運載火箭發射進入快車道,商業發射市場蓄勢待發
原標題:運載火箭發射進入快車道,商業發射市場蓄勢待發
來源:廣發軍工研究團隊
本文介紹運載火箭商業發射的發展歷程,分析全球商業發射市場的競爭格局,估測全球商業發射潛在市場空間,詳解中國商業發射的布局情況。
核心觀點
火箭商業化具有發射成本低和履約周期短兩大特點。盈利是商業化的首要目標。為達到盈利、搶佔市場份額等目的,商業發射有發射成本低和履約周期短兩大特點。火箭運營商通過壓縮成本、復用火箭等方式降低發射成本,以提升發射盈利能力;通過採用固體火箭,並利用標準化、通用化、模塊化三大方法改進現有火箭,以縮短髮射周期。
美俄歐走在商業發射隊伍前端,SpaceX引領純民營商業發射潮流。自上世紀60年開始,美俄歐成為全球商業發射的主要力量,美國聯合發射聯盟、歐洲阿里安航天、俄羅斯國際發射服務等多家企業向國際市場提供火箭發射服務。其中,SpaceX作為純民營商業發射的典型代表,受益於NASA授予的運輸合同、政府利好政策等多重外因,以低成本、可重複使用技術建立市場競爭優勢,攪動全球商業發射市場,迫使傳統發射商相繼進行商業化改造。
下游需求倒逼火箭發射商業化,全球百億美元市場蓄勢待發。衛星產業作為航天經濟的主動脈穩步增長,帶動全球航天產業發展,其中火箭商業發射是各細分產業的基礎。近年來小衛星如雨後春筍破土而出,眾多新興衛星星座相繼進入實施階段,引爆小衛星發射需求,同時疊加快速空間響應作戰的軍事戰略需求,整體下游市場倒逼火箭發射商業化。據FAA數據預測,未來十年內將有2619顆載荷等待發射入軌,總商業發射次數為412次,我們預計全球總商業發射市場空間超過250億美元。
中國商業發射加速追趕。中國商業火箭發射也正在加速追趕中:長城工業、航天科工火箭公司、中國長征火箭公司技術依託航天國企,以快舟、長征火箭提供多元化商業發射服務,堅持商業化運營;民營企業藍箭空間科技、零壹空間、翎客航天也迅速進場,相繼實現突破。國內技術支持、政策鼓勵,未來有望打造出中國版SpaceX。
投資建議:我國航天集團的商業發射公司和民營企業相繼成立,且不斷實現低成本、快速響應的目標,結合未來發射需求,我們看好商業發射產業發展,產業鏈上下游均將持續受益。
風險提示:小衛星發射需求不及預期;國內政策支持不及預期;商業火箭研製和交付進度不及預期。
1、火箭商業化概述
1.1火箭商業化途徑:「航天商業化」和「商業航天」
火箭的商業化:兩層內涵+兩種途徑。運載火箭商業化包含兩層含義——火箭研製商業化和運營商業化,火箭的商業化可分為兩種實現途徑:
- 「航天商業化」:原本只為政府、軍隊、國家安全需求服務的航天基礎設施向商業市場開放,原本只為政府服務的航天製造企業、航天系統運營企業也向商業市場尋求合同,而政府和軍隊作為大客戶進入市場,按商業規律進行招標和採購。該途徑下火箭商業化運營者絕大多數是國家傳統航天機構或企業。
- 「商業航天」:按照市場化模式來組建新的航天企業,按照市場化規律來從事投融資、收購、合併、分立、招投標、議價、賠償、研發、協作、製造、運營等活動,投資者和企業可以自由進入和退出。該途徑下火箭商業化運營者絕大多數是民營企業。
盈利是火箭商業化的目標。無論是「航天商業化」,還是「商業航天」,火箭商業化是以盈利為目的,從而用市場取代「國家計劃」。為了實現盈利,火箭產業技術升級、成本壓縮、客戶個性化服務及產品周期縮短等都是必然過程。
1.2火箭商業化兩大看點:發射成本低,履約周期短
火箭商業發射市場中,主要有兩大看點:發射成本低、履約周期短。
看點一:發射成本低
運載火箭發射的成本涵蓋研製、發射和測控三大環節。發射一次運載火箭主要成本包括:運載火箭的研製成本(單價)、發射成本、測控成本。組成運載火箭的部件均需要高精尖的技術,在經歷預研、生產、組裝、測試、發射等各個階段,每一階段都需要花費大量的經費。
SpaceX拉低火箭發射成本。目前,SpaceX的獵鷹-9火箭每次發射價格約6200萬美元,成本較低,使得歐美主流火箭發射商紛紛降低發射成本。歐洲阿里安-5火箭供較小型衛星(3500kg以下)使用的整流罩下部位置費用為9000萬美元。歐洲目標是將阿里安-6(雙助推)和(四助推)的發射成本分別控制在7500萬歐和9000萬歐元(約1億美元)。美國宇宙神-5的價格在2015年執行天鵝座貨運飛船發射任務時從1.5億美元已降至近1億美元。此外,仍在研製中的商業火箭未來均將大幅降低發射成本,參與商業競爭。
火箭硬體設備是主要費用項。發射費用中,若不考慮測控成本、人力成本、基礎設施成本等,火箭推進劑成本佔比很低,火箭整體硬體是最主要的成本。根據ULA發布的一般二級火箭成本結構分析數據,火箭一級中推進劑佔比僅為0.7%,其他部分均為火箭硬體設備成本,其中發動機成本佔比最大,達54.3%。在火箭二級中,推進劑佔比也僅為0.2%。
發展可重複使用運載火箭是降低發射成本的最佳出路。如果能夠回收火箭,經過簡單維修後重複使用,則可減少一次性使用後拋棄昂貴箭體、發動機及電氣設備造成的浪費,通過多次使用分攤費用來極大降低發射成本。據SpaceX發布的數據,如果回收並低成本重複使用獵鷹-9的第一級,可降低發射成本80%,如果第一級和第二級都能回收並低成本使用,則可降低發射成本99%。
看點二:履約周期短
運載火箭技術含量高,研製周期長。運載火箭的研究、設計、製造和試驗等是一個高技術含量的綜合性工程。一般而言,一個新型號的運載火箭研究需要經過論證、立項、方案設計、初樣設計、試樣設計等幾個主要階段,總研製周期約6-10年時間。中國新型長征五號重型運載火箭研究周期達10年,而長征六號等技術難度相對較低的小型運載火箭的總研製周期也近6-7年時間。
火箭商業化提升研發效率,火箭研製周期縮短。火箭商業化公司通過較少管理層級,大幅提高管理效率,縮短了火箭研製周期。SpaceX的獵鷹9中型運載火箭從方案設計到首飛,僅用了4年半時間,比長征六號小型火箭的研製周期還短。
小型運載採用固體火箭,實現快速響應。商業發射市場上,通常利用「彈改箭」方式發展而來的固體運載火箭發射較小的載荷,如米洛陶系列火箭。這種在已有導彈基礎上開發的商業火箭,技術成熟,可靠性高,研製周期短;而固體火箭自身又具有燃料可長時間存儲的優勢,所以又可縮短髮射周期;使得整體履約周期得到壓縮,可實現快速響應需求。
大型運載採用液體火箭,「三化」設計實現批產,縮短履約周期。大型載荷發射任務主要遵循定製模式,採用液體火箭。隨著小衛星、商業衛星的迅猛發展,發射需求強烈,定製模式無法滿足快速發射需求。火箭製造商遵循標準化、通用化、模塊化的設計原則,使得火箭分系統、零部件實現提前備產及批產,大幅壓縮發射成本及履約周期。
重複使用技術助力縮短二次發射間隔時間。2017年3月,SpaceX發射了一枚於12個月前成功回收的「二手火箭」,並再次完成回收。2017年6月,又成功發射5個月前回收的「二手火箭」,並實現再次回收,且48小時後又同樣完成另一項發射和回收任務,創造了48小時內「兩射兩收」的紀錄。SpaceX下一階段目標:回收後的「二手火箭」經過檢查維修和加註燃料後24小時內完成第二次發射。從12個月,到5個月,再到未來24小時,火箭重複使用技術逐步縮短火箭發射周期。
1.3全球火箭商業化發展歷程
全球火箭商業發射起步於20世紀60年代,由衛星通信業務發展開啟商業發射大門,歷經三個重要階段,直至現在SpaceX等企業成功進場,實現真正意義的商業化:
第一階段(20世紀60年代至80年代中後期):美歐主導商業發射市場。商業發射最早追溯到上世紀60年代的美國。1965年,國際通信衛星組織的「Early Bird」衛星由美國德爾塔火箭成功送入軌道,開啟衛星商業通信服務。也正是通信衛星的成功,國際電話業務和洲際電視傳播業務迅猛發展,促使世界各國均釋放發射通信衛星需求,從此打開衛星商業發射大門。
- 美國相對長時間壟斷市場:自1965年來,憑藉著德爾塔、宇宙神火箭的優勢,相當長時間內衛星商業發射市場由美國一家壟斷。80年代初期美國研製出可重複往返的太空梭,美國政府停止生產一次性運載火箭,而要求將所有商業載荷交由太空梭來發射。
- 美國太空梭失事,歐洲阿里安火箭開始佔上風:1986年挑戰者號太空梭失事,美國總統宣布太空梭退出商業發射,由於此前停止一次性運載火箭的研製和生產,使得1983年進入商業發射市場的阿里安火箭獲得絕大部分商業訂單,美國由老大退居第二。
第二階段(20世紀80年代末至21世紀初):美歐俄三足鼎立,中日印參與競爭。
- 美國:美國為奪回市場主導地位,於1989年開始重新將德爾塔、宇宙神、大力神火箭推向國際商業發射市場,奪回部分市場份額。
- 俄羅斯:蘇聯解體,俄羅斯為維持航天強國地位,將冷戰時期過剩的導彈改製為火箭,進入商業發射市場。從1995年開始,俄羅斯先後與美、歐、烏等成立ILS、斯達西姆、海上發射公司等國際化企業,強勢佔據商業發射市場一定份額。至此形成了美歐俄三足鼎立局面。
- 中日印:中國在80年代成立長城工業公司,並在此後幾年裡簽署了多項商業發射合同,於1990年首次完成衛星商業發射,開始正式進入商業發射大軍;至2016年共獲得23筆訂單,市場上佔有一席之地。90年代後期日印也開始著手研製火箭並希望參與商業競爭,直到21世紀初才成功首次發射,在市場中佔比較低。
第三階段(21世紀初至今):新進入者強勢崛起。美國作為世界航天領先強國,在商業發射純私營化方面也是領軍者。在21世紀初美國航天政策向深空探測轉變,近地軌道空間的太空活動被NASA交由私營企業負責。以SpaceX、軌道ATK公司為代表的航天民營企業迅速崛起,其中SpaceX更是以「低成本、快速響應」為優勢,攪動了全球火箭發射市場。民營企業的進場,將商業航天引入發展快車道。
2、歐美國家火箭商業化公司發展現狀
2.1美國SpaceX:「大鯰魚」攪動全球商業發射市場
SpaceX是民營商業發射龍頭企業,以低成本、可重複使用技術為優勢,撼動了傳統火箭發射企業的地位。
市場競爭優勢明顯,鯰魚效應攪動商業發射市場
商業發射民營企業NO.1,主打獵鷹系列運載火箭。SpaceX是民營資本從事火箭商業發射的典型代表,也是全球商業發射市場最具競爭力的企業。公司成立於2002年,由馬斯克創立,是火箭發射市場第一個純商業化企業。SpaceX主要通過獵鷹系列火箭提供商業發射服務,還以龍系列飛船,承擔商業軌道運輸服務。
- 蚱蜢火箭:SpaceX用於驗證火箭垂直起降技術的驗證機,是獵鷹-9火箭實現可重複使用的技術基礎。
- 獵鷹-1火箭:SpaceX公司的小型運載火箭,可將600kg載荷送入低地球軌道。經過三次失敗後,於2008年9月完成首飛,使得SpaceX成為全球首個成功發射液體運載火箭的民營企業。現在獵鷹-1火箭已經退役。
- 獵鷹-9火箭:SpaceX目前現役的中型火箭,能夠完成火箭部分可重複使用,於2015年和2016年實現陸地和海面上火箭第一級回收,創造人類可重複使用火箭技術的歷史,並於2017年成功發射回收後「二手火箭」並又實現回收。
- 獵鷹重型火箭:於2018年2月6日首飛成功,能夠分別將63800kg和26700kg載荷送入LEO和GTO軌道,是未來重型運載火箭市場的主力軍。
- 龍系列飛船:SpaceX自主研製的軌道飛行器,搭載獵鷹系列火箭升入軌道,完成空間貨物或人員運輸服務。2010年實現首次民營企業發射和回收航天飛船,2012年實現首次民營企業向國際太空站發射商業飛船。
「低成本、高可靠、快速響應」理念,賦予SpaceX市場競爭優勢。「低成本、高可靠、快速響應」是SpaceX的經營理念。獵鷹-9火箭單次發射費用約6200萬美元,遠低於傳統火箭1-2億美元的發射價格;且發射周期僅約兩周時間,短於傳統火箭1-2個月的周期。同時,獵鷹-9火箭採用多發動機重構技術,第一級9台發動機可在一台發生故障時重構飛行,堅持低成本下的高可靠原則。
SpaceX打破傳統發射商的壟斷。SpaceX進入商業發射市場後,以其低成本優勢打破了原有由歐洲阿里安航天、俄羅斯國際發射服務(ILS)以及美國聯合發射聯盟(ULA)形成的壟斷局面,搶佔大部分市場份額。2016年獵鷹火箭商業發射次數佔全球商業發射市場的35%。
鯰魚效應攪動商業發射市場,傳統發射商紛紛開始降價。面對「大鯰魚」SpaceX的刺激,傳統發射商相繼降低發射價格:ULA重組裁員,減少固定資產維護費用,以及研製火神火箭,旨在將發射費用減半;阿里安-6火箭相較阿里安-5的單位質量成本減半;ILS以高度標準化火箭模塊開發整體成本低的安加拉火箭,提升競爭力。
可重複使用火箭領域排頭兵,開創人類歷史先河
可重複使用運載火箭可以分為部分可重複和完全可重複,前者是指只回收火箭一級或助推器。但不管是否完全可重複,均採用三種方式實現回收:傘降回收方式、垂直返回式和帶翼飛回式。
- 傘降回收方式:在火箭分離後先進行空中制動變軌進入返回地球大氣層的返回軌道,接著在低空採用無控降落傘減速,最後打開氣囊著陸,或者採用可控翼傘控制著陸地點和速度來回收。這種方式與回收載人飛船和返回式衛星類似。
- 垂直返回式:空中變軌制動後,在低空採用發動機反推減速,以垂直下降方式降落到地面。SpaceX的獵鷹-9即採用這種方法。
- 帶翼飛回式:箭體採用翼式飛行體,在變軌制動後,火箭像飛機一樣水平降落返回地面。這種方式又可分為有動力和無動力兩種。後者完全依靠翼身氣動力滑翔飛行,而前者採用裝有渦噴發動機的翼式飛行體,在返回地面過程中啟動發動機進行機動飛行。
垂直返回方式是近期可重複使用火箭的主流。垂直返回方式回收火箭,落點精度高,無需額外搜索工作。雖然由於需要保留一定燃料用於返回時機動,導致運載能力損失較大,但考慮到推進劑成本佔比非常低,多次發射彌補運載能力損失理論上仍然能夠大幅降低總發射成本。目前典型代表為SpaceX的獵鷹-9火箭和Blue origin的新謝帕德號火箭。
Blue origin首次實現亞軌道垂直起降火箭推進級的安全著陸與定點回收。Blue origin公司自2000年成立後開始研製亞軌道高度飛行的可重複使用火箭,目的在於商業太空旅遊。2015年11月,成功發射新謝帕德號火箭,並成功實現軟著陸,首次完成亞軌道垂直起降火箭推進級的安全著陸與定點回收。兩個月後, 回收的箭體再次發射,並成功完成返回軟著陸, 率先實現同一箭體發射到「卡門線」(100 km)高度回收後再次復用。
SpaceX首次實現軌道運載火箭第一級的陸地和海上垂直著陸和定點回收。2015年12月,SpaceX利用獵鷹-9火箭將Orbcomm通訊衛星發射入軌後,成功實現第一級陸地回收,創造人類歷史上運載火箭箭體構型下首次軌道飛行後垂直返回回收。2016年4月,SpaceX利用獵鷹-9火箭搭載龍貨運飛船向宇宙空間站運送補給物資,隨後火箭第一級在大西洋的無人船上實現成功回收,首次完成軌道運載火箭第一級的海上垂直返回回收。
獵鷹-9火箭第一級回收遠比新謝帕德號火箭回收難度大。獵鷹-9火箭是用於發射宇宙飛船和衛星的軌道運載火箭,在完成地軌或高軌任務後實行回收,第一級高度超過200km,而新謝帕德號火箭是類似於探空火箭的亞軌道火箭,並無發射航天器入軌的能力,主要任務是開展亞軌道商業太空旅遊,高度僅為100km。在具體飛行參數上比較,新謝帕德號火箭進入太空只需3馬赫速度、9單位能量,而獵鷹-9進入地球同步軌道需要30馬赫速度、900單位能量。此外,獵鷹-9回收時還涉及箭體翻轉機動,而新謝帕德號火箭則是直上直下。
Spacex多次完成火箭第一級回收,並率先復用「二手火箭」,引領可重複使用火箭發展。SpaceX經歷十多年研究試驗,於2015年首次完成火箭回收,截止2017年8月14日,已成功回收獵鷹火箭第一級14次,其中9次海上回收,5次陸地回收,並且於2017年3月和6月三次利用回收後的「二手火箭」發射載荷,並且再次回收。SpaceX成為人類歷史上首個復用「二手火箭」發射載荷的企業,以多次技術積累,引領可重複使用火箭發展。
政府、資本多重外因並存,助力SpaceX強勢崛起
政策催化,SpaceX等民營企業獲得發展機遇。美國政府為支持商業發射的發展,制訂和頒布了一系列相關的法律法規和政策,為火箭發射商業化提供了行為準則以及有力的法律和政策支持。SpaceX等民營企業在這些利好政策下,獲得良好發展機遇。
技術扶持與人才輸送,SpaceX跨越火箭技術難關。SpaceX崛起過程中,受益了NASA和美國空軍給予的技術扶持和轉讓。獵鷹系列火箭中的「心臟」---「灰背隼」發動機即採用了「阿波羅」計劃登月艙下降級發動機技術,服役時間超過幾十年,可靠性高。而美國空軍將誇賈林群島的里根試驗中心發射場、范登堡空軍基地的SLC-40發射場提供給SpaceX用於發射獵鷹火箭。此外,曾從事體制內研發德爾塔、大力神火箭的主管、設計師目前均成為SpaceX技術攻關的核心人員。
NASA授予多份商業軌道運輸合同,SpaceX等民營企業加速發展。美國政府出台一系列支持商業航天發射和運輸的資助計劃,包括商業軌道運輸服務(COTS)、商業補給服務(CRS)、商業載人開發計劃(CCDev)、商業載人綜合能力(CCiCAP)、認證產品合同(CPC)、商業乘員運輸能力(CCtCap)等。SpaceX等民營企業完成這些商業合同,獲得大量經費,繼續加速發展。據FAA數據統計,SpaceX到2016年獲得NASA授予的商業合同金額超過46億美元。
大受資本市場青睞,SpaceX融資總額超16億美元,估值超210億美元。SpaceX自從成立來,經過近十輪的資本市場融資,融資總額超16億美元。最近一次融資在2017年7月,融資額3.51億美元,公司估值達到212億美元。據CB Insight數據,SpaceX成為全球7家估值超過200億美元的私營公司之一。資本市場青睞給予SpaceX豐厚的資金支持,不斷推進商業發射服務,探索可重複使用火箭技術。
2.2美國聯合發射聯盟:受SpaceX壓力加速商業化改造
洛馬波音強強聯手,整合兩款系列產品。聯合發射聯盟(ULA)是洛克希德馬丁公司旗下太空系統公司和波音公司旗下國防太空安全公司各出資50%設立的合資企業,於2006年12月完成組建。公司整合了洛馬宇宙神(Atlas)系列火箭和波音德爾塔(Delta)系列火箭的研製團隊,為美國政府(主要是國防部和NASA)提供火箭發射服務。
- 宇宙神系列火箭:由SM-65宇宙神洲際彈道導彈發展而來,共有20多個型號,絕大多數由基礎級與不同的固體或液體上面級構成,形成了全系列火箭。早期宇宙神火箭由通用動力研製,系列3和5為洛馬研製。目前,仍在服役的為宇宙神-5運載火箭,其是美國改進型一次性使用運載火箭(EELV)計劃中的新型運載火箭。
- 德爾塔系列火箭:由雷神中程導彈發展而來,是世界上成員最多,改型最快的運載火箭系列(改型達40餘次)。早期德爾塔火箭由麥道公司研製,而後被波音收購後,德爾塔後續系列火箭由波音公司研製。目前,仍在服役的為德爾塔-2和德爾塔-4運載火箭。其中,德爾塔-4也是美國改進型一次性使用運載火箭(EELV)計劃中的新型運載火箭。
聯合發射聯盟持續壟斷美國軍事發射訂單,直至SpaceX參與競爭。ULA成立前,美國軍事發射市場是洛馬和波音的地盤,雙方瓜分。2006年成立後,美國軍事發射訂單繼續由ULA控制。2013年,美國空軍授予了ULA一份為期5年,價值110億美元的改進型一次性運載火箭分段購買合同,ULA作為其唯一認證的服務供應商,在沒有其他競爭者的情況下獨自完成36次核心的火箭發射任務。直至2016年,SpaceX獲得美國空軍0.83億美元的GPS衛星發射合同。
受SpaceX低成本逼迫,尋求變革面向商業市場。近年來,競爭對手SpaceX崛起,以相對較低的發射價格,搶奪空間站貨運、商業衛星發射、載人航天等市場,甚至進入ULA賴以生存的軍事發射市場。2014年11月,ULA著手開始公司重組,通過裁員、減少發射台及融合宇宙神-5和德爾塔-4的技術,開發新型火箭,試圖將發射成本減半,從之前只承擔美國政府訂單轉向商業發射市場。
發動機採購成本居高不下是無法降低發射費用的直接原因。作為ULA火箭中最具商業競爭力的宇宙神-5火箭發射費用高達1.6億美元,仍遠高於SpaceX獵鷹-9的6300萬美元報價。據中國航天雜誌估算的數據,宇宙神-5火箭總成本9600萬美元,其中動力系統是主要成本部分,發動機與增壓輸送系統成本約佔全箭總成本的44.5%,箭體結構部分約佔28.1%,電氣部分約佔21.7%。而宇宙神-5火箭一級的俄制RD-180發動機和二級的洛克達因RL-10A發動機,都是ULA直接採購的,成本高居不下,無法實現發射費用壓縮。
研製下一代低成本火神火箭,增強商業競爭力。為增強與SpaceX等民營火箭發射企業的競爭實力,ULA於2015年宣布研製下一代新型低成本火神(Vulcan)火箭,以取代前期的EELV火箭(宇宙神-5和德爾塔-4)。
多種手段並行,旨在降低發射費用。在研製火神火箭中,ULA首選與藍色起源公司合作研製一級發動機、次選直接購買洛克達因一級發動機;首選可以聯合生產的二級發動機。與華格空間聯合研製新型複合材料整流罩,精簡發射平台,減少固定資產維護費。開發更加實際的敏感模塊自主返回技術,回收一級發動機。堅持「垂直整合」思路和火箭復用技術開發,旨在將高昂的火箭發射費用減半。
2.3歐洲阿里安航天:全球第一家商業發射服務提供商
歐洲多國聯合創立全球第一家商業發射公司。阿里安航天公司是由法國、德國、義大利等歐洲國家的36家航天與電子公司、13家銀行以及法國太空總署於1980年共同設立,是全球第一家商業發射服務提供商。
政府退出走向真正商業化。2015年初空客與賽峰合資設立空客賽峰運載火箭公司,持有阿里安航天39%股權。2016年,法國政府向空客賽峰運載火箭公司出售由法國太空總署持有的阿里安35%股權。法國政府退出,空客賽峰運載火箭公司成為阿里安控股股東並改名阿里安集團,從政府背景轉向真正私營控股,加速推進火箭發射商業化。
主打重型運載火箭,以國際協作彌補中小型運載能力。阿里安航天公司目前主要火箭型號為阿里安(Ariane)系列火箭,重點面向重型運載市場。為了彌補公司缺少中小型運載火箭、難以滿足國際用戶發射中小型衛星的市場需求,公司通過國際化協作,引入俄羅斯聯盟號(Soyuz)和歐洲織女星(Vega)火箭,從而具備重、中、小型三種不同運載能力,滿足客戶的不同需求:
- 阿里安系列火箭:由歐洲11個國家組成的歐空局於1973年開始研製,迄今已發展了阿里安1~5五種型別。目前仍在服役的是阿里安-5重型運載火箭,其中包括5GS、5ECA、5ES等型號。
- 聯盟號火箭:由阿里安下屬參股子公司斯達西姆公司負責商業運營。斯達西姆是阿里安空間、俄羅斯航天局、法國薩馬拉太空中心、空客賽峰運載火箭公司於1996年設立的國際化公司,主要負責將俄羅斯研製的聯盟號火箭商業化。
- 織女星火箭:由義大利太空總署和歐空局自1998年合作研發,其設計目的主要發射小型衛星,重量在300公斤到2500公斤之間的科學衛星或地球觀測衛星。
商業發射市場領導者,上世紀90年代市場佔比超過一半。阿里安航天公司是全球商業發射市場的主要力量之一,1986年美國太空梭失事退出商業發射市場後,迅速佔據市場超50%份額,打破美國壟斷局面。近年雖然美國逐漸奪回市場地位,但佔比仍達30%以上。據公司官網統計,目前在役的衛星中超560顆由阿里安發射,占所有在役通信衛星的一半以上。公司目前在手訂單價值超46億歐元,涉及27個客戶、52次發射。
研製新型阿里安-6火箭,降低發射成本是重要考核指標。2015年歐空局指定空客賽峰運載火箭公司(阿里安集團)為主要承包商,開始研製新型阿里安-6火箭,取代現在的阿里安-5。針對未來商業競爭市場,歐空局對阿里安-6提出三個考核指標:研發經費、入市時間和運行發射成本。按總體方案計劃,與阿里安-5比,阿里安-6單位質量發射成本降低40-50%,而與主要競爭對手SpaceX的獵鷹-9相比,阿里安-6的載荷和容積都是獵鷹-9的兩倍,價格卻不到其兩倍,單位質量發射成本下降。
2.4俄羅斯國際發射服務公司:備受國家重視的商業化轉變
運載火箭進軍商業發射市場,擺脫蘇聯解體困境。1991年蘇聯解體後,俄羅斯面臨嚴重的經濟困難,運載火箭研發和生產進展緩慢。為了擺脫困境,俄羅斯積極開展國際合作,利用運載火箭爭取國際商業發射市場的份額。1993年俄羅斯赫魯尼切夫航天中心、能源公司和美國洛馬公司建立合資公司(LKE),後1995年重組成為國際發射服務公司(ILS);2006年洛馬退出,2008年赫魯尼切夫航天中心實現控股,負責運營俄羅斯質子號(Proton)運載火箭的商業發射服務:
- 質子號運載火箭:由蘇聯/俄羅斯研製的第一種非導彈衍生的運載火箭,是專為航天任務設計的大型運載器,包括二級型、三級型和四級型。目前在役的是四級型質子號K/DM和質子號M/微風M兩種型號火箭,其中前者只用於發射政府的有效載荷,後者主要用於國際商業發射服務,同時也可執行政府的發射任務,是目前質子號火箭中運載能力最大的型號,1996年首次商業發射將美國衛星送入軌道。
質子號運載火箭是俄羅斯商業發射的主力軍。ILS的質子號火箭是俄羅斯首批進入商業發射市場的火箭,也是自俄羅斯1996年開始提供商業發射以來的主要力量。從1996年至2016年,俄羅斯共進行商業發射165次,其中ILS的質子號火箭承擔97次,佔比達58.8%。
俄新一代安加拉系列火箭實現成本壓縮。安加拉(Angara)系列火箭是蘇聯解體後第一個系列火箭研製計劃,始終遵循模塊化、組合化、系列化設計思想,通過不同模塊組合形成系列火箭,滿足不同軌道發射任務需求。這種通用模塊設計大大提升系列火箭零部件的通用性,有助於零部件生產的批量規模效應,降低火箭研製、生產成本,同時確保系列火箭可使用同一發射台,大大壓縮地面設施的建設、維護成本。
ILS獨家代理安加拉火箭,取代質子號繼續受益商業發射市場。ILS獨家代理運營安加拉火箭商業化,2016年獲得首筆商業訂單,由於整體成本低,未來將逐步替代質子號,成為商業化新主力軍。
2.5國際化海上發射公司:全球唯一海上移動發射服務公司
四國分工協作,設立獨一無二的海上移動發射平台。海上發射(Sea launch)公司是由美國波音、俄羅斯能源運載火箭、烏克蘭南方設計局和南方機械製造科研生產聯合體及挪威阿克造船於1995年共同組建,是目前全球唯一提供海上移動發射的公司。四家參股公司將海上發射服務分為火箭總體及系統集成、火箭第三級、火箭一二級及海上發射平台和指揮船四大部分,各自承擔一部分,分工協作,運營天頂號-3SL火箭商業發射:
- 天頂號系列火箭:由烏克蘭南方設計局和南方機械製造科研生產聯合體研製生產,但一些重要組件(如發動機)由俄羅斯提供。天頂號火箭包括多種型號:2、3SL、3SLB等,其中3SL為海上發射公司的主要運載火箭,而3LB是海上發射公司為適應商業市場不同需要推出的陸地發射型號,但發射較少。
海上移動發射成本低,助力商業競爭。海上發射火箭可以分為固定海上發射和移動海上發射,其最大優勢在於「移動」。通過自行推進的發射平台,可選擇最有利的發射地點,如赤道附近,能夠最大限度降低火箭載荷損失,提升運載能力,降低發射成本。自1999年首次商業發射至2016年底,海上發射訂單42次,僅次於俄羅斯質子號的商業訂單。
俄羅斯政府獲得控股,未來爭奪低成本商業發射市場。2010年,由於公司經營不善、俄烏局勢持續緊張,海上發射公司破產重組,俄政府通過能源運載火箭公司獲得95%股權,烏克蘭不再持有股權,但仍參與經營。2014年俄羅斯出兵烏克蘭,導致海上發射服務暫停。2016年能源公司出售股權,現由俄政府通過國內S7航空公司間接控制。未來為了脫離對烏克蘭天頂號-3SL的依賴和與SpaceX搶奪商業發射市場,俄政府正在設計研製新一代中型海上發射火箭,重新開展海上發射服務。
2.6美國軌道ATK:商業火箭實現升級,挑戰傳統發射企業
與ATK合併實現前向一體化,火箭研製及發射自主份額大幅提升。軌道ATK公司是由美國軌道科學(OSC)公司和美國軍工巨頭ATK公司於2014年合併成立,業務涉及衛星研製生產、火箭研製發射、推進系統生產、軍火系統與彈藥以及其他航天與國防系統。與ATK合併後,OSC研製的火箭獲得推進系統技術,使得火箭自主生產份額從45%-50%提升到70%-80%,成本易於控制。
- 軌道科學公司:專門從事中小型衛星製造和運載火箭研製發射的民營企業。其火箭發射業務,主要提供發射小型載荷至地球軌道的服務,運載火箭產品包括米洛陶、飛馬座、金牛座系列火箭。
- ATK公司:美國軍工巨頭,從事精密軍械、武器裝備與彈藥、推進劑及綜合防務設備等。ATK是宇宙神-5和德爾塔-4火箭固體發動機供應商,也是OSC公司衛星天線、太陽陣列和火箭推進系統的供應商。
開發「彈改箭」式運輸火箭,面向美國政府訂單。軌道RTK公司的前身OSC在美國空軍的資助下,研製的米洛陶(Minotaur)系列火箭(又稱人牛怪火箭),是美國典型的「彈改箭」案例,主要型號為1、2、3、4、5。其中米洛陶-1和2源自LGM-30民兵導彈,而米洛陶-3、4、5源自LGM-118A和平衛士導彈。該系列火箭只用於發射政府或軍用載荷。據Gunter"s Space page統計,自2000年首次發射至今共完成17次發射。
金牛座和飛馬座系列火箭是公司商業競爭的主要力量。OSC早在1990年和1994年就成功發射了飛馬座(Pegasus)和金牛座(Taurus)系列火箭,用於接受國家商業訂單。據BTS統計,公司自成立至今,以這兩種火箭競爭到的商業訂單達20次:
- 飛馬座系列火箭:美國第一種完全由私營企業自主投資研製的固體火箭,也是世界上唯一投入使用的空射型火箭,主要用於將重量不超過443kg的小型衛星送入近地軌道,型號分為標準型和加長型(XL),前者1998年退役。該火箭採用空射方式發射,可獲得飛機速度增量,且高空發射氣壓低,火箭設計實現精簡,又不需要複雜的地面基礎設施,因此,飛馬座系列火箭發射成本僅為地面發射的一半,單位質量發射成本為地面發射的1/3。
- 金牛座系列火箭:在飛馬座系列火箭基礎上添加Castor 120第一級,發射運載能力提高兩倍,可將1350kg的載荷送入近地軌道,滿足了商業市場相對大載荷的需求。近年,金牛座火箭經過改進安裝米洛陶航電設備,則改名為米洛陶-C火箭,即作為米洛陶系列火箭中的商業版本。
研製中型安塔瑞斯運載火箭,獲得NASA商業訂單。2008年OSC公司被NASA選中,負責開發並提供商業軌道運輸服務(COTS)。在此合同下,NASA贊助OSC約1.7億美元,OSC額外投入約1.5億美元,開發具有中型運載能力的安塔瑞斯運載火箭。同年OSC獲得NASA授予的長期商業合同-商業補給服務(CRS):總價值約19億美元,負責在2011-2015年間向國際太空站運輸物資。2016年,OSC和其他兩家民營公司又獲得三筆空間站物資商業運輸合同(CRS2),潛在價值超14億美元。
- 安塔瑞斯運載火箭:由軌道ATK前身OSC公司在COTS合同下研製而成,早期發展階段又被稱為金牛座-2火箭,是軌道ATK公司運載能力最大的火箭,將公司擴展至中型運載市場,可將公司開發的天鵝座宇宙飛船送入軌道,並可發射中小型有限載荷。
與SpaceX攜手挑戰美國傳統商業發射企業聯合發射聯盟公司。軌道RTK公司和另一家純民營企業SpaceX的出現,對美國傳統商業發射企業聯合發射聯盟公司市場地位造成衝擊。若將宇宙神、德爾塔系列火箭視為傳統發射商的商業火箭,而飛馬座、金牛座、安塔瑞斯、獵鷹系列火箭作為新世紀純民營的代表,則自1990年至2016年,傳統商業發射企業獲得126筆發射訂單,而純民營企業僅有53筆。但是,自2010年開始,純民營企業出現飛速發展,每年訂單數上純民營企業明顯多於傳統發射商。
3、下游需求倒逼火箭發射商業化,百億美元市場蓄勢待發
3.1衛星產業穩步增長,商業發射奠定產業基礎
衛星產業佔據航天經濟主要部分。航天經濟包括衛星產業和非衛星產業經濟。據SIA數據,2016年全球航天產業的總收入為3391億美元,其中衛星產業的總收入約為 2610億美元,佔全球航天產業收入的77%,比2015年的62%比重明顯提升。而非衛星產業經濟包括載人航天飛行收入、非地球軌道航天器收入和政府預算,佔比為23%。衛星產業作為航天經濟的主動脈,帶動全球航天產業發展。
十年衛星產業超兩倍增長,火箭商業發射是各細分產業的基礎。據SIA數據,全球衛星產業產值從2007年的1220億美元穩步增長至2016年的2610億美元,十年內增長超過2倍。
衛星產業可以分為:衛星服務業、衛星製造業、發射服務業和地面設備製造業四大領域。雖然衛星發射服務整體產值佔比相對較低,但火箭商業發射卻是其他各細分產業的基礎,尤其是佔比最大的衛星服務業。衛星上不了天,無從談起巨大的太空經濟。
3.2民用方面,小衛星如雨後春筍破土而出
小衛星的特點
小衛星是上世紀80年代產物,面向中低軌道衛星應用。自80年代起,為探索地球中低軌道衛星應用,小衛星開始登上太空舞台。小衛星含義廣泛,包括小衛星、微小衛星、納衛星、皮衛星,其主要按照「濕質量」劃分,即「自身質量+燃料質量」。
小衛星研製周期短、成本低廉。相比於傳統大衛星而言,小衛星研製周期較短,從立項研製到發射, 一般僅需要1年左右時間;而傳統大衛星從研製到發射至少需要5-8年,經常出現衛星採用的技術落後於當前流行的技術。在研製成本上,傳統大衛星隨著質量、功能不同投入經費有區別,但基本超過5000萬美元。小衛星一般低於5000萬美元,質量低於10kg時成本不足100萬美元。
小衛星應用由技術驗證向具體業務應用轉變。在小衛星發展之初,主要應用於技術試驗和科學研究方面,發射數量並不多。隨著技術水平不斷發展成熟,微小衛星的應用領域從技術驗證為主向業務應用為主轉變,小衛星發射數量逐步增加。其中,技術試驗應用佔比由55%降為20%,而對地觀測、遙感領域的應用由12%增長為52%。未來將以對地觀測、遙感、通信應用為發展重點。
星座組網是小衛星使用趨勢,大量發射需求倒逼發射商業化
星座組網是小衛星的價值所在。小衛星體積小、研製周期短、可採用標準化星體及模塊化設計技術,能夠在流水線上批量生產並存儲。較低的成本使得小衛星成為目前中低軌通信、遙感需求的主要選擇,可以通過組網協同完成常規衛星無法完成的空間任務。單用一顆大容量衛星,費用高,出現問題後整個功能都損失;而採用幾十個、幾百甚至幾千個小衛星組成的衛星星座,即使一顆或少數幾顆失敗,整體功能也能運行,損失小。
目前小衛星星座組網主要功能分為兩大類,包括通信星座,遙感星座,未來互聯網星座也將開始出現。
- 通信星座:採用眾多小衛星(幾十至幾百顆)可以連續無縫覆蓋全球,實現通信功能,隨時隨地可進行全球話音、數據個人衛星移動通信。小衛星多處於低軌道,通信發射頻率降低近三個數量級,使得地面通信設備體積、質量、功耗需求降低,智能手機、計算機等都可接入星座通信。
- 遙感星座:採用眾多小衛星,可連續覆蓋全球,實現對地觀測、遙感,且重訪時間可以達到幾分鐘,甚至接近實時。
眾多新興小衛星星座計劃箭在弦上。小衛星星座的發展始於國外,從三大傳統通信星座銥星(Iridium)、全球星(Globalstar)、軌道通信(Orbcomm)發展至今,有30年歷史。近年來,大量民營企業、互聯網公司開始進入小衛星星座領域,提出各自的星座構建計劃。每年向國際電聯ITU申請小衛星通信頻段的公司數量大幅提升。
衛星星座計划進入實施階段,引爆小衛星發射市場需求。正是由於眾多新興小衛星星座計劃陸續推出,且相繼進入實施階段,預計在2016年後幾年開始迎來發射高峰。據SpaceWorks預測數據,從2017年至2023年,全球將發射近2400顆質量在1-50kg的微納衛星。而據NSR預測數據,預計2017年至2024年全球發射100kg以下微小衛星約2200顆。
國內商業小衛星星座市場火熱,兩大航天集團入場參與競爭。國內眾多企業提出小型衛星星座計劃,兩大航天集團也積极參与。航天科技集團推出了「鴻雁星座」,一期工程將有54顆星,至二期工程時實現系統能力平滑過渡,衛星總數最終將超過300顆;航天科工集團則搭建「虹雲工程」,計劃發射156顆小衛星。
小衛星組網發射需求,倒逼火箭發射商業化。迅猛發展的小衛星產業,主打的就是研製周期短、成本低廉的優勢,因此在尋求發射服務時仍然堅持這兩點原則,即對火箭發射提出更高的要求:快速響應和低成本。
小型商業運載火箭發展,逼迫中大型火箭發射必須商業化。面向小衛星的發射需求,近幾年以維珍銀河為代表的眾多民營企業開始研製小型商業運載火箭。2015年,低成本小型商業運載火箭首次進入發射服務市場,以單次發射價格低、快速響應發射能力強、發射準備時間短和發射頻率高的特點,從中大型運載火箭手上競爭到45份未來幾年內的小衛星發射訂單。因此,要想繼續搶佔小衛星發射市場,中大型運載火箭也只有通過商業化——降低發射成本、縮短髮射周期,才能確立競爭優勢。
3.3軍用方面:實現快速空間響應作戰,火箭發射商業化是捷徑
快速空間響應作戰體系源於美國國防部。2001年最先由美國空軍司令部提出快速空間響應運載器的概念,旨在發展能夠將有效載荷快速送入預定軌道的航天運輸系統。而後2003年,美國國防部在此基礎上提出快速空間響應作戰(ORS)體系,目標是發展太空支持作戰能力,包括在需要時提供突擊發射軍用衛星能力、在受到傷害或被降低能力時能夠快速響應或形成新的能力。
快速空間響應作戰體系包含三部分,其中快速空間響應運載器是基礎。快速空間響應作戰體系由快速空間響應運載器、快速空軍響應航天器、快速空間響應基礎設施組成,其中快速空間響應運載器是整個作戰體系的最重要部分。
三種途徑發展快速空間響應運載火箭。美國提出三種方法,實現快速空間響應發射:專門設計特殊的運載火箭,如「快速抵達」空射火箭、飛馬座火箭;在彈道導彈基礎上進行改進,利用固體火箭快速發射優勢,如米洛陶系列火箭;利用火箭商業發射系統提供快速響應發射服務。
發展火箭發射商業化是實現快速空間響應作戰的捷徑。相比於其他兩種途徑,軍隊按需向商業公司授予商業發射服務合同,由其完成有效載荷發射入軌任務,在發射費用和響應時間上佔據優勢。其中,以目前真正商業化的SpaceX為例,獵鷹火箭發射費用低於其他火箭價格(包括其他快速響應火箭),而在響應時間上雖然還未拉開差距,但以可重複使用技術為基礎,未來可實現「二手火箭」的24小時內連續發射,完成快速響應作戰的任務。
3.4數千顆載荷等待升空,商業發射市場超250億美元
火箭商業發射主要將5大類有效載荷送入軌道。目前,火箭商業發射主要服務於商業通信衛星、商業遙感衛星、商業軌道運輸服務(貨運或載人)、其他商業發射衛星以及技術驗證。其中,中大型的商業通信衛星主要發射至地球同步軌道(GSO),需要中大型運載火箭完成發射任務,而小型商業通信衛星、商業遙感衛星等其他各種有效載荷主要送入低地球軌道(LEO)、中地球軌道(MEO)、地球橢圓軌道(ELI)和地球外軌道(EXT)等非地球同步軌道(NGSO)。
數百顆GSO載荷需求,貢獻198次發射服務
229顆GSO商業通信衛星發射需求,貢獻198次商業發射服務。據FAA數據預測,2017年至2026年將有229顆GSO商業通信衛星需要發射入軌,相應商業發射次數達198次。每年年均發射次數為19.8次,基本保持平穩。
GSO軌道發射服務多為大型載荷,每年平均質量約4500kg。據FAA數據統計,2008年至2016年GSO衛星平均質量為4466kg,是典型的大型載荷。而未來三年(2017年-2019年)每年發射的GSO衛星平均質量仍保持在4500-4600kg。目前,GSO衛星大多由阿里安-5、獵鷹-9和質子號火箭發射,未來阿里安-6、安加拉、獵鷹重型火箭將加入競爭。
衛星電推技術不斷發展,GSO衛星質量未來將逐步下降。2012年波音公司簽訂全球首份全電推進衛星合同,2015年首批全電推進通信衛星升空入軌。衛星電推技術不斷發展,逐步取代傳統化學推進,明顯降低衛星總質量。據FAA數據預測,從2020年起,超過5400kg的超大型衛星數量佔比逐步降低,而低於5400kg中大型衛星佔比提升。結合NSR對不同推進方式的衛星預測數據,上述趨勢正是由於2020年後化學推進衛星數量平穩,而電推、電力+化學混推衛星訂單不斷增多,佔比提升所導致。
GSO衛星質量下降,促進中型運載和「一箭雙星」發射服務。電推技術發展,GSO衛星質量下降,引起商業火箭運載市場結構變化,向中型運載或一箭雙星運載發展。阿里安-6火箭計劃於2020-2021年首飛,四助推型獲得12000kg的GTO運載能力,而獵鷹重型火箭計劃於2017-2018年首飛,獲得26700kg的GTO運載能力,則即便超大型衛星也可 「一箭雙星」發射。據FAA數據預測,2017年-2026年,GSO衛星「一箭雙星」發射次數將達到31次。
NGSO載荷需求超兩千顆,貢獻214次發射服務
受益於銥星星座的更新替換和新興星座的初次構建,NGSO商業通信衛星發射迎來春天。銥星星座在軌66顆衛星自1997年初次發射至今,運營時間已經超過設計壽命的三倍,於2017年將開始進行更新,將發射72顆低軌小型通信衛星。而以一網公司為代表的新興星座計劃,未來十年內將相繼開始構建。因此,NGSO商業通信衛星發射明顯增多。據FAA數據預測,2017年-2026年發射次數將達到52次,是2007年-2016年總和的4倍以上。
商業遙感衛星獨立發射未來六年達到高峰,總數達44次。據FAA數據,受下游大數據分析市場驅動,到2026年,約1445顆商業遙感衛星計劃發射入軌,且絕大部分為微納衛星。在此需求下,除去大部分以多星集合方式選擇搭載大型衛星發射機會外,未來六年內,選擇小型運載火箭獨立發射的次數達44次。
商業軌道運輸服務主要向國際太空站運輸貨物及人員,未來十年發射總次數為79次。商業軌道運輸主要包括向國際空間站ISS運送補給貨物和人員,發射訂單均由美國國內商業發射企業佔有,由獵鷹-9、安塔瑞斯、宇宙神-4火箭發射。據FAA數據預測,未來十年向ISS發射次數總數將達79次。
其他商業發射衛星和技術驗證方面發射次數達到35次。據FAA數據預測,2017年-2026年其他商業衛星發射次數為30次,主要為缺乏國內發射能力而採取商業發射方式進行發射的政府衛星。而技術驗證發射總次數為5次,包括獵鷹重型火箭試飛和電子、運載器-1、前進發射者-2、平流層發射等小型運載火箭試飛。
未來發射NGSO載荷數遠超GSO,但以「一箭多星」方式發射,貢獻發射次數與GSO持平。據FAA數據預測,2017年-2026年將有2390顆NGSO軌道載荷被發射入軌,遠遠多於GSO軌道的229顆載荷。但此類低軌道載荷多為小型載荷,採用「一箭多星」方式發射,貢獻的總發射次數為214次,與GSO大型衛星發射的198次基本持平。
未來十年商業發射市場超過250億美元
中大型運載火箭仍然是商業發射市場的主導者。雖然小型運載火箭於2015年首次進入市場搶奪小衛星發射訂單,計劃在2017-2020年期間完成發射,但主流中大型運載火箭在SpaceX低成本的刺激下相繼壓縮成本,加之在研的新型中大型商業火箭均以低成本、快速響應為目標,所以中大型運載火箭仍然佔據壓倒性優勢。據FAA數據預測,2017年-2026年中大型運載火箭發射次數為349次,佔總發射次數的84.7%。
商業火箭發射市場超過250億美元。據FAA數據預測,未來十年總商業發射次數為412次。自2008年SpaceX開始強勢爭奪商業發射訂單,2016年市場份額為35%,而根據SpaceX Lounge網站統計,2017年和2018年將分別達到45%和64%。但是考慮到現在各主流火箭均著力壓縮成本,提升競爭力,我們預計SpaceX將佔據50%訂單,而除去15%的小型運載火箭訂單,剩餘35%訂單由其他中大型火箭承擔。假設獵鷹火箭、小型火箭及其他中大型火箭的平均單次發射費用分別為5000、1000及10000萬美元,則未來十年商業發射市場達253.4億美元。
4、中國商業發射加速追趕
4.1依託航天國企,提供多元化商業發射服務
長城工業:國內最早開啟商業發射服務,商業搭載機會眾多
上世紀八十年代進入商業發射市場。中國長城工業公司隸屬於中國航天科技集團,成立於1980年,主要承擔航天工業的進出口業務。1985年10月,公司宣布進入國際衛星商業發射市場,提供商業發射服務。1990年4月,公司以長征三號火箭將美國休斯「亞洲一號」衛星送入軌道,開始中國第一次國際商業發射服務。
依託航天科技火箭技術,推出「長征快車」服務。長城工業依託航天科技一院和八院研製的各型長征火箭推出「長征快車」服務,通過星座組網、專享發射、搭載發射和集簇發射(年度定時、定時軌道發射)等形式,為各類用戶提供快速、穩定、可靠的一站式商業發射服務。
7月發布未來商業搭載機會,大力推進商業發射業務。長城工業在2017年7月初發布了未來幾年內的商業火箭搭載機會,涵蓋太陽同步軌道(SSO)、地球同步軌道(GSO)、近地軌道(LEO)等不同需求。
航天科工火箭公司:國內首家按商業模式運營的發射服務商
國內首家按商業模式運營的發射服務商。航天科工火箭公司成立於2016年2月,隸屬於航天科工四院,是國內首家以商業模式開展研發和應用的專業化火箭公司。公司依託航天科工四院成熟的型號產品、完備的配套體系和龐大的人才隊伍,具有較強的商業競爭力。
選擇固體運載火箭,低成本且可快速響應發射。航天科工火箭公司的運載火箭技術不同於常規長征系列火箭,而採用固體燃料作為推進劑。航天科工是國內從事固體彈道導彈主要研製單位,因此也有利於航天科工火箭公司利用固體火箭發動機技術,從而推出快舟系列火箭。快舟系列固體火箭體積較小,不需要建設發射架,可車載的方式進行水平運輸、組裝和測試,大大縮短了火箭的發射準備時間,實現快速響應。
- 快舟-1/1A火箭:快舟-1火箭是全球首個星箭一體化小型固體火箭,於2013年和2014年首次發射衛星入軌。而快舟-1A火箭是目前航天科工火箭公司的主力火箭,是在快舟-1基礎上適應性改進的一型低成本、高可靠性的通用型小運載火箭,於2017年1月首飛,主要為300公斤級低軌小衛星提供發射服務,單位質量發射費用低於2萬美元,遠低於國際市場長小型運載火箭2.5-4萬美元的價格。
- 快舟-11火箭:公司股東航天科工四院全新研發的新型固體火箭,採用車載移動發射方式,LEO最大運載能力1.5噸,是快舟-1A的5倍,而單位質量發射費用低於1萬美元,主要承擔400-1500千米近地和太陽同步軌道小衛星、微小衛星單星及多星組網發射任務,預計於2017年底首飛。
- 快舟-21火箭:具備更大運載能力,目前已經啟動論證和關鍵技術攻關,將豐富全新的商業發射運載火箭型譜。
完成首個商業模式下發射訂單,履約周期僅八個半月。航天科工火箭公司於2016年4月即獲得第一筆商業發射訂單,2017年1月成功完成訂單任務,歷時八個半月,通過快舟-1A火箭將「吉林一號」靈巧視頻星03星發射入軌,同時搭載行雲試驗一號、凱盾一號兩顆立方體星,實現「一箭三星」發射。這次發射是航天科工首次按商業模式下進行的火箭發射服務。
資本市場開始融資,堅持商業化運營。公司與傳統的長城工業不同,選擇與SpaceX一樣,向資本市場尋求資金來源,堅持商業化運營。航天科工火箭公司於2017年5月開始首輪融資,計劃增發28.57%的股權,預計第三季度完成。融資資金將主要用於快舟系列火箭批產能力一期建設、快舟系列火箭研製、商業航天發射場及測運控項目等投資。
中國長征火箭公司:開發可重複使用、海上發射技術,以新一代長征火箭面向商業市場
緊跟航天科工步伐,成立純商業發射企業。航天科技集團緊跟航天科工的步伐,於2016年10月將中國亞太移動通信衛星公司改名為中國長征火箭公司,隸屬於航天科技一院。公司將推出面向商業市場的空間發射服務,並提供從搭載發射到衛星組網的全套系統解決方案。未來規劃的三大業務板塊:商業發射服務、亞軌道飛行體驗、空間資源利用。
以長征-11和長征-6新一代火箭,面向小衛星發射市場。面對目前小衛星市場的大量發射需求,中國長征火箭公司依託航天科技的火箭實力,推出長征-11和長征-6小型低成本運載火箭。
- 長征-11火箭:我國長征系列火箭中第一型固體火箭,也是目前我國新一代運載火箭中唯一一型固體型號,由航天科技一院抓總研製,於2015年9月首飛成功,低軌運載能力可達700kg。同時具有快速響應能力,可在24小時內完成發射準備。長征-11火箭將我國火箭小衛星發射履約周期縮短至180天,微納衛星發射履約周期縮短至90天,發射場有效工作天數縮短至個位。
- 長征-6火箭:航天科技八院研製,是新一代無毒無污染小型液體運載火箭,具有700km高度太陽同步軌道500kg的運載能力,於2015年9月首飛成功。發射響應時間不超過一周,遠短於傳統液體火箭至少20-30天的準備周期。
長征-5、長征-9火箭面向大型運載,長征-7、長征-8火箭面向中型運載。目前航天科技集團還在加緊研製其他新一代長征系列運載火箭,覆蓋中型、大型及重型運載市場,主要型號包括:長征-5(2016年11月首飛成功)、長征-9、長征-7(2016年6月首飛成功)、長征-8火箭。未來中國長征火箭公司將獲得小型到重型全載荷區間的火箭,向商業發射市場提供多元化服務。
加速開發可重複使用、海上發射等低成本火箭技術。中國長征火箭公司實際控制人航天科技集團目前正在進行可重複使用火箭研究,主要採取兩種方案:類似於SpaceX的垂直起降和傘降+氣囊方案。集團在2017全球航天探索大會表示,兩個方案已完成部分試驗驗證,一些關鍵技術已經突破。同時,集團還將開發基於固體火箭的海上發射服務,獲得運載能力損失小,發射成本低的優勢,預計2017年下半年進行海上發射的關鍵技術試驗,2018年面向國際商業發射市場。
4.2民營企業:迅速進場並獲得第一筆國際市場商業發射訂單
三家火箭發射民營企業迅速進場。目前國內有三家民營企業提供火箭商業發射服務,是無政府或國企背景的純商業化發射商。
- 藍箭空間科技:國內最早進入運載火箭研製的民營企業,是國內第一家已提供國際發射服務的民營商用運載火箭供應商。火箭型號為藍箭-1小型固體運載火箭,具有SSO軌道400kg的運載能力。
- 零壹空間:專註於低成本小型運載器的研製、設計及總裝,主營業務是為商用微小衛星等小型航天器提供專享發射服務。火箭型號為信使-1小型運載火箭,具有SSO軌道700kg的運載能力,於2016年7月通過技術評審,預計2018年首飛。
- 翎客航天:國內首家從事航天系統產品研發與製造的民營公司,目前主要產品為翎空一號、二號探空火箭,即近地空間進行探測和科學試驗的火箭,比探空氣球飛得高、比低軌道衛星飛得低。據官網信息,2016年7月在國內率先掌握火箭懸停飛行技術,為未來火箭回收和重複使用打下基礎。目前在研製小型液體運載火箭,計劃2020年前首飛。
藍箭空間科技獲得民營企業商業發射首單,預計2018年完成發射。2017年1月,藍箭空間科技與丹麥GomSpace公司簽訂火箭發射服務協議,將於2018年以藍箭-1火箭發射GomSpace的立方體衛星群。這是國內純民營火箭發射企業承接的第一筆國際市場商業發射訂單。
4.3國內技術支持、政策鼓勵,有望造就中國版SpaceX
中國航天60年技術積累深厚,商業發射技術難關不在話下。中國航天經過60年發展,技術、經驗積累深厚。據Gunter"s Space page數據統計,中國火箭發射完全成功率達到92.1%,位列全球第三位,僅次於歐洲93.3%、俄羅斯92.6%的成功率。技術積累為中國商業發射企業鋪平發展道路,增強國家商業發射市場的競爭力。
國內政策法規逐步開放,中國商業發射發展提速。國內近幾年發布多項政策鼓勵航天商業化,火箭研製和發射商業化。我國首部《航天法》也在編製中,將規範國內航天活動,有效履行國際責任和義務,進一步促進航天事業蓬勃發展,保持航天可持續創新活力,建設更加完備先進的航天工業體系。外部利好政策不斷催化下,國內民營資本積极參与商業發射,促進整體產業加速發展。
中國空間站計劃2022年建成,商業軌道運輸服務有望打開市場空間。2011年政府批准中國空間站工程,目前已經完成空間實驗室階段的飛行任務,未來將全面進入空間站的研製建設,計劃在2019年-2022年前後進行組裝建造。空間站建造完成後,類似NASA授予的商業軌道載人或貨物運輸服務需求將逐步釋放,中國商業發射企業將大概率受益。
5、投資建議
SpaceX強勢崛起刺激全球商業發射市場發展,而我國航天集團的商業發射企業和民營企業相繼成立,且不斷實現低成本、快速響應的目標,增強國際市場競爭實力。結合未來國際市場和國內衛星發射需求,我們看好商業發射產業發展,預計火箭發射收入將穩步增長,產業鏈上下游持續受益。
6、風險提示
小衛星發射需求不及預期;國內政策支持不及預期;商業火箭研製和交付進度不及預期。
※《台灣旅行法》或10天內生效,中國軍工發最強警告
※中國新型潛艦導彈射程是俄產品3倍,或預示海軍雲作戰時代的開端
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