從造火箭到租場地、發射上天，一次商業太空發射都有哪些參與者？

天下 03-16

4 天前，在 SXSW 西南偏南音樂節的《西部世界》分享會上，一段視頻激起了持續數分鐘的掌聲，但它和《西部世界》毫無關係。

《西部世界》劇集的編劇兼導演喬納森·諾蘭（那位更有名諾蘭的弟弟）重新剪輯了 SpaceX「獵鷹重型」火箭 2 月 6 日成功發射的視頻，漂浮在太空里的特斯拉跑車，配上了大衛·鮑伊的歌曲《Starman》。

視頻放完之後，全場觀眾起立鼓掌，還有人激動的爆了粗口。

「去年在和一個朋友喝酒的時候，我們討論了一下如何鼓舞眾人，如何才能推動人們交流。」諾蘭在放完視頻後說道，最終的成果就是這輛紅色跑車加上大衛·鮑伊的歌。

隨後諾蘭這位「朋友」，也就是 SpaceX CEO 伊隆·馬斯克就出現在了舞台上，引用宇航動力學之父齊奧爾科夫斯基的話，說地球是人類的搖籃，但人類不能永遠呆在搖籃里。觀眾再次鼓掌、尖叫，有如見到自己的偶像。

放完視頻，馬斯克說了兩分鐘簡短的話。除了感慨自己現在做的工作是自己心之所向之外，還說目前正在積極推進 SpaceX 下一代火箭 BFR 的開發，說未來火星上應該有工廠、酒吧和夜總會。

商業公司已然做起了曾經得靠政府舉國之力才能做到的事情，而且更快、更便宜。

更多數字說明了商業航天之熱。今年 1 月，美國政府稱要簡化航天方面的政府監管，鼓勵私人航天公司的發展。

美國商務部長威爾伯·羅斯更表示，太空業務是一個價值 3300 億美元的市場，可以創造至少 21 萬個就業崗位。他說全球目前有 1700 家私人航天公司，其中 45% 在美國。

太空生意最重要的是火箭，但想造新火箭的公司基本都得從頭來過

2001 年，馬斯克最初的太空計劃，是在火星上搞一個植物溫室。那時候他概念化這個項目，目的還是在於希望遊說政府增加太空預算，吸引公眾對於太空探索的興趣。

但馬斯克很快改變了想法，因為他意識到，火箭技術沒有根本性的突破，離開地球成本太高，所有計劃都沒辦法實施。

馬斯克開始琢磨發射火箭。他和機械師 Jim Cantrell 以及自己大學時候的好友 Adeo Ressi 前往莫斯科，希望購買俄羅斯的「第聶伯」火箭經營發射服務。「第聶伯」火箭是從北約代號 SS-18「撒旦」的蘇聯洲際導彈改裝而來，這種火箭在冷戰結束之後很常見。

馬斯克先是碰了壁。運營「第聶伯」火箭的俄國公司 ISC Kosmotras 對這個外行不屑一顧。只是買一枚火箭，馬斯克還是通過自己在 CIA 風投機構 In-Q-Tel 工作的朋友幫助下和軌道科學公司（Orbital Sciences）組成了一個集團，花 800 萬美元買了一枚「第聶伯」火箭。

「第聶伯」火箭/Wikipedia

但馬斯克這次徹底失去了對買火箭的信心，他覺得這麼乾性價比太低了，決定造自己的火箭。

在 SpaceX 的最初階段，馬斯克估計，如果使用完全自己生產的「垂直整合」模式，以及互聯網公司常用的模塊化思路，SpaceX 就可以將發射價格降低 10 倍，還可以擁有 70％的毛利率。

從現在的「獵鷹」火箭來看，基本符合馬斯克最初的目標。但這個過程並不像今天一個新品牌進入手機業或者汽車業一樣，不同的軟體、硬體都有合作夥伴可以幫助解決，只要有錢就能造出來——造出來之後能不能賣掉是另一個問題。

有大量公司為政府太空項目提供部件，但並沒有成套把它們組成一個新火箭的方案。並且隨著美國太空計劃在太空梭事故後的收縮，技術演進也逐漸停滯。

火箭的主要部分是外殼結構、燃料儲箱、電子設備以及最關鍵的火箭發動機。

"獵鷹重型"的藝術圖，一枚火箭的核心部件就是發動機/SpaceX

發動機可以視為整個火箭中最高的技術瓶頸：本質上來說，現階段的運載火箭，不管什麼原理，本身的結構僅僅都是為了儲存燃料和支持頂部的有效載荷。

一枚起飛重 500 噸的「獵鷹 9 號」火箭，有效載荷為 2.2 噸，僅佔起飛重量的 4%。絕大部分重量都用來存儲突破地球引力需要的燃料。絕大多數火箭，這個比例基本都不到 4%。

沒有現成的商業發動機公司，馬斯克找來了 TWR 公司的前任副總裁，火箭工程師湯姆·穆勒（Tom Mueller）。湯姆·穆勒是全世界最權威的火箭發動機專家，在 TRW 期間為 NASA 設計了兩種液體火箭發動機。湯姆·穆勒作為 SpaceX 的創始員工和 CTO，主導設計了 SpaceX 的核心部件「梅林」（Merlin）火箭引擎。

SpaceX 目前最新的「梅林 1D+」引擎是一種中型火箭引擎，使用煤油-液氧液體燃料，燃氣發生器循環結構，回熱式冷卻噴管，以及針栓式節流閥。

總的來說，這種引擎可以實現 30% 的推力調節，可以二次點火和回收使用，和波音在「德爾塔」火箭上使用的引擎相比結構更簡單、成本更低。

正在組裝的「梅林 1D」引擎/Wikipedia

同時，因為穆勒在行業內的經驗，也方便 SpaceX 可以從 Barber-Nichols 公司採購到發動機核心部件渦輪泵。

火箭的其它部分材料並不難以獲得。「獵鷹」火箭外殼使用的 2195 標號鋁-鋰合金是行業中通用的材料，飛船、火箭、飛機都在用。SpaceX 從供應商加拿大鋁業公司公開購得。

製作工藝方面，SpaceX 選擇了火箭、輪船領域廣泛使用的摩擦攪拌焊接工藝。這種工藝是 1990 年代初誕生的，主要用於需要高強度焊接鋁金屬的場景。SpaceX 的摩擦攪拌焊接工藝來來自通用工具公司（GTC），這家公司也是波音的供應商。

使用摩擦攪拌焊接的「獵鷹」火箭/Wikipedia

火箭還需要一些電子部件和箭上計算機來控制飛行。以往的火箭一般都選擇耐輻射的航天級晶元，這種晶元價格高性能差，滿足的是高可靠性需求。

SpaceX 的思路是，反正火箭也就工作幾分鐘而已，商用計算機晶元不可靠沒關係，多來幾套冗餘備份，確保飛行時間裡不會全部壞掉就好。

「獵鷹 9 號」火箭的每台發動機都有三台計算機進行控制，每台具有兩個獨立的主晶元。操作系統使用 C++ 語言編寫，運行在 Linux 平台上，和一般的工業用計算機沒什麼區別。

最終，「獵鷹 9 號」火箭藉助性能一般的「梅林」引擎，和通過各種手段減輕箭體質量，火箭發射重量里的 24/25 留給了燃料。如此火箭不能用的「死重」部分最少，實現最高效率、降低發射成本。

最終，SpaceX 的自己能生產的部分佔到火箭整體部件的 85%。作為對比，現在生產一部手機，公司如果購買現成的方案，基本上沒什麼需要自己設計生產。

推出新火箭還是一個需要商業公司自己從頭來過的工作。加之發動機和設計技術瓶頸，後來者基本上不能只花錢買技術就造出效率比市面火箭更高的火箭。而商業公司在這個行業的價值就是成本比政府推動的項目更低。

比 SpaceX 更早的那家私有太空公司靠改造軍用導彈發射衛星

雖然 SpaceX 是目前技術最先進的私有商業太空公司，但它並不是最早的。

軌道科學公司（Orbital Sciences）是第一家經營航天發射任務的私營企業。1982 年軌道科學公司成立，1990 年成功發射第一枚「飛馬座」（Pegasus）火箭，這是歷史上第一枚私人公司研製發射的運載火箭。成功發射之後軌道科學公司成功上市。

但和常見的十幾層樓高的運載火箭不同，「飛馬座」是一種基於固體燃料的小型空基火箭，它大約是小轎車大小，掛在大型飛機下方，由飛機運載到高空再發射，運載能力也僅限於一百公斤左右的小型衛星。

在「飛馬座」之後，軌道科學公司推出了「米諾陶」火箭。這種火箭是由退役的美軍 LGM-30「民兵」和 LGM-118A「和平守衛者」兩種固體燃料洲際彈道導彈改裝製造，屬於美國空軍的退役導彈改裝項目的一部分。

最新的「米諾陶 5」號火箭可以把 630 公斤載荷送進地球同步軌道，目前唯一一次發射是在 2013 年將 NASA 的 LADEE 月球大氣與粉塵環境探測器送進了月球軌道。

從技術上來說，「米諾陶」火箭實際上就是改了發射目標的洲際導彈，軌道科學公司的業務只能算是運營。2013 年首次發射的「安塔瑞斯」火箭（Antares）才是常規的液體燃料運載火箭。

「安塔瑞斯」火箭/Wikipedia

「安塔瑞斯」火箭是和 SpaceX「獵鷹」火箭同時代誕生的。2008 年，美國國家航天局為了削減預算，推出「商業軌道運輸服務」的商業計劃，對外界公開招標，目標是為國際空間站進行物資補充和人員運送。中標的公司必須開發火箭和飛船，完成幾十次國際空間站補給任務。

在和波音、洛克希德馬丁等十幾家公司競標之後，SpaceX 和軌道科學贏下訂單，分別獲得 3.96 億美元和 2.88 億美元的訂單。截止目前，軌道科學公司利用「安塔瑞斯」火箭發射了 9 艘「天鵝座」（Cygnus）貨運火箭。接下來還有直到 2019 年的三次計劃飛行。

造好火箭之後，發射它還有許多工作需要完成

SpaceX 「獵鷹 9 號」這個級別的火箭，必須使用專門的發射台發射。在起飛前，火箭的各個部分從各個工廠運送至發射台附近的車間，在水平狀態下組裝後移動到發射架上，發射架會把這個幾百噸重的東西舉起來加註燃料，等待發射。

而發射不同類型的衛星對發射場也有要求，發射場的緯度決定是否能更好的利用地球自傳帶來的線速度。靠近赤道的低緯度發射場適合發射自西向東飛行的近地軌道、同步軌道火箭，而較高緯度的發射場更容易克服地球引力進入高傾角的極地軌道或者太陽同步軌道。

舉例來說，歐洲的緯度太高，阿麗亞娜系列火箭的發射場建設在靠近赤道的拉丁美洲法屬蓋亞那。中國從前為了國家安全，在西北建設的酒泉發射場實際上性能沒有優勢，現在已經在海南文昌建設了新的。

SpaceX 目前運營三個發射場：佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地的 SCL-40 發射台，這個發射台 2007 年從美國空軍租賃，主要用來執行「獵鷹 9 號」的近地軌道、同步軌道發射任務。

從卡納維拉爾角空軍基地的 SCL-40 發射台發射的 CRS-13 任務/Wikipedia

SpaceX 2014 年與 NASA 簽訂了一筆 20 年的租賃合約，租下了同樣在卡納維拉爾角的肯尼迪航天中心 LC-39A 發射複合體。

這個發射台曾經用來發射阿波羅登月飛船，為了配合「土星 5 號」火箭的巨大尺寸，LC-39 發射台建設巨大的發射架和組裝車間。1970 年代之阿波羅任務結束之後，這個發射台進行了改造，用來發射太空梭。但太空梭已經全部退役，鑒於其他火箭不能適配太空梭的設備，LC-39 被 NASA 封存。租賃給 SpaceX 後，SpaceX 花錢更新了組裝車間，運輸道路和發射架，建設了回收場，用來發射「獵鷹 9 號」的載人任務與「獵鷹重型」火箭。與此同時，NASA 每年可以節省 100 萬美元的閑置發射場封存維護開銷。

肯尼迪航天中心 LC-39A 發射台發射的獵鷹重型/SpaceX

2011 年，SpaceX 從美國空軍租下加利福尼亞州范登堡空軍基地 SLC-4E 發射複合體，目前租期已經延期過一次，到 2019 年截止。這個基地主要用來發射極地軌道和太陽同步軌道任務。

租發射台除了有錢之外，還需要通過政府的審核與環境影響評估，以及還要遭遇可能的競爭對手：SpaceX 在租賃肯尼迪航天中心時就遇到了傑夫·貝索斯創業的藍色起源公司一同競標，競標期間藍色起源還因為擔心暗箱操作向美國審計局提出抗議，SpaceX 也表示了可以接受共用這個發射台。但最終因為 SpaceX 計劃較為領先等等原因，藍色起源落敗。

有了發射台，火箭的發射還需要聽人指揮。在卡納維拉爾角，火箭的發射需要服從美國空軍第 45 空間聯隊的指揮，同時這支部隊也負責發射的支援工作，比如空域凈空、天氣預測、安全保衛等等。SpaceX 屬於私人公司，在執行商業發射任務時與空軍不是隸屬關係，但需要依靠 45 空間聯隊的協調。

范登堡空軍基地 SLC-4E 發射台待命的獵鷹 9 號/Wikipedia

在范登堡空軍基地，發射火箭需要服從美國空軍第 30 空間聯隊的協調。未來 SpaceX 在德克薩斯的私人發射場建成之後，發射任務需要服從美國空軍太空司令部（AFSPC）的指揮和協調。

另外，當發射商業通信衛星時，一般需要本國通信管理部門的批准。以美國為例，本國通信衛星無論是在美國本體還是在海外發射，都需要將功能、頻段、功率、軌道等信息上報至聯邦通信委員會（FCC）批准。

最近就出了一件有關衛星審批的烏龍：美國公司 Swarm Technologies 委託印度 PSLV 火箭發射的四枚微型中繼通信衛星入軌之後，印度才發現這些衛星的發射許可因為安全問題被駁回了。FCC 稱正在調查這起事件。

唯一產業化的太空生意是租用現成的火箭空間把衛星送上天，這裡更多還是政府主導

人造地球衛星裡面，絕大部分是通信衛星。截止目前，人類共發射了 1337 顆民用通信衛星，占所有地球軌道飛行器的 16.07%，份額排名第一。除了通信衛星，軍用間諜衛星、軍用通信衛星、空間試驗衛星和技術衛星是其他數量較多的類型。

實際上，現在如果一家商業公司需要用到衛星服務，基本上只有三類：地理信息（也就是對地球拍照）、通信以及導航定位。

其中導航服務在全世界基本上都是政府項目，比如 GPS、中國的北斗、歐洲的伽利略和俄羅斯的格洛納斯。

拍地球和通信是商業公司對衛星的主要訴求。

舉例來說，Google 地圖和 Google 地球項目中，使用的地表高清鳥瞰圖來自美國地質勘探局 Landsat 7 和 Landsat 8 衛星；為了給全球提供無界互聯網服務，SpaceX、Facebook 等公司計劃租用或者發射人造衛星，組成衛星星座來實現。

當一家公司需要一顆衛星來導航，實際上並不需要真的會造衛星，只需要向衛星設計製造提供廠商提出需求和預算，就可以定製出你需要的衛星，之後的事情就是找 SpaceX、阿麗亞娜、中航科工這樣的公司談發射合同，然後等著衛星上天就可以了。

這個環節高度產業化，但最終聯繫到的往往還是政府機構或者國資參與的企業。

全世界大型衛星的製造由少數國防承包商壟斷，比如歐洲的空中客車防務公司，製造伽利略導航衛星的 OHB 公司；製造 GPS 的美國的波音公司、製造通信衛星數量最多的美國 SSL 公司；以及製造格洛納斯導航衛星和 Ekspress 通信衛星的俄羅斯 JSC 公司。

如果是學生或者科研機構需要發射功能簡單的小衛星，或者就想發射一顆為了好玩的衛星，就有更多更便宜的方案可以選擇。比如斯坦福大學開發的「立方體衛星」標準。這種 10 厘米見方的標準模塊可以自己搭建，可以安裝相機、通信、實驗等等儀器，也可以安裝氮氣推進軌道等保持裝置。

但這種衛星發射起來就不需要購買 SpaceX 「獵鷹 9 號」這樣的大火箭發射合同了，他們只需要作為「輔助載荷」，搭車就可以上太空。

比如前文所說的美國公司 Swarm Technologies 委託印度 PSLV 火箭發射的四枚微型中繼通信衛星，就是在印度大型測繪衛星的發射任務時，順路上天的。

同時，這種「順路」的小衛星發射任務也有專門的公司負責外包，比如美國 SpaceFlight 公司，他們的業務就是專門購買大型火箭發射時多餘的載荷能力，打包賣給有小衛星發射需求的組織，讓小衛星搭車。

比如在 SpaceFlight 的網站上，可以看到未來計劃發射的大型火箭的時間表，上面寫明了軌道參數和時間，你只需要選擇自己衛星的大小、重量就能獲得報價。這家公司支持「獵鷹 9 號」，俄羅斯「聯盟」號，印度 PSLV 火箭，軌道科學 ATK 的「米諾陶」火箭，搭車發射一個 10 厘米的立方體衛星，報價只需要 295 美元。

最後，發射衛星依然有風險，也就有保險。

比如 2016 年 Facebook 遭遇的那樣。2016 年 9 月1 日，「獵鷹 9 號」火箭原定發射一枚以色列製造的 Amos-6 通信衛星進入地球同步軌道，Facebook 支付 9500 萬美元租賃了 5 年部分帶寬，計劃為非洲部分地區提供衛星互聯網通信服務。發射前的地面靜態實驗中，火箭爆炸，什麼也沒剩下。

這個事故中，Facebook 因為只是客戶，可以獲得退款。業主衛星服務公司 Spacecom，以及 SpaceX 的損失理論上由保險公司賠付。這顆衛星造價 2 億，火箭製造成本 1600 萬美元，勞埃德公司（Lloyds）保險公司賠付了 1.96 億美元給 Spacecom。但 SpaceX 的保險公司 Aon 則不用賠錢，原因是火箭並不是在發射中爆炸，不在保險的範圍內。

實際上，目前全球每年有數十次商業發射，累計成功率超過 95%，很多保險公司都有太空保險業務。比如在中國，「長征」系列火箭的發射就是由中國人保承保。

最終這些生意依靠的火箭雖然有 SpaceX 或者軌道科學，但更多還是政府太空競賽的產物。目前做這個生意最成功的是俄羅斯和歐洲。

在 1950 到 1970 年代，在美蘇太空競賽的背景下，全球絕大部分火箭發射的是國家支持的間諜衛星和載人飛船。在 1970 年代「阿波羅」登月項目結束之後，這些現成的大推力火箭開始發射商業公司的載荷，比如通信衛星，形成了商業航天發射市場。歐洲人是商業航天市場的先行者。

1980 年，在法國空間研究中心的主導下，10 個國家政府和公司出資成立了阿麗亞娜宇航，這家公司成立的目標就是為全球各地的客戶發射衛星。從 1980 年到現在，阿麗亞娜宇航推出了「阿麗亞娜」 1 到 5 五種型號的火箭，共完成了 228 次成功發射。

阿麗亞娜」 5 號火箭/Wikipedia

阿麗亞娜的發射次數在所有火箭家族中排名第八，但是是為數不多的主要發射商業載荷的火箭。發射數量比它更多的火箭中，包括俄羅斯/蘇聯的聯盟、質子，美國的德爾塔、宇宙神，中國的長征在內，它們都是為了軍事和政府需求設計的。從 1979 年到 2009 年，阿麗亞娜火箭發射了 300 顆衛星進入軌道，其中商業衛星 236 顆，剩下的是科學衛星、軍事衛星和行星際探測器。

除了「阿麗亞娜」，俄羅斯的「質子」火箭是另一個主要用於商業發射的火箭家族。截止目前，「質子」火箭共發射成功了 378 次，但是大部分發射都是在蘇聯解體前，為了政府任務發射的。

除了「阿麗亞娜」和「質子」，中國的「長征」，俄羅斯的「聯盟」，印度的 PSLV 和 GSLV 也參與商業發射市場的競爭。

目前，SpaceX 「獵鷹 9 號」已經成為全世界發射次數最多的火箭家族之一，2017 年共發射 18 次。「阿麗亞娜 5號」發射 14 次，「質子-M」發射 3 次。2018 年「獵鷹 9 號」還有計劃中的 25 次發射，超過「阿麗亞娜 5 號」的 15 次。

從造火箭到租場地、發射上天，一次商業太空發射都有哪些參與者？

太空生意最重要的是火箭，但想造新火箭的公司基本都得從頭來過

比 SpaceX 更早的那家私有太空公司靠改造軍用導彈發射衛星

造好火箭之後，發射它還有許多工作需要完成

唯一產業化的太空生意是租用現成的火箭空間把衛星送上天，這裡更多還是政府主導

更多商業公司正在進入這個行業，大多從「小東西」開始