫星图像分辨率由1m提高到0.25m,显著提升竞争力。

欧洲:年,法国公布了系列商业航天投资举措,以使本国企业能赢得低轨卫星互联网星座、新一代高分辨率光学对地观测卫星和静地轨道高通量宽带卫星的建造合同,并将注意力转向商业卫星4。年英国发布《国家航天政策》,是英国首部国家级航天政策,提出要依托卓越的科研成果,打造有竞争力的商业航天产业。

成功因素#4:企业家精神与高效的运营模式

成立初期屡败屡战,以低成本、高可靠的发展理念,占领商业发射市场。马斯克是一位极具冒险精神的企业家,创立了Paypal、Tesla等新兴企业。SpaceX的前三次发射均以失败告终,但SpaceX屡败屡战,在第四次发射取得成功之时,也迎来NASA的CRS订单。马斯克创立公司之初,即表示要将航天发射的成本降到美国政府经营所需费用的1/10,向空间运送物资和人员的风险也同步减少至以往的1/10。目前,在商业发射市场,Falcon9发射费用为6,万美元/次,约为全球同类运载火箭发射费用的1/3。随着越来越多的Falcon9火箭实现重复使用,以及FalconHeavy的高密度发射,公司发射成本将进一步降低。

其扁平化的高效组织管理模式、小而精的科研团队,保证了研发工作的效率和质量。SpaceX改变传统航天生产模式(即将航天发动机、电子设备、导航系统、地面支持设备等分系统由不同研制单位分别承担的生产),以独特的“硅谷模式”,独自承担绝大多数火箭和飞船的设计、研发和生产的关键核心工作。通过一体化生产,更好地优化统筹生产流程,建立了设计和生产团队之间紧密快捷的反馈机制。采购方面,注重产品的通用化、标准化,购买成熟技术和产品,零件采用全球货架式采购模式,避免重复研发成本。

Starship、Starlink引领航天产业趋势

Starship将开启人类太空旅行新时代。SpaceX的下一代运载火箭系统Starship(即Starship与SuperHeavy,又称BFR)将使用下一代液氧甲烷火箭发动机Raptor,Starship定位于“太空旅行”,将于年完成首次绕月飞行5;年完成火星货运,年将人类送上火星。据FAA预计,到年全球太空旅行市场将逾10亿美元。

布局卫星制造及应用,Starlink正式开启组网。SpaceX于年推出Starlink星座群计划,向下游卫星产业拓展,拟通过12,颗小卫星构建覆盖全球的太空通信系统,为全球用户提供低延时的卫星宽带互联网服务。目前,该计划已获美国联邦通信委员会(FCC)批准,进入美国宽带服务市场。年5月,已发射首批组网卫星(60颗),公司预计s中期完成组网;最快可于年开启商用服务。

全球发射产业保持稳健增长

商业航天企业已累计融资逾亿美元,航天发射企业单笔融资金额较大

全球发射产业市场规模逾60亿美元,近十年增长较为稳健。年全球发射服务产业规模达62亿美元,同比增长35%,9~年CAGR4%。年全球发射次数总计次,其中中国发射次数39次、位列榜首;美国发射次数34次(其中21次由SpaceX完成),位列第2。

商业航天初创企业已累计融资逾亿美元,运载火箭企业单笔融资金额较大。年,全球航天初创企业融资金额总计约32亿美元,运载火箭企业融资金额较大,其中BlueOrigin的7.5亿美元为单笔最大融资额,SpaceX合计融资7.37亿美元;我国星际荣耀与蓝箭航天在非美国地区初创企业中融资额排名靠前。0~年,全球航天初创企业累计融资.8亿美元。

软银集团、高通等年投资OneWeb公司12.5亿美元,OneWeb累计融资额达34亿美元。Google、SES、Liberty等投资O3b(Other3billion)累计已披露金额达18.3亿美元。

腾讯继年领投阿根廷微小卫星制造商Satellogic后,再次发力太空板块。年领投Satellogic的B轮融资,Satellogic本轮共获2,万美元融资。

全球主要运载火箭公司一览:美欧企业主导市场

美国与欧洲是商业火箭市场领导者。根据FAA的全球商业发射数据统计,年全球商业发射市场以美国、欧洲为主,市场规模分别为17.31、10.92亿美元。

美国:年SpaceX以0.56~0.62亿美元的低地球轨道(LEO)载荷单次发射价格进入全球商业发射市场,打破了由法国阿里安(Arianespace)、美国联合发射联盟(ULA)、俄罗斯国际发射服务公司(ILS)形成的垄断局面。

欧洲:法国阿里安公司是世界上第一家商业性航天运输公司,在全球商业发射市场处于领先地位。

Arianespace:世界首家商业发射服务提供商

Arianespace成立于年,总部位于法国,是世界上首家商业发射服务提供商,在全球运载火箭市场占据主导优势。专门从事火箭生产、经营及发射业务,拥有世界领先的发射火箭Ariane5。Ariane5是根据商业发射市场和近地轨道开发利用的需要研制的,主要用于向地球同步轨道和太阳同步轨道发射各种卫星,截至目前,Ariane5型号运载火箭已累计发射次。年实现营业总收入13亿欧元,目前已获得订单金额总计40亿欧元,向37家客户提供累计52次发射服务。

Arianespace股东背景多元化,股东分布于欧洲十多个国家,Arianespace的成功得益于ESA提出的各国合作发展的道路。ESA主要机构分布在数个国家,总部位于巴黎,主要负责作出重大政治决定;欧洲航天研究与技术中心位于荷兰诺德韦克,主要承担技术研发任务;德国达姆施塔特的欧洲航天空间操作中心负责所有卫星操作及相应的地面设施;位于意大利弗拉斯卡蒂的欧洲航天研究所,则主要负责使用来自空间的地球观测数据进行研究;德国科隆的欧洲航天员中心负责培训“太空人”;西班牙马德里设有欧洲空间天文中心。

ULA:战略性调整公司架构,发力商业领域

美国联合发射联盟(UnitedLaunchAlliance,ULA)由洛克希德·马丁公司和波音公司各出资50%成立于年12月,主要客户有NASA、美国军方、商业卫星公司等。成立初期,ULA是美国政府及军方唯一的航天发射服务商,平均每个月执行一次发射任务。年10月,ULA宣布进行人员和公司架构方面的重大调整,以降低发射成本,应对商业市场竞争。此外,ULA的下一代Vulcan火箭,覆盖GTO轨道从5吨到17吨,比现役Delta4高30%,预计将于年实现首飞。

ULA的商业战略包括三个部分:多样化业务组合,降低对军用发射的依赖;削减企业各环节的成本;产品定位于军、民、商用市场。削减成本方面,ULA的目标是持续地大幅降低全企业的成本,设备降低50%,供应链降低40%,员工减少30%。目前,Atlas火箭单次发射成本已从1.84亿美元降至1.35亿美元,约降低了30%。

BlueOrigin:亚轨道和发动机领域的新贵

BlueOrigin由亚马逊公司创始人杰夫·贝索斯(JeffBezos)于0年9月投资建立,Bezos成立公司的初衷是希望建立太空旅馆以及适合人类生活的太空城市。主要产品包括亚轨道火箭、火箭发动机,年开始向近地轨道空间发展。年11月成功完成发射并回收NewShepard亚轨道火箭,运载火箭达到62英里(.5公里)的高度,验证了亚轨道可重复运载技术。目前公司正在研制推力更大的NewGlenn运载火箭,并与欧洲通信卫星公司和OneWeb公司签署了多项商业卫星发射合同。

OrbitalATK:军火、火箭及空间站制造商

OrbitalATK成立于年,由世界最大军火制造商AlliantTechsystemsInc(ATK)完成运动枪械业务的分拆后,与火箭和空间系统制造商轨道科学公司(ORB)合并成立,是全球领先的通信卫星和高分辨率商业卫星行业领先供应商。合并后公司主要产品包括运载火箭及相关系统、卫星及相关部件和服务、航空航天复合材料、战术导弹、精密武器、武器系统和弹药等。

我国商业火箭全景对比:竞争推动技术创新

官方规范文件出台,规范与鼓励并举。年,国防科工局与中央军委装备发展部发布《关于促进商业运载火箭规范有序发展的通知》9,对我国商业运载火箭的科研与生产活动进行规范,将促进商业运载火箭的健康有序发展。目前,国家航天法已通过立法计划,商业航天有关的要求也将纳入到整体法规中,未来完善的空间立法将为商业航天活动提供法律保障。

准入方面:从事商业运载火箭科研生产活动的企业需获得武器装备科研生产相关许可。具体而言,企业在获得科研许可后,可从事相关科研试验、研发试制等活动;获得生产许可后,可从事相关产品生产制造等活动。

发射方面:企业在获得发射许可(国防科工局)和通过专项审查(军委装备发展部)后,可按程序执行发射试验活动。具体而言,不入轨、亚轨道的发射及验证活动需在项目预定发射、试验的15个工作日前,向管理部门进行通报;没有航天器入轨的试验验证及发射试验,可依托国家发射场或试验场开展活动;入轨的发射任务须在国家认可的航天发射场实施发射。

微纳卫星星座的崛起有望倒逼我国商业火箭市场快速成长。微纳卫星拥有低轨、观测及通信能力强、星座布局、数量庞大、单行体积小、功能密度大、成本低廉等特点,微纳卫星星座可以完成各种预设任务甚至大卫星难以完成的任务,拥有突出的应用优势。年以来微纳卫星发展迅猛,全球近3年年均发射超过颗微纳卫星,占据全球每年发射航天器的半壁江山。据Euroconsult最新报告预测,未来10年全球将发射超过3,颗微小卫星(包括皮、纳、微、小)。微纳卫星星座的快速发展将导致发射需求大幅提升,有望倒逼我国商业火箭市场快速成长。

商业发射将成为国家发射的有益补充,市场竞争将进一步推动技术创新。商业发射将成为国家发射的有益补充,市场竞争将进一步推动技术创新。目前我国从事商业运载火箭活动的企业主要有蓝箭、星际荣耀等,已从初创阶段步入发射竞争阶段。我们认为,未来商业发射有望成为我国进入太空的有益补充,市场化的竞争将促进航天运输系统技术和产业创新,具有完备技术团队与快速迭代能力、技术路线顺应产业趋势、拥有完善供应链与生产保障能力、顺应市场发射需求的企业有望成长为我国商业火箭市场的领头羊。低轨卫星发展与火箭商业化相互促进、相辅相成。

技术参数对比

民营火箭公司主攻液体发动机,最快将于年再次进行入轨发射。火箭发动机是运载火箭的关键部件,约占运载火箭总成本的30%。根据推进剂不同,可分为固体发动机与液体发动机。我国民营企业中,蓝箭航天最为领先:“天鹊”(80t推力)于年7月成功完成%推力秒试车,成为国内首台、世界第三台完成全系统试车考核的百吨级推力液氧甲烷火箭发动机,将用于朱雀2号火箭;星际荣耀的焦点1号(液氧甲烷;15t推力)于年7月完成整机秒长程试车,将用于双曲线2号;焦点2号(百吨级推力)将用于双曲线3号;深蓝航天的雷霆1(液氧煤油)已完成燃气发生器点火试车;零壹空间已完成液体姿轨控动力系统热试车试验,鲛系列助推固体发动机试车成功;九州云箭、星河动力、星途探索等也均有相关进展。

固体发动机具有易实现大推力、可靠性高、发射操作简单、使用维护方便等优点,在各国航天发射中发挥着重要作用;但固体发动机比冲小、工作时间短、推力不易控制,重复启动困难。液体火箭发动机具有比冲高、推力可调、可多次启动等优点。当前,固体火箭发动机正在向着大型化、大推力的方向发展;

液体发动机向着提高运载能力、使用寿命、可靠性、适应性的方向发展。目前,SpaceX的Falcon9及FalconHeavy均使用两级液氧煤油发动机Merlin-1D,在研发动机Raptor将使用液氧甲烷为推进剂。

运载火箭:星际荣耀实现入轨发射零的突破,未来仍任重道远。SpaceX是全球领先的商业航天发射公司,Falcon9中型可复用火箭(总长70m、直径3.7m)发射价格为万美元,FalconHeavy重型可复用火箭(总长70m、总宽12.2m)发射价格为万美元,均已成功发射并实现一级推进器和整流罩的回收。我国民营企业中,星际荣耀的双曲线1号小型固体火箭(总长20m、直径1.4m)于年7月成功实施入轨发射,实现中国民营火箭零的突破;双曲线2号液体火箭(总长38m、直径2.5m)计划年首飞。蓝箭航天的朱雀1号是我国首枚发射的民营运载火箭(但卫星未能入轨);全自主研发、具备自主知识产权的朱雀2号中型液体火箭(总长48.8m、直径3.35m)计划年首飞,未来可拓展为可复用火箭。中美对比不难看出,我国民营火箭仍有较大提升空间。

创始团队对比

初创民营企业以相关专业背景的团队为主。星际荣耀创始人为航天体系内出身,直接参与运载火箭设计与研制;团队成员拥有较为丰富的运载火箭研制经历。蓝箭航天、零壹空间创始人均为理工与金融复合背景,其中蓝箭航天的联合创始人及关键技术人员参与运载火箭的研制,零壹空间的团队成员主要来自航天科技集团、航天科工集团等。深蓝航天创始人为专业工科背景,九州云箭研发团队拥有多年液体火箭研制经验。

历次融资对比

星际荣耀、蓝箭航天、零壹空间已累计融资逾亿元。根据各公司

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