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千帆星座迈出历史一步，中国商业航天有机会超越SpaceX吗？

晰数塔互联网快讯
2024-08-07 22:09

2024年8月6日必将成为中国航天史上又一个重要日子。中国自己的巨型低轨星座迈出了大规模组网建设的第一步。下午14时42分，我国在太原卫星发射中心使用长征六号改运载火箭，成功将千帆极轨01组卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。

千帆星座由上海垣信卫星科技有限公司规划建设，计划通过15000颗卫星向全球用户提供低延时、高速率及高可靠性的宽带卫星互联网服务。这18颗星是其一代卫星的第一批次发射。

按国际电联（ITU）规定，申请到卫星频轨资源后，需要在2年内完成10%的卫星部署，5年内完成50%，7年内完成全部部署。垣信计划到明年底完成648颗一代星发射，实现区域网络覆盖。然后再花两年时间完成648颗二代卫星组网，实现全球网络覆盖。2030年底前，最终完成这个巨型星座的建设。

千帆星座只是中国目前规划的超万星的巨型星座之一。已经向国际电联申请的巨型星座还有星网和蓝箭鸿鹄星座。马斯克的星链发射高度依赖猎鹰九号的重复使用，花了5年多时间到目前也只发射了6000多颗星。那么，我们有能力在规定时间内完成数万颗卫星的发射吗？

答案在于火箭的复用，即可回收火箭。如果这些卫星都用一次性火箭发射，不仅需要巨大的火箭产能，其成本也将是不可承受之重，以致服务失去竞争力。

可回收火箭是巨型星座倒逼下唯一的选择。所幸，我们的可回收火箭已经呼之欲出！

6月23日，航天科技八院抓总研制的可重复使用运载火箭在酒泉完成了国内首次10公里级垂直起降飞行试验，全面验证了3.8米直径箭体结构、大承载着陆缓冲技术、大推力强变推可复用发动机技术、双低温增压输送技术、返回着陆的高精度导航制导控制技术及健康监测技术，为后续70公里级垂直起降试验及2025年实现4米级重复使用运载火箭首飞奠定了技术基础。3.8米箭体直径、140吨起飞质量均创中国可回收火箭记录。值得一提的是，此次试验采用了民企九州云箭研制的三台深度变推液氧甲烷“龙云”发动机。

与此同时，民企蓝箭航天也在紧锣密鼓地准备十公里级可回收火箭试飞。蓝箭年初进行过一次成功的可回收火箭试验，发射质量创下国内纪录。但不到半年就被八院超越。即将进行的十公里试验如果成功，蓝箭将追平八院，再次取得国内领先地位。国企和民企同场竞争、你追我赶，倒真是从未见过之新气象。即使在十年前，这也是无法想象的。不知不觉中，中国航天已经进入了一个新时代。

除了这两次分别由国家队和民商火箭公司完成的高规格试验，自2016年起，中国多款可回收试验火箭就已经进行了频繁的飞行试验。

翎客航天算是中国最早探索可回收火箭的先驱。这家2014年注册、号称中国首家的民营航天公司早在2016年便实现了实验火箭的系留悬停飞行。2018年初，在进行300多次系留飞行后，其RLV-T3小型实验火箭实现了中国首次可回收火箭的自由飞行和着陆。2019年3月27日、4月19日、8月10日，翎客航天的RLV-T5实验火箭在青海冷湖成功进行了高度20米、40米和300米的垂直飞行和回收。

不过，RLV-T5也只是一枚质量1.5吨、采用酒精燃料的小型火箭。翎客航天采用电泵甲烷发动机的RLV-T6亚轨道可回收火箭的研制自2022年以来似乎已陷入困境。如果没有新的投资，出身草根、顽强坚持多年的翎客航天将会成为死在沙滩上的先烈。但作为先驱，它依然值得我们尊敬。

第二个进入公众视野、研制可回收火箭的公司是深蓝航天。2021年7月23日，深蓝航天星云-M试验箭在陕西铜川试验基地完成了首次垂直起降自由飞行，高度十米，实现了液氧煤油可回收火箭零的突破。同年10月13日，星云-M又完成了百米级试飞。2022年5月6日，同一枚火箭三度发射，圆满完成公里级试飞和回收，创下当时国内可回收火箭的高度纪录。

不过，星云-M只是缩比试验箭，三次飞行后即完成使命。深蓝航天目前的重点已转到了3.35米直径的星云一号。星云一号全尺寸一子级高空和百公里级回收即将展开。今年年底，星云一号将在海南商业发射场进行轨道首飞，实现入轨即回收，从而成为中国第一枚轨道级可回收火箭，非常值得期待！

2023年11月2日，星际荣耀双曲线二号液氧甲烷复用验证箭在酒泉卫星发射中心点火升空，51秒后安全着陆，飞行最大高度178米。一个多月后的12月10日，该火箭实现了复飞，飞行高度达到了343米。双曲线二号是国内首枚直径3.35米的全尺寸回收试验箭。在星际荣耀小固体火箭一连串失败后，这两次成功大大增强了业界对其中型液体火箭双曲线三号的信心。

2024年1月19日，蓝箭航天VTVL-1试验箭在酒泉卫星发射中心点火起飞，飞行高度约350米。飞行约60秒后，火箭着陆平稳，落点准确，试验取得圆满成功，为即将进行的十公里级回收试飞奠定了基础。这枚不锈钢试验箭直径3.35米，质量50.3吨，推力80吨，创下当时国内最大可回收火箭纪录。

中国可回收火箭自由飞行高度记录图源：科工力量自制

2024年1月26日，航天科工快舟VTVL试验箭成功进行了起降测试。该箭采用自研10吨级鸣凤-1开式甲烷发动机。但这是一次起飞高度只有约10米的系绳飞行，和竞争对手相比，差距还很大。

此外，航天科技一院“孔雀”验证飞行器、中科宇航垂直回收验证飞行器、星河动力“智神星一号”大型可回收液体火箭的缩比验证平台“火鸟一号”分别在2020年9月、2023年1月和2023年7月进行了低空试飞。但它们都使用了航空发动机，严格说并不是火箭。

总结一下，到目前为止，中国已经有一家公司实现了十公里级火箭发射和回收，四家实现了低空回收，四家实现了系绳或航发驱动飞行及回收。这九家公司中，只有3.5家是国企（中科宇航为混合制公司）。这是中国航天史上，第一次出现民企引领的局面。

事实上，规划有可回收火箭的公司不止以上九家，还有天兵科技、东方空间、空天引擎、箭元科技等也在摩拳擦掌，不久也会加入回收试验俱乐部。从年底起，我们将会陆续看到星云一号、智神星一号、天龙三号、朱雀三号、双曲线三号、力箭二号、引力二号、远行者一号、长征六号X、长征十号等一系列轨道级可回收火箭的问世。猎鹰九号和星舰孤独求败的日子很快就要结束了。

再来比较一下美国的情况。

美国是可回收火箭的真正先驱。1993年8月18日，麦道DC-X试验火箭便实现了垂直起飞和着陆。经过升级的型号DC-XA达到的最大高度是3.14公里。1996年7月31日，DC-XA在着陆时倾倒坠毁。这个项目从此画上了句号。以DC-XA为基础放大的型号参加了NASA X-33单级入轨航天运输系统的竞标，但未能中标。

十多年后，NASA开始扶植商业航天。2006到2009年，NASA举办了一个登月舱挑战赛。前后有八个团队（公司）参加了竞赛，但只有4个团队的6个小火箭进行了竞赛飞行。犰狳航天和马斯滕空间两个公司最后得奖。然后，就没有然后了。

马斯克是真正实现火箭回收复用的第一人。猎鹰九号一级、重型猎鹰助推器回收已经非常成熟。复用最多的助推器已经实现了22手复飞。虽然星舰至今仍未能实现一二级回收，但二级十公里级试飞回收三年前就已经获得成功。星舰实现全箭回收复用应该只是时间问题。可以预见，星舰回收一旦成功，发射费用将再次大幅下降，从而加快人类走向星辰大海的步伐。SpaceX在火箭回收复用方面的领先地位一时无法撼动。

图13 SpaceX猎鹰九号海上着陆（图源：SpaceX）

图14 SpaceX星舰测试飞行（图源：SpaceX）

亚马逊老板贝佐斯的蓝源公司拥有世界上第一款实用化的垂直起降火箭 - 新谢泼德号，因为它在2015年11月就实现了垂直着陆，比猎鹰九号还早了一个月。它也是唯一的单级全复用亚轨道载人火箭。在近9年时间里，它发射了26次。2022年9月22日，新谢泼德2号火箭创下第9飞的记录，但不幸失事坠毁，至今未恢复元气。自去年年底复飞以来，它只进行了两次飞行。发射次数少导致成本高居不下，亚轨道太空旅游市场和这款火箭的前景不容乐观。

图15 新谢泼德号着陆（图源：Blue Origin）

美国火箭实验室的电子号是一款成功的小型火箭。它也一直在尝试回收和复用。从2020年底开始，它已经多次用伞降海上溅落方式成功回收了第一级。但空中回收，即用直升机空中钩住降落伞的方式，始终没有取得完全成功。由于溅落冲击和海水腐蚀，电子号复飞所需的检修和维护比垂直动力着陆麻烦得多。到目前为止，火箭实验室只实现了一台发动机的复飞。回收成功近四年后，第一级整级复飞依然没有时间表。

美国可回收火箭经历三十多年的发展，最终结成正果的只有SpaceX一家。蓝源和火箭实验室虽然实现了复用和部分复用，但每年回收次数寥寥无几，对行业发展几无影响，完全不是SpaceX的对手。而传统航天巨头如波音、洛马几十年来乏善可陈，几乎放弃了可回收火箭的研制。美国可回收火箭目前就是SpaceX一家独大的局面。

比较中美两国可回收火箭发展状况，我们发现在技术方案和实施路径上，中美差异不大，中国基本上就是摸着猎鹰九号在过河。但在产业格局和市场环境上，两国则差异很大。

我们必须承认，SpaceX十多年前在可回收火箭上的突破改变了世界航天发展的进程，影响极为深远。人类探索火箭复用技术半个多世纪，除了航天飞机这个不算成功的尝试，其他数十个项目无一结成正果。马斯克的激进创新一开始也并不为人看好。火箭垂直着陆长期以来一直被视为难度最大的着陆方式，几乎无人敢于尝试。但猎鹰九号成功了。实事求是地说，在航天技术重大创新方面，SpaceX依然遥遥领先。

因此，我们在目前阶段采用跟随战略是完全正确的，它可以让我们避开许多别人踩过的坑，少走弯路，提高效率。没有必要重复发明轮子。

另一方面，中国的航天产业格局是，两大国有航天集团非常强大，而民商航天企业数量众多，多家头部公司实力相当，没有出现美国SpaceX一家独大的“准垄断”局面。所以，这个市场必然更卷，竞争更激烈，淘汰率更高。与很多西方经济学家的断言相反，强大的国企和众多民企同场竞争的结果是，中国在可回收火箭的发展上更接近完全竞争市场。理论上，这样的市场将会产生资源配置最合理、生产效率最高、最能满足需求、社会效益也最大的产品。

事实上，由于中国强大的产业链优势，专业分工更细、市场更开放、生态也更强大，中国火箭研制已经形成了不同于SpaceX垂直整合的模式。举例说，航天科技八院的十公里试验箭破天荒地使用了民商航天九州云箭的龙云液氧甲烷发动机。而天兵科技的天龙二号第一级则使用了国家队航天科技六院的YF-102煤油发动机。航天驭星等商业测控公司承担了几乎所有民营火箭的发射测控。来自全球最高效供应链的高性价比商用器件更是被大量使用。这是美国不具备的条件。通过这样的优化配置，做到比SpaceX更低的发射成本不是梦想。

当然，无论是中国国内可回收火箭的竞争，还是中美的竞争，目前才刚刚开始。SpaceX等了十多年，现在终于等来了真正的对手。今后四五年将精彩纷呈，中国的三大巨型星座后期巨大的发射量必然要依靠可回收火箭来完成。我们将看到新的实力玩家脱颖而出，也会看到不少公司被残酷淘汰。

中国进入可回收火箭领域，将是继猎鹰九号实现火箭复用后世界航天发展一个新的里程碑，也许会成为大规模太空开发的重要开端。这样的例子发生过，那就是智能电动汽车。马斯克的激进创新造就了特斯拉，但有望打败燃油车的不是特斯拉，而是中国。中国虽然是跟随者，但强大的产业链基础和卷到极致的完全竞争市场，使得中国电动车市场在全球范围内一骑绝尘、遥遥领先，在很多技术领域也已经超越特斯拉。

历史会重演吗？中国商业航天有机会超越SpaceX吗？我们将拭目以待。

千帆竞渡，百舸争流，星辰大海竞自由。中华民族已经错过了太多的东西，不能再错过太空。所以，我们来了！

本文来自微信公众号：科工力量，作者：陈蓝