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2020年12月22日12点37分,中国新一代运载火箭长征8号在文昌航天发射场点火起飞,随后顺利将5颗卫星送入预定轨道。长征8号首飞圆满成功,意味着中国角逐全球商业航天发射市场再添利器。
全球商业航天发射市场是一块奇特的“蛋糕”,规模不足100亿美元,60年来却是大国必争的盘中之物,巨大反差的背后,蕴藏着怎样的信息?
商业航天发射起源
1957年10月4日,苏联将第一颗人造地球卫星送入太空,人类征服太空的序幕由此拉开,但商业航天发射市场的起步却要再等4年,那时商业公司才会有发射需求。这个时间节点是1961年4月,国际通信卫星组织通过美国马丁公司的运载火箭,将商业卫星送入轨道,商业航天发射市场的序幕就此拉开。
19年之后的1980年3月,世界第一家商业航天发射服务公司欧洲阿里安空间公司成立,它的幕后支持者是欧洲航天局(ESA)。美国指了个方向,欧洲开了头,商业航天发射的赛道上慢慢就热闹起来,20世纪80年代后期,中国、俄罗斯、乌克兰等国带着自己的运载火箭相继加入。
为了维持市场垄断地位,美国拉上俄罗斯组成CP,合作成立国际发射服务公司(ILS),后来又还拉着俄罗斯、乌克兰、挪威成立海射公司(Sea Launch)。那时的俄罗斯在航天发射市场相当抢手,不仅和美国组CP,还大批量销售RD-180火箭发动机。美国之所以对俄罗斯热心肠,主要是因为有自己难以言说的苦衷,这个后面再详细说。
中国的长征系列火箭加入商业航天发射赛道是在1988年,正式立项早在3年前的1985年就开始了。1988年美国休斯公司率先使用中国长2捆火箭发射“亚洲一号”卫星,发射成功使世界了解到了中国火箭的实力。以此为起点,长征3号、长征2号捆绑式、长征2号丙,以及长征3号乙等运载火箭成功打入国际市常
商业航天发射赛道日渐拥挤,但这个饭碗并不好端。
全球“蛋糕”不到100亿美元
美国卫星工业协会(SIA)的统计表明,2016年整个宇航产业链总产值达2605亿美元,发射服务的总收入为55亿美元,2017年这个数字下降到46亿美元。实际上,在2017年之前的5年时间里,发射服务占整个宇航产业链价值的比例一直停留在2%左右。这就使得商业航天发射市场的规模非常小,到现在也没有突破100亿美元。
市场规模小,但新型运载火箭的研制却需要海量烧钱。欧洲阿里安空间公司为研制阿里安5火箭,烧了90亿欧元,仅研发费用就大大超过商用航天发射市场规模。由于现金流紧张,为保证研制顺利进行,阿里安空间公司不得不撤掉已经连续成功发射74次的阿里安4火箭的生产线。纵是如此,阿里安空间公司(Ariane Space)也是连年亏损,一只脚踩在破产的悬崖边上。
后来大名鼎鼎的马斯克的Space X公司,也多次惊心动魄地上演过起死回生的剧目,如果没有美国国家航空航天局(NASA)在背后默默支持,Space X公司或许早已消失不见。
商业航天发射市场不仅规模孝价格低,还很难维护客户忠诚度。有20年时间,印度一直是阿里安空间公司的客户,为照顾印度这个老客户,阿里安即使和印度签了双星发射合同,但印度只要求发射一颗卫星时,也不得不照办。最后的结局却是印度甩掉了阿里安空间公司。
由于商业航天发射市场利润太低,从2000年开始,美国洛马公司的德尔塔4(Delta 4)火箭和波音公司的宇宙神5(Atlas 5)火箭相继退出商业航天发射服务项目,只专注于美国政府和军事发射项目。
即使在商业航天发射市场起家的Space X公司,在羽翼丰满后,第一个动作也是竞争政府和军方的发射服务项目。
前面说的美国和俄罗斯组CP进入商业航天发射市场,一个重要原因是市场竞争力下降,不得不找俄罗斯合作。
蝴蝶效应
美国在商业航天发射市场竞争力跌落,主要原因是美国国家航空航天局(NASA)战略押注失败,产生的蝴蝶效应深刻影响了商业航天发射市场的走向。
1970年初,在“阿波罗登月计划”顺利实施,并收割全球无数注意力后,美国国家航空航天局(NASA)还没从香槟的芬芳中回过味来,美国政府就开始收紧钱袋子,限制航天预算。
一贯烧钱如烧纸的NASA立时乱了阵脚,决定先搞航天飞机,再搞空间站,两项合计需要约100亿美元。不久,NASA又发现超支,连忙改为先搞空间站,隔五到六年再上马航天飞机,这样能省下大笔钱。到1970年底,NASA又发现只建设空间站,没有低成本的发射系统,在经济和政治上都行不通。
无奈之下,NASA推倒先前的计划,重点搞可重复使用的航天飞机,只能一次使用的运载火箭则被踹到角落吃灰。NASA本以为能重复使用的航天飞机可以省下大笔经费,但没有想到省钱只是理论推演,航天飞机实际是迄今为止最烧钱的大坑。
1982年7月4日,在航天飞机第4次飞行成功着陆那天,美国政府出台《国家航天政策》,决定NASA将不再从波音公司和洛克希德.马丁公订购德尔塔和宇宙神/半人马座火箭。1983年,美国空军干脆利落地关闭了大力神火箭的生产线。
美国人废掉运载火箭的算盘是这样打的:由于垄断了商业航天发射市场,逐渐停产火箭生产线的话,美国的运载火箭水平充其量只是停留在70年代初期而已,仍然能够和欧洲阿里安火箭竞争,保持垄断份额。
但后来的发展证明,美国人完全打错了算盘。1986年1月28日,在一个不适合发射的寒冷天气里,挑战者号航天飞机强行发射,升空73秒后爆炸。这一事故使美国在接下来7个月的时间里,没有发射载具可用,不得不把17颗卫星转给欧洲阿里安火箭发射。仅仅两年后,阿里安火箭就成为国际商业航天发射服务市场的主流发射载具,随后超越美国,占据第一的市场份额。
为了阻止欧洲在商业航天发射市场的扩张,美国不得不拉上俄罗斯组成CP。经过多年酝酿、谈判,1993年9月2日,美俄达成了发射服务的贸易协议。从此,美国和俄罗斯开启长达数十年的甲乙方关系,甚至还采购后者的火箭发动机。
这一番折腾,美国人付出了双倍的损失,不仅在航天飞机的“坑”里交了2285亿美元学费,超过曼哈顿计划和阿波罗计划总和的1880亿美元,还同时自废运载火箭武功,给了欧洲和俄罗斯上位的机会。
私人资本涌入
美国不能容忍欧洲和俄罗斯中的任一一方超过自己。在和俄罗斯敲定合作的同一年,美国众议院科学、空间与技术委员会空间小组委员会举行了“国际发射服务竞争”的主题听证会。会议达成一个共识:美国的大部分市场份额已输给了阿里安,如果这一势头继续发展,或由于俄罗斯等国加入竞争而进一步恶化,那么美国的国内发射能力就有遭遇灭顶之灾的风险。
美国急着夺回商业航天发射服务市场的王者地位,停掉航天飞机项目后,在1995年,启动一次性渐进运载器 ( EELV) 项目,打算通过培育军用和民用卫星以及商业卫星发射市场,来重振美国火箭工业, 改变落后状况。
仅剩的两大航天巨头波音和洛克希德.马丁自然成为被扶持的对象。1998年10月16日,美国空军与两家公司签署总价达 30 亿美元的合同,要求两家公司到2002 年完成宇宙神5和德尔塔4火箭的研制,并形成生产能力,同时建造并改进发射场基础设施。
但出乎美国政府意料,两大巨头手握利润丰厚的巨额订单后,再不愿意去国际商业航天发射服务市场挣利润微薄的“钢儿”,不仅没有挑战俄罗斯火箭和法国阿里安火箭的市场地位,反而迅速认怂,从2000年相继退出国际商业航天发射服务市场的竞争。
而且,为争夺政府和军方订单,波音以非法手段获取洛克希德.马丁公司上万页商业机密,此事惹来美国司法部调查,最后不得不由美国国防部出面进行调解。
为一碗水端平,2005年,美国让波音公司与洛克希德.马丁公司的火箭业务合并,成立联合发射联盟公司(ULA),两家公司各持有 50% 的股份。这种寡头坐地分账的格局进一步结下苦果,每次发射费用高达惊人的4.35亿美元,是欧洲和俄罗斯的2到4倍,这个价格根本不可能在竞争激烈的商业航天发射市场立足。
在美国被本国垄断巨头痛宰之时,新的力量不断加入,中国长征火箭开始重返商业航天发射市场,日本占得一席之地,甚至印度也甩开多年的乙方欧洲阿里安空间公司(Ariane Space),凭借极轨卫星运载火箭(PSLV)和地球同步卫星运载火箭(GSLV),想要进来分一杯羹。
痛定思痛后,美国决心破除航天体制弊端,出台各种政策,包括政府部门开发的航天技术要及时向私营企业转移,从事航天活动的技术和基础设施,在与国家安全利益相一致的前提下,能够最大限度地以有偿方式无阻碍地让私人使用。美国的目的很明确,引入以私人资本为主体的航天公司,打破波音和洛马等传统航天巨头的垄断格局,重新夺回在商业航天发射市场的主导地位,摆脱对俄罗斯的依赖。
私人资本于是蜂拥而入掘金,其中,真正给美国及国际商业航天发射服务市场带来冲击的是埃隆.马斯克的Space X公司。
马斯克逆转局面
Space X公司之所以能迅速刺穿传统航天巨头的市场护盾,主要原因是手握低价长矛。自从获得第一个订单后,Space X公司每千克载荷的发射价格最高不超过7500美元,是所有在役运载火箭中最低的,其中“猎鹰”重型最低仅有“飞马座”XL的1/26。在传统航天巨头里,这个价格低得令人发指。
Space X每次发射的最高报价为6千万美元,波音和洛克希德.马丁公司组建的美国联合发射联盟每次发射的价格为4.35亿美元,两者相差至少6倍。连以价格厚道的欧洲阿里安空间公司(Ariane Space)和俄罗斯国际发射服务公司(ILS),在Space X面前也毫无战斗力,两家公司的报价在1亿美元到2亿美元之间,是Space X的1.67到3.3倍。
结果就是传统航天巨头被打得满地找牙。Space X拿到第一笔订单后仅仅1年,新签订的商业卫星发射订单量,就从零变成占据国际商业航天发射市场的45%。欧洲和俄罗斯的份额一年丢失近半,美国借马斯克之手成功逆转局面。
Space X带给商业航天发射市场的冲击有三:超低的发射价格,可回收技术,以及风险投资主导的商业模式。Space X开始引领国际商业航天发射市场的潮流。美国、日本和欧洲的传统航天巨头相继提出新型低成本火箭研制计划,降价成为主旋律:
美国联合发射联盟公司(ULA,股东是波音和洛克希德.马丁公司)推出“火神” (Vulcan)运载火箭研制计划,要求在每年发射10 20次的条件下,最低发射价格压到9000美元/千克,是现役宇宙神5 (Atlas 5)价格的47%,降了一半多;欧洲航天局(ESA)研制的阿里安6运载火箭,将发射价格定在8000欧元/千克左右,是阿里安5的84.2%;日本新型H-3火箭发射地球同步转移轨道载荷每千克预计成本为6500美元左右,是H-2A火箭的63%左右。
12月22日首飞成功的长征8号运载火箭,单次发射报价3000万美元,性价比可以进入行业前5名。
为降低成本,航天发射公司纷纷采用火箭模块化、系列化和通用化设计,从成熟技术挖潜,以便降低成本,其中可回收技术是重点发展之一。长征8号运载火箭和国际接轨,同样采用可回收式设计,可实现芯一级和固体助推器的回收,不仅能减少火箭发射的成本,还能大大缩短发射周期。
商业航天发射服务的未来
前面已经说过,商业航天发射市场的规模从来没超过100亿美元,养活传统航天巨头已经勉为其难,现在又冲进来许多新兴私人航天公司,还怎么活?
风险投资公司Space Angels的一份最新报告显示,2019年全球范围内的178家商业太空初创公司共获得了58亿美元风险投资,和国际商业航天发射服务市场容量相当。这就意味着,仅从国际商业航天发射服务市场来看,风险投资撒在Space X公司们身上的钱根本就赚不回来!这么看的话,显然低估了谷歌、富达集团和软银等专业投资机构的眼光,他们其实看中的不是传统商业航天发射服务市场本身,而是Space X公司们开创的航天新物种。
在早年,SpaceX公司曾向风险投资机构提出要出售4亿美元股份和股权之后,却仅仅筹到4400万美元,认购额略超1/10,但后来马斯克抛出“星链”计划和“星船”计划两个航天新物种后,SpaceX公司股票成为风投疯抢的目标,一下子从认购不足变成超额认购,仅在2019年,SpaceX公司获得的投资就占整个行业的2成多。
这就说明,现有的商业航天发射服务市场已到了突破传统边界的临界点。实际上,在私人资本的市场创新推动下,商业太空旅游已经成为一个颇具潜力的新兴行业,其中提供亚轨道商业太空旅游服务的公司,在近年来涌现出不少,除SpaceX公司外,还包括维珍公司、XCOR宇航公司、犰狳宇航公司、蓝色起源公司等企业,甚至俄罗斯轨道科技公司也打算进来分一杯羹,推出太空旅馆服务,还声称可提供淋浴间,以及美酒饮料。
另外,SpaceX公司开展的商业太空旅游业务,不仅局限于亚轨道商业旅游,更着眼于太空商业运输,它希望利用可重复使用的发射工具,降低人们进入太空的成本。
经过60年的发展,商业航天发射市场已经从过去单纯发射卫星,拓展到商业太空旅游,甚至太空殖民,给未来增添了更多想象空间,也将成为大国间下一个竞技常