發射服務市場需求及發展趨勢

劉潔 褚洪杰 丁潔 李翔宇

（1中國長城工業集團有限公司 2中國航天科技集團有限公司 3中國長城工業集團有限公司）

2014年以來，全球商業發射服務市場經歷了明顯變化，低軌商業發射尤其是小衛星發射需求激增，改變了此前靜軌（高軌）高價值、大型通信衛星幾乎獨占發射服務市場的格局。低軌經濟活動的興起和繁榮從遙感小衛星星座發起，由通信小衛星星座計劃迅速加強，而低軌空間試驗、貨物運輸和旅游市場逐漸從能力建設向形成市場規模發展，正在帶動低軌發射服務市場以前所未有的速度快速推進。

1 高軌商業發射服務需求持續減少且降價明顯

2013－2021年高軌商業通信衛星簽約量趨勢

高軌發射服務是商業發射服務市場的傳統核心業務，但是由于高軌商業通信衛星制造訂單持續減少，相應的高軌發射服務需求和市場規模也持續減少。2013年以來，全球高軌商業通信衛星簽約數量持續降低，盡管2020年在美國補貼政策下有所增長，但2021年全球高軌通信衛星簽約數量迅速回落到較低水平。

全球主要發射服務商阿里安空間公司（Arianespace）、國際發射服務公司（ILS）、海射公司（SeaLaunch）、長城公司（CGWIC）、三菱重工（MHI）、太空探索技術公司（SpaceX）、藍源公司（Blue Origin）、洛馬公司（LM）和聯合發射聯盟公司（ULA）在2006－2021年間簽署的高軌發射服務數量從將近30次降低到10次以內，其中2019年最低，僅有3次。

2006－2021年全球發射服務商高軌發射合同數量/次

獵鷹－9（Falcon－9）火箭于2013年以明顯低于傳統發射服務商的價格進入高軌發射服務市場，讓日漸狹小的市場空間更加擁擠，高軌發射服務合同越來越向歐美發射服務商集中。近5年來，僅有阿里安空間公司和太空探索技術公司每年均可以拿到商業高軌發射合同。

歐洲發射服務商阿里安空間公司僅剩下國際知名衛星通信運營商中的兩家歐洲公司——歐洲衛星公司（SES）和歐洲通信衛星公司（Eutelsat）提供了訂單支持，并對低成本發射服務提出了明確需求。2022年6月30日，歐洲航天局（ESA）局長在歐委會會議上表示：歐洲在7～10年前失去了發射服務的全球領導地位，必須客觀評估差距，奮力追趕。

2 低軌星座項目發展迅猛，成為發射服務主要市場

目前，低軌商業小衛星的在軌數量和年度發射數量居領先地位，隨著現有商業小衛星計劃的持續推進和新項目后續進入軌道部署階段，低軌小衛星發射數量將繼續快速增長。

代表性低軌星座項目已帶動發射服務需求快速增長

“一網”（Oneweb）系統、“星鏈”（Starlink）計劃和“柯伊伯”（Kuiper）項目這3項低軌衛星星座計劃已經觸發百億美元級發射服務市場，其衛星組網、補網和星座升級將帶來持續的商業發射服務需求。聯合發射聯盟公司、火箭實驗室公司（Rocket Lab）、阿里安空間公司、藍源公司和太空探索技術公司等歐美主要航天發射服務公司普遍看好低軌小衛星發射服務市場前景，重視建立高性價比和高密度的發射能力，同時加強供應鏈可靠性管理，積極推進火箭批量生產能力，采用回收和復用技術降低發射服務成本。

2022年4月，亞馬遜公司（Amazon）從阿里安空間公司、藍源公司和聯合發射聯盟公司采購了多達83次發射服務，以部署擬由3236顆衛星組網的柯伊伯巨型寬帶星座項目，發射服務合同額高達數十億美元，交易包括18次阿里安－6（Ariane－6）發射、12～27次“新格倫”（New Glenn）發射和38次“火神-半人馬座”（Vulcan-Centaur）發射，這是航天界有史以來最大規模的一次發射服務采購。

2021年，我國商業衛星公司明確未來將部署800顆以上衛星，其中并未包括中國四維公司、二十一世紀空間公司等企業尚未公布的衛星部署計劃。這些活躍在我國低軌衛星制造與運營領域的公司將在未來5年內帶來豐厚的低軌發射服務合同。

低軌商業衛星發射服務需求特點

發射服務可靠性、價格和便捷發射能力是衡量發射服務競爭力的三個重要指標。對于高價值、技術復雜的高軌商業通信衛星，其質量在2000～6000kg之間，單星可提供穩定的運營服務并創造可觀的市場收入，因此發射可靠性是比價格更優先考慮的因素。此類衛星研制周期通常超過兩年，只能選擇具備高軌發射能力的火箭，訂購發射服務的時間較為寬裕；衛星在軌工作時間超過15年，一次性采購多次發射服務的需求極少，因此沒有明確的便捷發射服務訴求。而低軌商業小衛星星座項目對發射服務的需求則更加多樣。

（1）便捷發射服務能力

低軌小衛星星座項目需要多星組網覆蓋目標區域以構建業務能力，衛星的軌道高度和傾角分布分散，因此通常需要密集的多次發射才能實現多星組網。星座規模越大、軌道面分布越發散，則對便捷發射能力的要求越高。未來低軌衛星發射服務市場不僅要滿足星座組網的發射需求，還承擔星座補網和更新換代的規模化發射需求，這對高密度、快響應的便捷發射服務能力提出了更高要求。

2020年，美國太空探索技術公司的“星鏈”計劃進入軌道部署階段后，為其提供發射服務的獵鷹－9火箭發射密度顯著提高，從每月進行一次發射提高到2022年每周發射一次的頻度，大幅提升了承接臨時小衛星搭載發射服務的能力。一網公司為確保一網系統盡早完成一期組網，在不能繼續使用俄制“聯盟”（Soyuz）火箭發射服務后，迅速在全球尋找可替代方案，以實現兩年內完成一期星座部署，獵鷹－9成為首個可以承接今年搭載發射“一網”系統衛星的火箭。美國行星公司（Planet）則充分利用獵鷹－9高密度發射的搭載機會，進行星座補網和升級換代，每年計劃發射整個星座1/3的衛星數量，3年完成一次星座的整體升級。同時，由于俄烏沖突期間高緯度地區衛星通信需求激增，為快速響應市場需求，增加星座通信容量，銥星公司（Iridium）2022年4月從太空探索技術公司訂購了年內一次拼車發射服務機會，用于發射5顆地面備份星。

（2）價格

低軌小衛星星座計劃始于商業風險投資，成本控制是關乎項目成敗的關鍵因素。無論是21世紀初的全球星公司（Globalstar）、軌道通信公司（Orbcomm）、泰利迪斯公司（Teledesic）、銥星公司，還是2020年的一網公司，都因為系統建設資金規模龐大、衛星應用市場規模未達預期等原因遭遇資金鏈斷裂，觸發破產危機。目前，全球最為龐大的低軌星座計劃，如“星鏈”計劃、“一網”系統等成本為約百億美元量級，包括衛星制造、發射服務和地面運營等構成。以“一網”系統為例，單星制造價格約100萬美元，單星質量為148kg，單位質量衛星制造價格約合6757美元/kg。“聯盟”火箭一次發射34顆“一網”衛星的價格為4800萬美元，單顆衛星發射服務價格約合141萬美元/顆，單位質量發射服務價格約合9539美元/kg。可見星座計劃發射服務費用在整個計劃的成本構成甚至高于衛星建造費用。

（3）可靠性

對高價值的航天器而言，可靠性是發射服務的第一要素。傳統高軌大型商業通信衛星通常價值超過1億美元，發射失利不僅帶來昂貴的衛星研制成本損失，不能如期提供衛星服務還可能帶來更為嚴重的運營損失。巨型星座組網階段多星發射同樣需要高可靠的發射服務解決方案。“一網”和“星鏈”衛星一批發射數十顆，衛星價值超過千萬美元，帶動著運營服務價值的快速提升，因此低軌衛星星座規模以上的發射任務對火箭的可靠性要求也非常高。

近年來，全球主要航天國家大中型火箭多面臨換代升級，除美國太空探索技術公司的獵鷹－9火箭和我國的“長征”系列火箭，美、歐、日、印多型火箭減產，低軌衛星用戶采購發射服務的選擇非常有限，在發射服務市場供應不足的大環境下，衛星公司會降低對風險的厭惡，也會降低對價格的敏感度，積極采購市場一切可提供的發射服務方案。正是為此，發射成功率100%但價格昂貴的宇宙神－5（Atlas－5）火箭，以及價格也未必優惠的新興火箭也贏得了不少訂單。

美國ABL航天系統公司（ABL Space System）的RS1火箭、群星公司（Astra）的“3型火箭”（Rocket 3）、Vaya航天公司的“無畏”（Dauntless）火箭，德國奧格斯堡火箭工廠公司（Augsburg）的RFA－1三級火箭、薩爾宇航公司（Isar）的“譜系”（Spectrum）兩級火箭，印度Skyroot宇航公司的Vikram－1火箭等新型火箭共同分享了2021年超過70余次低軌發射服務的訂單。

3 發射服務持續降價成為全球趨勢

獵鷹－9火箭已帶動全球發射服務降價

傳統發射服務商向來針對高軌和低軌發射需求提供不同型號、不同運力的火箭，太空探索技術公司則憑借復用獵鷹－9火箭的低成本優勢、靈活的發射軌道策略、產能優勢和商業發射管理模式，以一款火箭承攬多種軌道發射服務，大幅拉低了高軌和低軌發射服務價格。

2012年以來，獵鷹－9火箭高軌商業發射服務訂單的實際簽署價格從5400萬美元下調到5000萬美元以下，其火箭一級、整流罩回收已經成為常態。2022年，太空探索技術公司對獵鷹－9火箭太陽同步軌道200kg載荷拼車發射服務的標價為110萬美元，在此基礎上增加的質量價格為5500美元/kg（不含適配器、分離裝置、線纜、衛星在場操作、加注、星箭對接、測控等一系列必要開支）。承攬獵鷹－9火箭拼車發射服務的航天飛行公司（Spaceflight）對5～450kg低軌衛星完整發射服務的標價為14.5～185萬美元，可折算到該公司拼車發射服務單位質量價格約合0.62～2.9萬美元，衛星質量越高，單位發射服務價格則越低。

航天飛行公司低軌拼車發射服務標價及折合的單價統計

在獵鷹－9火箭低價格發射服務沖擊下，美、俄、歐等主要航天國家和地區的傳統發射服務商普遍降低發射服務價格，并明確提出低成本運載火箭發展方向，堅持通過技術創新和管理創新推動運載火箭研制現代化進程，從而大幅降低發射服務成本，提高發射服務競爭力。新興火箭公司則無一例外都旗幟鮮明地提出將發展低成本發射服務能力。

美國聯合發射聯盟公司通過重組裁員，減少固定資產維護費用，研制計劃2022年底首飛的可復用的“火神”（Vulcan）火箭，以實現發射成本減半的目標；阿里安空間公司計劃于2023年首飛的阿里安－6火箭則要求單位質量成本較阿里安－5火箭減半，2022年7月15日首飛的織女星－C（Vega－C）火箭較之前的“織女星”火箭載荷容積增加1倍、運載能力提升1倍，700km太陽同步軌道運力可達2.3t，發射服務價格只比“織女星”火箭小幅增加，這意味著發射服務費用實現了減半。俄羅斯國際發射服務公司則通過開發高度標準化火箭模塊開發整體低成本的“安加拉”（Angara）火箭以替換質子號（Proton）火箭，提升競爭力。

多型火箭發射服務價格統計（來源：航天基金會《2020年航天報告》）

續表

歐洲航天公司（Eurospace）2022年7月發布的數據表明，過去5年,全球發射服務平均價格為1.7萬美元/kg，其中高軌衛星發射服務持續降價，平均價格為1.9萬美元/kg。

發展低成本可復用技術成為降低發射服務價格的普遍選擇

2022年初舉辦的衛星大會上，聯合發射聯盟公司、火箭實驗室公司、阿里安空間公司、藍源公司和太空探索技術公司介紹了兩年內將相繼推出的新火箭，除阿里安－6外全部采取可復用技術。針對多年來一直被詬病宇宙神－5的發射服務價格過高的問題，聯合發射聯盟公司明確表示，計劃2022年首飛的可回收型“火神”火箭，將極大降低發射服務費用。火箭實驗室公司低軌運載能力8～15t的“中子”（Neutron）可回收火箭計劃于2024年實施首次發射。藍源公司的“新格倫”火箭預計于2022年底進行首次發射，實施火箭一級回收，同時考慮整流罩回收。

在太空探索技術公司推進獵鷹－9火箭低成本可復用技術的開發和應用過程中，歐洲政府和企業界經過數年的討論與博弈，逐漸達成將低成本復用技術作為未來火箭技術發展方向的共識，最終堅定了開發火箭可復用技術的決心。歐洲航天局計劃為阿里安－6火箭開發液氫液氧版“普羅米修斯發動機”，該發動機將使用3D打印技術，成本目標為阿里安－5火箭使用的火神－2（Vulcan－2）發動機的1/10，是阿里安空間公司建立低成本、高效率、高可靠發射服務能力的重要依托。

隨著低軌運載能力數百噸的“星艦”（Starship）全復用運載器投入使用，太空探索技術公司的發射服務價格將可能出現數量級降低。

4 新興中介技術服務商利用軌道轉移器優化發射服務

近年來提供軌道轉移器（OTV）技術的初創航天企業通過代理拼車發射服務成為新興中介技術服務商，服務對象涵蓋1kg的微納衛星到百公斤級衛星，將其由火箭釋放的最初軌道轉移送至最終工作軌道。目前美國的航天飛行公司、莫門圖斯公司（Momentus）和意大利的D-orbit公司已經開始通過代理獵鷹－9火箭的拼車發射服務空間向衛星用戶提供直達工作軌道的一站式技術中介服務。截至2022年7月末，軌道飛行公司的“夏爾巴”（Sherpa）軌道轉移器通過51次發射任務為32個國家提供了將553顆衛星送入目標工作軌道的服務，據稱可在250～1400km范圍內提供提升軌道或降低軌道服務，可廣泛用于低軌、高軌衛星、月球軌道任務等。2023年，該公司將搭乘“獵鷹”重型火箭提供一次月球轉移軌道發射任務，隨后再降低軌道提供高軌搭載發射任務，預計全程只需15～60天。這與傳統的先將衛星發射到地球轉移軌道，再通過衛星電推力器進入高軌，相比周期大幅縮短。

5 商業航天發射場資源日漸豐富

自2018年以來，美國加快修訂發射場管理規范，以促進商業航天發射創新發展，助推商業發射服務能力建設，指導企業建設航天發射運營能力。目前，美國所有軍用和民用發射場都配備了服務商業航天發射的保障機制，政府授權的商業航天發射港和私營獨家使用商業航天發射港則為加速火箭研發和應用、創新商業模式、豐富國家航天發射能力、增強國際航天合作關系提供了更多靈活的選擇。隨著企業自主的發射設施建設活動的活躍，美國航天發射設施和發射能力得到了迅速發展。

截至2022年7月，美國共有3個聯邦政府授權的國家發射場，19個美國聯邦航空管理局許可的商業發射場，2個美國聯邦航空管理局許可的著陸回收場，以及3家企業獨家運營使用的發射場。與此同時，美國多家火箭公司不斷拓展海外制造、總裝和發射能力，美國可用的海外發射場資源持續增加。繼美國火箭實驗室公司在新西蘭常態化發射“電子”火箭，維珍軌道公司（Virgin Orbit）于2022年6月27日宣布已經獲得在巴西開展航天發射活動的許可，6月28日宣布于9月在英國開展首次發射活動。豐富的發射場資源和靈活的運營機制為發射服務商實施高密度便捷發射提供了堅實保障。

近年來，新西蘭、英國、日本、挪威、澳大利亞、巴西、瑞典、加拿大等國也開始推動本國商業航天發射場的建設。2022年7月21日，法國國家航天中心（CNES）宣布允許德國Isar公司于2024年開始從法屬圭亞那航天中心開展“譜系”火箭發射活動，這是圭亞那航天中心首次向私營火箭公司開放，成為了歐洲發射場商業化的重要里程碑。