千軍萬馬問蒼穹

貓貓 相羽

2023年7月12日上午9時00分，朱雀二號遙二運載火箭拖著淺紅色的尾焰，在中國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空。隨后，其二子級成功進(jìn)入預(yù)定軌道，標(biāo)志著人類首發(fā)入軌液氧甲烷火箭研發(fā)和實驗成功。液氧甲烷燃料具有無毒環(huán)保、比沖較高、燃料成本低、便于儲存等突出優(yōu)勢，是近年來全球各大火箭制造商的攻關(guān)重點。

朱雀二號遙二運載火箭的制造商是我國民營航天企業(yè)藍(lán)箭航天空間科技股份有限公司（簡稱藍(lán)箭航天）。自2015年成立以來，該公司主要針對液氧甲烷燃料火箭進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，自主攻關(guān)了包括多型液氧甲烷發(fā)動機(jī)和箭體研制技術(shù)、牽制釋放發(fā)射技術(shù)、中大型火箭“三平”發(fā)射技術(shù)、大推力低溫火箭發(fā)動機(jī)泵后擺技術(shù)在內(nèi)的一系列核心技術(shù)，再加上其采取了“小步快跑”的正確戰(zhàn)略，最終成就了朱雀二號遙二運載火箭這個全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭。

接下來，我們將縱觀我國商業(yè)航天“國家隊”和“民營隊”的歷史，總結(jié)經(jīng)驗，展望未來。

艱苦創(chuàng)業(yè)，自力更生—“國家隊”發(fā)展商業(yè)航天簡史

相對于傳統(tǒng)的依靠國家撥款、用于無償公共事務(wù)的航天產(chǎn)業(yè)，商業(yè)航天是利用各類資本、向客戶提供有償商業(yè)服務(wù)的新型航天服務(wù)業(yè)態(tài)。

商業(yè)航天雖然是近年來才大紅大紫的高新產(chǎn)業(yè)，但我國航天產(chǎn)業(yè)商用化發(fā)展的歷史可以追溯到1980年。當(dāng)年，中國航天科技集團(tuán)成立了著名的中國長城工業(yè)總公司，乘著商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)大發(fā)展的時代潮流，該公司開始嘗試向全球客戶提供商業(yè)航天發(fā)射服務(wù)。

1990年4月7日，隨著長征三號運載火箭托舉亞洲一號衛(wèi)星進(jìn)入預(yù)定軌道，中國成為了當(dāng)時世界上具備商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射服務(wù)能力的國家之一。之后，長征系列運載火箭先后完成了“亞星”“澳星”“銥星”等數(shù)次商業(yè)發(fā)射任務(wù)。但可惜的是，一方面由于當(dāng)時我國的發(fā)射成功率不高，連續(xù)出現(xiàn)了多次發(fā)射事故；另一方面，美國認(rèn)為中國會從發(fā)射商業(yè)衛(wèi)星的過程中“竊取”先進(jìn)航天技術(shù)，所以出臺法令禁止本國生產(chǎn)的衛(wèi)星及零部件出口至中國。因此，雖然我國發(fā)射報價相對低廉，但進(jìn)入21世紀(jì)后，西方的衛(wèi)星廠商基本不再從我國購買航天發(fā)射服務(wù)，一些已經(jīng)簽約的訂單也不得不拱手讓人，中國航天商業(yè)化進(jìn)程一度遇到了極大阻礙。

面對這種“卡脖子”的局面，中國航天人決定獨立自主，自力更生：一方面和歐洲國家合作，繼續(xù)為無美國零部件的衛(wèi)星和載荷提供發(fā)射服務(wù)，一方面努力開發(fā)中國人自己的衛(wèi)星平臺，為有需求的客戶提供“精裝修”式的整星在軌交付服務(wù)。終于，2004年12月，通過激烈的國際競標(biāo)，中國長城工業(yè)總公司以最低的報價成功獲得了尼日利亞通信衛(wèi)星一號研制和發(fā)射的訂單。這顆利用中國自研的東方紅四號衛(wèi)星平臺開發(fā)的通信衛(wèi)星，最終于2007年由長征三號乙運載火箭成功送入地球同步軌道，成為中國首顆成功實現(xiàn)“整星+發(fā)射+運維支持服務(wù)”打包出口的衛(wèi)星，標(biāo)志著以“獨立自主，互利共贏”為核心的中國商業(yè)航天新時代的到來。

隨后，作為中國航天科技集團(tuán)有限公司全資子公司的長城公司成為中國參與國際商業(yè)航天競爭的“國家隊”，陸續(xù)為委內(nèi)瑞拉、巴基斯坦、老撾等許多第三世界國家提供了通信和遙感衛(wèi)星的整星在軌交付服務(wù)，在贏得國際客戶好評、幫助欠發(fā)達(dá)國家發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時，也獲得了豐厚的利潤回報。

八仙過海，各顯神通—民營商業(yè)航天的發(fā)展和成就

2015年，我國頒布了《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015—2025年）》，明確鼓勵中國民營企業(yè)參與商業(yè)航天的各個核心過程，包括衛(wèi)星總體設(shè)計制造和航天發(fā)射等領(lǐng)域。此后，各大民營商業(yè)航天企業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)，而傳統(tǒng)的國有航天院所也不甘落后，紛紛通過直接銷售航天服務(wù)、推出針對商業(yè)航天的產(chǎn)品、成立混合所有制企業(yè)等手段參與到商業(yè)航天的大潮中。

其中，成績最為亮眼也最為人熟知的莫過于各大民營和混合所有制“造箭新勢力”們。目前，這類企業(yè)中的絕大部分成員的主要研發(fā)方向均為結(jié)構(gòu)簡單、制造門檻低的小型固體運載火箭。雖然這些火箭的太陽同步軌道運載能力大多只有幾百千克至一噸上下，遠(yuǎn)不及“國家隊”“長征”系列大中型液體運載火箭動輒數(shù)噸、甚至十幾噸那么高，但小也有小的好處。這些小型固體運載火箭具有單發(fā)總價較低、發(fā)射時間靈活、發(fā)射場地要求低、燃料無毒無害、可水平裝配運輸?shù)泉毺貎?yōu)勢，因此更能適應(yīng)現(xiàn)在商業(yè)衛(wèi)星小型化、低成本化的趨勢，可以為不同軌道需求的載荷提供量身定制的“專車服務(wù)”，讓有高精度入軌需求或有發(fā)射時間限制的小型衛(wèi)星無需“拼車”（即一箭多星，打包發(fā)射大量小型衛(wèi)星）或“搭車”（即把小型衛(wèi)星作為附屬載荷，在某次大型衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)中順路釋放）就能直達(dá)預(yù)定軌道。

此外，加工制造這些小型固體運載火箭所需的材料相對廉價、工藝要求較低，攜帶燃料的火箭可長期儲存，因此特別適合大規(guī)模量產(chǎn)和快速履約—火箭制造商可先批量生產(chǎn)火箭并將其存放于倉庫中；待客戶下單后，火箭制造商只需從倉庫中取出火箭，經(jīng)過簡單裝調(diào)，即可快速完成發(fā)射。

2019年7月25日，北京星際榮耀空間科技股份有限公司研制的雙曲線一號商業(yè)運載火箭成功發(fā)射，并實現(xiàn)極高精度入軌。這是中國民營航天企業(yè)首次成功發(fā)射入軌火箭，也使中國成為繼美國后第二個由民營航天企業(yè)將衛(wèi)星送入太空的國家。

2020年11月7日，北京星河動力航天科技股份有限公司成功利用谷神星一號運載火箭率先將載荷送入500千米太陽同步軌道。今年9月5日，該公司還成功在山東海陽航天港附近海面上，實施了中國民營商業(yè)航天企業(yè)的首次海上發(fā)射，順利將天啟星座21星～24星送入800千米預(yù)定軌道，達(dá)成了“全球首次無依托陸海通用機(jī)動平臺發(fā)射”等諸多“第一”。

2022年，廣州中科宇航探索技術(shù)有限公司成功發(fā)射了500千米太陽同步軌道運力高達(dá)1.5噸的力箭一號運載火箭，打破了我國固體運載火箭的太陽同步軌道運力紀(jì)錄。

當(dāng)然，在運力更大、研制難度也更高的液體運載火箭領(lǐng)域，也有相當(dāng)數(shù)量的商業(yè)航天企業(yè)在不懈努力。2023年4月2日，北京天兵科技有限公司（簡稱天兵科技）研發(fā)的天龍二號運載火箭成功發(fā)射入軌，這枚火箭的成功發(fā)射開創(chuàng)了許多“第一”：全球第一次由民營航天企業(yè)研發(fā)的液體運載火箭首飛即成功，全球第一款使用煤基煤油作為火箭燃料的運載火箭，中國第一款無工位依托而發(fā)射的液體運載火箭……這枚火箭的發(fā)動機(jī)采用中國航天科技集團(tuán)有限公司第六研究院研發(fā)的YF-102開式循環(huán)液氧煤油發(fā)動機(jī)，這型發(fā)動機(jī)的部分零件采用了3D打印工藝，在降低發(fā)動機(jī)自重和加工成本的同時，還提高了可靠性，同時具備重復(fù)使用的潛力，是為商業(yè)航天量身定制的產(chǎn)品。

天龍二號運載火箭的成功發(fā)射，是我國商業(yè)航天“國家隊”和“民營隊”合作共贏的經(jīng)典案例：“國家隊”將自身掌握的核心技術(shù)進(jìn)行低成本化改造，以分系統(tǒng)供應(yīng)商的身份提供關(guān)鍵技術(shù)支持，幫助“民營隊”快速擁有發(fā)射能力；而作為主機(jī)廠，“民營隊”負(fù)責(zé)項目總體設(shè)計和組裝，利用自身掌握的廉價設(shè)計加工能力來降低火箭整體成本、提高發(fā)射利潤，為“國家隊”提供資金回報。

他山之石，可以攻玉—美國商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的先進(jìn)經(jīng)驗

雖然我國商業(yè)航天取得了耀眼的成就，但目前很多商業(yè)航天企業(yè)還停留在研制發(fā)射小火箭、小衛(wèi)星的層面，而美國商業(yè)航天領(lǐng)跑者—太空探索技術(shù)公司（SpaceX）、諾斯羅普·格魯門公司（以下簡稱諾格公司）、波音公司等，已經(jīng)能發(fā)射大中型運載火箭，將補(bǔ)給甚至是航天員送入國際空間站。

“他山之石，可以攻玉。”只有了解了美國發(fā)展商業(yè)航天的歷程和重點項目，我們才能更好地有的放矢，助力我國商業(yè)航天企業(yè)快速追趕，甚至實現(xiàn)反超。

以國際空間站人員和物資運輸服務(wù)為例，美國最初使用航天飛機(jī)為國際空間站提供運輸服務(wù)，這種大型航天器具有7名航天員和十幾噸貨物的天地往返運輸能力。當(dāng)然，航天飛機(jī)的使用成本過于高昂，因此2004年，美國時任總統(tǒng)布什宣布航天飛機(jī)于2010年前后退役。為了填補(bǔ)航天飛機(jī)退役后國際空間站補(bǔ)給和載人運輸能力的缺失，美國國家航空航天局（NASA）于2006年投資8億美元，啟動了商業(yè)軌道運輸服務(wù)（COTS）計劃，尋求商業(yè)公司作為研發(fā)主體和服務(wù)提供商，開發(fā)用于將物資運輸?shù)浇剀壍赖淖詣迂涍\飛船和配套火箭。

在COTS計劃中，SpaceX和諾格公司旗下的軌道科學(xué)ATK公司成為了NASA的合作伙伴，它們分別成功開發(fā)了龍飛船-獵鷹九號火箭組合和天鵝座飛船-安塔瑞斯火箭組合。2008年，NASA將第一批商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)合同（CRS1）授予這兩家公司，并購買了20次國際空間站物資運輸服務(wù)。這兩家公司先后于2012年和2014年完成首次補(bǔ)給訂單。鑒于此，NASA再次向兩家公司追加了一批發(fā)射任務(wù)訂單，并啟動了第二批商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)合同（CRS2）。CRS2的乙方不僅包括上述兩家公司，還增加了內(nèi)華達(dá)山脈公司，后者開發(fā)的追夢者飛行器具有攜帶較大型貨物回到地球的能力，這有效彌補(bǔ)了美國航天飛機(jī)退役留下的空白。截至2023年9月，SpaceX和諾格公司已經(jīng)分別成功完成了28次、18次國際空間站補(bǔ)給任務(wù)。

在人員運輸方面，NASA于2010年啟動商業(yè)乘員開發(fā)（CCDev1）計劃，資助SpaceX、波音公司、內(nèi)華達(dá)山脈公司等開發(fā)載人飛船。隨后的幾年，NASA又先后啟動了CCDev2計劃、商業(yè)船員綜合能力（CCiCap）計劃和認(rèn)證產(chǎn)品合同（CPC）。最終，2014年，NASA評估了這些公司各自取得的研發(fā)成果，決定將價值68億美元的商業(yè)船員運輸能力合同（CCtCap）授予波音公司和SpaceX。目前，SpaceX已經(jīng)為NASA完成了7次國際空間站運輸服務(wù)，并額外執(zhí)行了3次商業(yè)航天飛行任務(wù)。波音公司的星際客機(jī)飛船盡管屢次出現(xiàn)問題，但已處于完成度很高的狀態(tài)，并計劃于年內(nèi)完成首次載人飛行。

縱觀美國商業(yè)航天發(fā)展史，有兩個要點特別值得我們關(guān)注和借鑒。

一是引入多家企業(yè)參與同一項目開發(fā)，采用分階段給予獎勵資金的方法引導(dǎo)商業(yè)航天企業(yè)一步一步走向最終目標(biāo)。由于每次獎勵的資金有限，NASA還要求參與企業(yè)自行籌集研發(fā)經(jīng)費，一些財力不足的企業(yè)雖然能完成階段性任務(wù)并領(lǐng)取對應(yīng)份額的獎金，但由于不能堅持到底，只能遺憾退場。這種方法可以淘汰那些技術(shù)能力不足、吸引投資能力不足的公司，而留下技術(shù)和財力均雄厚的公司。最終，NASA僅投入了相對少量的獎勵資金，就實現(xiàn)了開發(fā)客貨運飛船和火箭的目標(biāo)。

二是NASA在組織商業(yè)航天企業(yè)進(jìn)行研發(fā)時，充分給予其技術(shù)、場地和人才支援，而相較于資金，上述支援對于參與企業(yè)更為重要。以SpaceX為例，其與NASA簽訂了多項關(guān)于技術(shù)支持的協(xié)議，涉及的技術(shù)領(lǐng)域包括運載火箭研制、發(fā)動機(jī)建模、增材制造技術(shù)等；SpaceX還以優(yōu)惠價格從NASA租賃了發(fā)射工位、配套的測控設(shè)施和發(fā)射保障服務(wù)。如此，SpaceX不僅可以大幅降低研發(fā)成本和工期，還能依靠成熟的配套設(shè)施和專業(yè)的航天人才提高火箭發(fā)射率與可靠性。

星辰大海，無限可能—中國商業(yè)航天的未來

2023年5月16日，中國載人航天工程辦公室發(fā)布了《關(guān)于征集空間站低成本貨物運輸系統(tǒng)總體方案的公告》，向全社會征集包括貨物運輸飛行器、運載火箭及發(fā)射支持在內(nèi)的低成本貨物運輸系統(tǒng)一體化總體方案，從而進(jìn)一步降低空間站上行貨物運輸成本、增強(qiáng)上行貨物運輸?shù)撵`活性，由此推動中國商業(yè)航天快速高質(zhì)量發(fā)展。

這則公告拉開了中國商業(yè)航天企業(yè)作為運輸服務(wù)供應(yīng)商直接參與國家級重點航天項目的序幕；更標(biāo)志著我國的航天產(chǎn)業(yè)從“國家隊”占絕對主導(dǎo)地位的時代，走向市場和計劃相結(jié)合、各種所有制企業(yè)“百花齊放”的時代。

不難看出，這則公告的內(nèi)容和NASA此前的商業(yè)航天補(bǔ)給服務(wù)項目（CRS）十分相似。首先，通過市場競爭降低中國空間站的日常運維成本，從而節(jié)省寶貴的經(jīng)費，讓“國家隊”更好地將精力投入到深空探測、載人登月、火星采樣等重大項目上；其次，利用市場經(jīng)濟(jì)“高效”的特點，引入非公企業(yè)作為總包商參與航天項目，可以產(chǎn)生“鯰魚效應(yīng)”，倒逼“國家隊”提高競爭意識、不斷推陳出新，推動我國航天事業(yè)更快、更好地攀登新的高峰；再次，我國商業(yè)航天企業(yè)可以在參與項目的過程中獲得經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、硬件等資源的支持和人才方面的幫助，不斷積攢成功經(jīng)驗和失敗教訓(xùn)，最終成為世界商業(yè)航天市場中的一支中國勁旅。

未來，中國商業(yè)航天若要更具競爭力，就必須全面對標(biāo)乃至超越國際先進(jìn)水平。筆者認(rèn)為，可以從以下幾個方面開展重點攻關(guān)。

首先，對標(biāo)以英國OneWeb星座、美國“星鏈”計劃為代表的中低軌道通信衛(wèi)星星座。具體而言，就是利用成熟商業(yè)元器件和工藝，批量化生產(chǎn)并發(fā)射小體積、低成本、大帶寬的通信衛(wèi)星；然后在這樣的平臺基礎(chǔ)上，安裝遙感、航空航海廣播信號接收器等附加載荷，實現(xiàn)一星多能。目前，在我國的民營航天企業(yè)中，這方面處于領(lǐng)先地位的企業(yè)是銀河航天（北京）科技有限公司（簡稱銀河航天）。該公司從2020年起已經(jīng)完成了兩批7顆低軌通信衛(wèi)星的制造并成功發(fā)射，還成功研發(fā)了我國首型平板式通信衛(wèi)星—靈犀03星。同時，以中國衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)有限公司為代表的“國家隊”，已于2020年宣布要建設(shè)多達(dá)12992顆低軌衛(wèi)星的通信星座，并分別在去年5月和今年7月試射了多顆試驗衛(wèi)星。

其次，對標(biāo)以SpaceX的獵鷹九號和重型獵鷹火箭為代表的可復(fù)用大中型運載火箭。在獵鷹系列火箭問世前，依靠勞動力成本相對低、配套產(chǎn)品齊全的優(yōu)勢，我國的發(fā)射報價在國際上并不算高；但在如今的市場競爭中，想要進(jìn)一步降低報價、提高利潤、提高市場競爭力，還需要各大航天企業(yè)緊跟世界潮流，盡快開發(fā)運載火箭起飛級復(fù)用技術(shù)。

最后，對標(biāo)以美國麥克薩公司（Maxar）研制的WorldView-3衛(wèi)星、WorldView-4衛(wèi)星為代表的0.3米超高分辨率商業(yè)光學(xué)遙感衛(wèi)星。這兩顆衛(wèi)星不僅為谷歌等地圖廠商長期提供超高分辨率的地面影像，還能實現(xiàn)大范圍快速掃描、抓拍以往難以捕捉的轉(zhuǎn)瞬即逝的畫面。在這一領(lǐng)域，我國目前最有競爭力的選手是長光衛(wèi)星技術(shù)股份有限公司（簡稱長光衛(wèi)星），其在軌運行的吉林一號是目前全球最大的亞米級商業(yè)遙感衛(wèi)星星座。截至今年7月底，吉林一號已經(jīng)擁有124顆在軌衛(wèi)星，且最新批次衛(wèi)星的重量在40千克左右，全色分辨率達(dá)0.75米，小型化程度極高。未來，我國的商業(yè)遙感衛(wèi)星體系需要在繼承現(xiàn)有星座快速重訪能力的同時，進(jìn)一步提高分辨率和光譜覆蓋范圍，為農(nóng)林業(yè)、城市規(guī)劃、環(huán)保整治、應(yīng)急救災(zāi)等領(lǐng)域提供高時空、高光譜分辨率的圖像，為人民群眾的生產(chǎn)生活提供更有力的參考保障。

中國商業(yè)航天企業(yè)不僅擁有政府政策和社會資金的支持，更擁有身為世界第一制造大國的雄厚工業(yè)基礎(chǔ)。繼續(xù)堅持獨立自主、自力更生的傳統(tǒng)，堅持辯證地參考國際商業(yè)航天發(fā)展的經(jīng)驗和教訓(xùn)，中國商業(yè)航天一定能在浩瀚蒼穹中繪制出屬于我們中華民族的絢爛航跡。

【責(zé)任編輯】諶 燕