大火箭競賽失利，我們不能再輸在商業航天爆發的前夜

隨著美、俄、歐、日、印新一代火箭的湧現，長征5號成為2016年前中國航天界和航天愛好者們持續十多年的一個期盼。根據第一張表格里的數據，長征5號首飛的那天，中國就將擁有全球現役運載能力第一，或者至少是和美國德爾塔4重型火箭各有千秋的並列第一的大火箭，把歐洲、日本、印度遠遠甩在身後。

一年多前，2016年11月3日，長5首飛，為了這個十多年的夢想，我飛到了海南文昌。

據當地政府統計，有12萬人湧入文昌觀看長5發射。我選擇的觀看地址——龍樓鎮淇水灣的海灘上，人山人海，許多人都和我一樣，大老遠來，從中午等到晚上，戰戰兢兢的期盼發射不要推遲，最終成功看到了大火箭首秀。下面是我拍攝的照片：

根據我們在世紀初的規劃，長征5號/7號將是我國在21世紀很長一段時間裡的發射主力，是我國進軍世界一流火箭的兩面大旗。而尚處於前期調研、還未立項的長征9號，才是我們進軍世界航天之巔、看齊美國的神器。

下圖從左到右分別是：美國研製中的SLS1、SLS2，中國的長5、長9火箭。

可以說，如果長征9真正立項並研發成功了，那麼它將躋身於人類最大火箭的行列，承擔起人類邁向火星、重返月球的使命。

然而，計劃趕不上變化，半路殺出個程咬金。

當我們的長征5號一次次推遲，直到2016年才首飛，當我們的長征9號尚未立項時。Musk在不斷的質疑和嘲諷中，將獵鷹系列火箭，從最初的近地軌道470千克的運力，提升到了前幾天發射成功的重型獵鷹的63.8噸。

我們長征5號「現役運力No.1(之一）」的頭銜，戴了一年多一點，就被一個運力2倍於自己的大傢伙給超越了。美國的近地軌道運力從20噸級一下子跳躍到了60噸級。

而SpaceX正在進展中的BFR，則將是一個近地軌道運力150噸（回收火箭）/ 250噸（不回收火箭）、大幅甩開土星5、長征9、SLS2的巨型火箭。

下圖為獵鷹1、獵鷹9、重型獵鷹、BFR的尺寸和運力對比：

在SpaceX頂著罵聲一次次取得成功後，其對於未來巨型火箭的野心，也不得不被世人所重視。

不只是運力上被趕超，在效率和價格方面，中美兩國官方機構的火箭在SpaceX面前也正在面臨不小的壓力。

大量的並聯小發動機、快速迭代提升運力、極小的發動機體積、極高的干質比，讓獵鷹9 FT火箭只用500多噸的重量，3.6米的直徑，一輛大卡車就能運輸的體積，最大運力就接近了傳統的大直徑捆綁式火箭（長5 800多噸、芯級5米、捆綁助推器）。

而可回收的概念，則讓SpaceX的發射價格，下降到堪比中印上一代火箭的極其低廉的程度。

重型獵鷹64噸的運力，只需要9000萬美元。相比起來，長征5號只有其一半不到的運力，價格普遍認為在1.5-2億美元，而和長5運力類似的NASA 德爾塔-4重型火箭，價格則高達4億美元一發。

在可靠性方面，獵鷹9系列火箭實現了49次發射47次成功，成功率95%+，比長征系列的94%+還略高，屬於全球發射成功率最高的火箭家族之一。

而我們的長5火箭，則在2017年第二次試射時失敗，從而將中國的空間站、登月採樣返回等大項目整體往後推延了2年左右。

純商業思維、沒有發射失敗帶來政治風險的擔憂、面向金錢來選擇商業模式和技術路線。在小發動機基礎上不斷迭代、大膽使用非傳統航天標準的器件和材料、大幅簡化模擬驗證流程，最終造出了和全世界官辦航天系統的思路都不一樣的新一代商業火箭——這就是SpaceX和Musk最為獨特的地方。

2018年，重型獵鷹使用27台並聯發動機發射成功。而計劃中的BFR巨型火箭，則將使用31台全新研製的猛禽甲烷發動機來實現Musk所說的火星/月球之旅。

下圖，Musk計劃中的，用BFR運載數十人登陸月球並建立基地：

雖然SpaceX已經實現了一個個奇蹟，但BFR的200噸甲烷發動機是全新研製的，31台200噸大型發動機並聯也是前所未有的，SpaceX的這一步可以說邁得有點大。

如果BFR真的在未來幾年成功了，那SpaceX就將讓美、中、俄、歐、日、印的傳統火箭研發機構進入到更加尷尬的境地——要不要加快研發可回收火箭？要不要重新梳理火箭設計思路？是繼續以發動機種類/能力為導向還是以商業成功為導向？

爆發臨界點的商業航天

如果說SpaceX代表了一種全新的大型商業火箭設計思路，那麼全球的商業衛星市場，也正在迎來一次突飛猛進的變革——微型衛星、小衛星星座，正在發揮越來越大的作用。

我們來看一個熟悉的例子：下面兩張圖是「吉林一號」衛星拍攝的美國費城海軍造船廠和日本東京皇宮。

下面是2015年10月第一次發射的「吉林一號」衛星組，包括一枚重450kg，解析度0.72米的光學主星和兩顆只有95kg的視頻星。

下面的鏈接，就是這個只有95kg重的小衛星拍攝的輪船、飛機、車流的視頻。

【高科技】 吉林一號視頻3星 視頻集錦www.bilibili.com

從2015年10月首發到現在，已經有10顆「吉林一號」衛星發射在軌運行。長春光機的目標是在2020年有60顆、2030年有138顆衛星在軌，用數量龐大的衛星星座來實現對全球任意地點每10分鐘重訪一次的密集觀測能力。

傳統意義上，無論是軍用還是商用，光學衛星都是解析度都是越高越好，1億美元、甚至10億+美元一顆的大型光學衛星是常態。

下圖，2.8噸重的world view 2 商業光學遙感衛星。

和傳統思路不同，許多時候人們對地觀察的需求並不是「越清晰越好」，而是需要儘可能長的連續跟蹤和儘可能短的重訪周期。在這樣的需求下，價格昂貴、數量少、清晰度高的大衛星就不如價格便宜、數量多、清晰度稍低的小衛星星座。

設想一下，如果「吉林一號」真的實現了138顆衛星在軌、對任意地點10分鐘重訪。那麼我們就具備了長時間跟蹤凝視重要移動目標的能力，其商業和軍事意義都不言而喻。

數量龐大的小衛星星座，除了能用於高密度光學遙感，還有一個重要的用途就是低延遲通信。

眾所周知，通訊衛星為了覆蓋儘可能大的範圍，通常需要安放在3.6萬公里高度的地區同步軌道上。然而3.6萬公里來回，即使是光速也會產生較長的通訊延遲。只有幾百到一千公里的低軌道通訊衛星，才能顯著減少通訊延遲。

當然了，低軌道就意味著低覆蓋，低覆蓋就意味著衛星的數量要多，而數量要多，衛星的單價就必須便宜。

低軌通信衛星最著名的案例就是「銥星」，下面是銥星的66顆衛星對地球的覆蓋動態圖。銥星位於781km的近地軌道，每顆衛星的覆蓋範圍都不大，靠數量多來完成全球覆蓋。

該項目一度由於投資太大而拖垮了摩托羅拉，但現在又起死回生。2017年1月，Space X為銥星發射了「一箭十星」。

銥星只是提供了語音通信，而現在正在流行的是「衛星寬頻」——飛機、高鐵上的wifi信號，就是由衛星提供。2017年4月，我國成功發射的「實踐十三號」衛星，這是一顆位於地球同步軌道的Ka頻段寬頻衛星，上個月該衛星正式交付使用，與此同時，我國四大航空公司也相繼開放了機上手機的使用。

「實踐十三號」將帶來什麼「實惠」？-中新網finance.chinanews.com

而即將迎來爆發的是「低軌寬頻衛星」，該領域目前最著名的公司是OneWeb。該公司由孫正義的軟銀領投，計劃在低軌和中軌道部署超過2000顆寬頻衛星，用來實現覆蓋全球的移動wifi服務。下面就是這個史上最龐大星座計劃的示意圖。

OneWeb的衛星只有110-120kg重，計劃每周批量生產15-20顆，成本將遠遠低於傳統的通訊衛星，這是其能大規模部署的前提。

除了OneWeb外，SpaceX和三星都提出了4000+顆低軌寬頻衛星的構想。國內的航天科工集團，也提出了由156顆衛星構成的「虹雲工程」寬頻衛星規劃。

除了上述這些小衛星星座以外，正在取得快速進展的還有「立方星（CubeSat）」，這類衛星只有幾公斤重，全壽命成本只需百萬美元量級，功能也相對簡單。

前段時間很有名的一個案例就是馮侖的「風馬牛一號衛星」，這是國內第一顆「私人衛星」。

「風馬牛一號」只有4公斤重，於10天前伴隨著長二丁火箭發射升空。整顆衛星的研製、發射、維護全壽命成本只有不到一百萬美元。其功能就是在太空中拍攝360度的4K圖像和視頻。

1月19日發射的長征11號火箭，是「一箭六星」，上面搭載了2顆「吉林一號」視頻星和4顆「立方星」——「淮安號」恩來星、天儀「瀟湘新區號」、天儀「亦庄·全圖通一號」、加拿大KIPP衛星。

而「長征11號火箭」，就是是航天科技集團針對「小衛星」發射需求而設計的一種小型固體火箭，可以用車載方式發射，方便、快捷、靈活。

專訪「長征十一號」總指揮楊毅強：未來發射衛星就像滴滴打車(圖)-搜狐滾動roll.sohu.com

不僅是小衛星市場在井噴式發展，火箭系統也開始了競爭。

航天科技集團推出了長11，航天科工集團就推出了快舟系列火箭。2017年1月9日，快舟1號甲火箭搭載著1顆吉林一號視頻星和2顆立方星升空，而快舟11號火箭也正在研發中，未來一兩年內就會發射。

綜上我們會發現：

• 衛星越來越小、越來越廉價，微小衛星替代了過去大衛星的部分功能，也催生出「私人衛星」、「娛樂衛星」這樣的新領域。
• 衛星的發射需求從過去的全球一年上百顆大衛星，變為未來全球一年上千顆、甚至更多的微小衛星。
• 可重複使用的液體大火箭和價格較低的固體小火箭在不斷湧現。SpaceX、長11、快舟等，可以相對廉價的一次性發射數顆，甚至數十顆微小衛星，讓小衛星的上天成本大大降低。
• 微小衛星和廉價火箭的共同作用，極大地降低了機構和個人探索空間的門檻，從而能將過去不敢想像的應用帶入太空，拓展出一副誘人的商業前景。

塞冬在這裡舉個例子：當一顆微型衛星的全壽命成本只需一百萬美元時，一個直播網紅的年收入，就可以支撐起一顆在太空中直播的微型衛星。「給衛星主播刷小火箭，帶你看太空日出」，恐怕不是一個遙遠的設想。

甚至，前段時間非常流行的在線答題遊戲，一場15分鐘答題的獎金就足夠發射一顆微型衛星。於是，「廣告星」、「品牌星」、「前後2kw像素柔光雙攝，照亮地球的美」，恐怕也不是什麼難事。

當衛星的門檻從幾噸變為幾公斤，從幾億變成幾百萬，會誕生出怎樣的商業應用，恐怕會遠超大家的想像。

我們的民營航天在哪裡？

SpaceX、OneWeb、立方星、長十一、快舟......說了這麼多，我們會看到，美國那些具有想像力的新火箭和小衛星群正在蓬勃發展著，美國發達的商業和融資環境、強大的航天技術和人才儲備、相對開放的政策環境，在未來幾年可能會造就一次商業航天產業新的突破。

如果OneWeb、SpaceX等的數千顆低軌通訊衛星在未來10年內變為現實，那麼他們就將搶先佔領稀缺的頻段和軌道資源，讓我們變得更加被動。

星辰大海不夠用了，馬斯克們都在搶衛星信號頻段 | 極客公園www.geekpark.net

上文所說的長11、快舟、吉林一號等，也是我們的體制內機構面向市場創造出來的新事物，相比美國以外的其他地區，我們的進展並不算慢，但和那些融資額巨大、隨時可能大爆發的美國公司相比，我們有被再次甩開的風險。

當下的中國，並不缺乏美國量級的融資能力，也具有很強的航天工業實力。如果政策寬鬆，我相信，按照SpaceX的路子——體制內技術外溢與體制外資本結合，也能創造出很強的戰鬥力。

那麼，截止現在，我們自己的民營航天公司在哪裡？他們的技術實力如何？

很巧，我國當下最重要的三家民營火箭公司都在北京，只不過都在塞冬家對角線另一頭的亦庄。這三家公司分別是：

• 零壹空間（OneSpace）
• 藍箭空間（LandSpace）
• 翎客航天（LinkSpace）

其中，進展最快、融資最多，最有可能首飛中國第一枚民營火箭的，是零壹空間。2017年12月，零壹空間的首台固體火箭發動機試車成功，預計將於2018年6月發射第一枚名為OS-X的亞軌道火箭，而第一枚真正入軌的OS-M火箭，則預計最早在2018年底發射。

中國首台商用火箭發動機整機試車完成-新聞-科學網news.sciencenet.cn

北京是個很神奇的地方，去年年底看到這個新聞後，我很興奮地在微博和知乎上發表了狀態和想法，慶祝中國民營航天邁出了重要的一步。而就在一個多月後，我就和零壹空間在知乎上建立了聯繫，自己也跑到了亦庄實地探訪了一番。

下圖就是新聞中試車成功的那台一級火箭發動機，發動機噴口有一部分已被切割下來進行檢測。

下圖為零壹空間近期規劃中的火箭型號，如果進展非常順利，在一年左右的時間裡，我們就可能會看到民營小火箭載著小衛星上天。

從上圖可以看到，零壹目前規劃中最大的OS-M4型號，其近地軌道運力為400kg，和2006年首飛的獵鷹1號火箭類似，都是一枚小型火箭，主打微小衛星市場。

下圖：SpaceX的獵鷹1、獵鷹9、獵鷹9FH、重型獵鷹。

12年前首飛的獵鷹1號，在現在看來屬於小個子，但僅僅12年後，SpaceX就發射了全球現役運力最強的火箭。

聽說我要去探訪民營火箭公司，朋友們問得最多的就是：「現在政策允許民營公司搞火箭么？」 ——這也是我非常關心的點，中國現在不缺錢，如果真有一個中國版的SpaceX，融資是不愁的，剩下的就看政策了。

針對這一點，零壹對我的回答是：從2014、15年開始，國家開始鼓勵社會資本進入航天領域、鼓勵軍民融合。他們前進的每一步，從發動機試車到後續的火箭發射，得到的大都是鼓勵而不是阻力。

鼓勵社會資本投資商業航天領域www.scio.gov.cn

除了政策以外，塞冬的另一個疑問就是——和體制內的長11、快舟等小火箭相比，民營小火箭的競爭力何在？針對這一點，零壹的發動機負責人，同時也曾是一位資深的體制內火箭研發骨幹，就體制內外的區別和塞冬進行了一番長談。

根據他的經歷，體制內航天機構的最大目標，是穩健和不出事故，這一點中外皆同。無論是NASA還是我們的國營航天企業，都會耗費巨資來進行地面測試和實驗，各類材料和零件的選用都相對保守，儘可能使用經過歷史考驗的「老舊」產品，各項設備都要滿足苛刻的「航天標準」，成本控制通常會讓位於可靠性，從而容易導致時間的拖延和發射成本的大幅增加。

而體制外的航天企業，最典型的如SpaceX，則是以最終的成本為目標，會大膽採用新技術：如使用模擬驗證代替實機實驗，使用最新的、可靠性已經很高的民用電子產品來替代相對老舊的航天標準電子產品。從而在時間成本、零部件成本、元器件重量等方面，都凸顯出優勢。而由於近些年民用技術的飛速進步，大膽使用新技術也並沒有帶來可靠性的下降。

總的來說，在相同技術條件下，思路的轉變、目標的轉變，就可能帶來不同的結果。

這位零壹空間技術骨幹的老東家，中國運載火箭技術研究院的原黨委書記梁小虹，在前幾天也說：「在SpaceX面前，我覺得自己老了」。

梁小虹：長征五號發射失敗的背後，誰能想到損失如此巨大-科技頻道-手機搜狐m.sohu.com

目前零壹空間已獲得了5億融資，火箭的發射載荷也已經有幾家在等著排隊。根據塞冬上文對商業航天市場前景的分析，如果零壹空間的火箭真能在2018年首飛成功，吸引到巨額的下一輪融資將是沒什麼懸念的。

而這一切，都取決於未來1-2年這個關鍵的時間點，取決於零壹的亞軌道和入軌火箭能否發射成功。畢竟，航天是一個風險極高的行業，幾次失敗就可能讓一個公司陷入萬劫不復。SpaceX在成長的過程中，也是頂著一片罵聲，在失敗中反覆迭代，極不容易的才取得了現在的成功——甚至現在也不能說完全成功。

另外兩家公司的進度則相對慢一些。

藍箭（LandSpace）最初選擇了從體制內機構購買液體發動機的方案，甚至已經和丹麥的小衛星公司簽訂了發射合同。然而發動機製造商突然宣布停止供貨，這讓藍箭重新開始自研發動機。這家公司已獲得了A輪融資，但由於發動機問題，整體進度比零壹空間要慢。

商業航天：馬斯克的中國追隨者www.landspace.com

翎客（LinkSpace）的創始人胡振宇是一位1993年出生的年輕人。他從中學時代就沉迷於火箭設計，是一位真正的「極客創業者」。下圖是胡振宇學生時代製作的探空火箭。

今年1月翎客完成的火箭發動機垂直回收實驗。

翎客計劃中的「新幹線一號」可回收火箭，計劃於2020年發射，運力為200kg / 500km太陽同步軌道。

總的來說，我們當前的民營火箭發展水平，還基本停留在本世紀初SpaceX獵鷹-1號初期的水準——會在幾年內把200-400kg的小衛星發入近地軌道。要想讓民營火箭達到獵鷹-9的水平，需要至少以下幾個條件：

• 政策允許體制內機構通過合理競價的方式出讓老舊中型火箭發動機的知識產權和製造能力給民營火箭公司。
• 允許體制內研究人員在脫秘前提下的人才自由流動。
• 民營火箭公司能在市場上獲得數億至十億美元量級的投資。
• 資本能夠耐心等待民營火箭公司十年以上的試錯期。

從目前的情況看來，3、4不難，1、2可能更難——「國有資產流失」、「國家人才流失」的罪過不好承擔。

2017年我國火箭幾次發射失利後，有評論認為：「就航天系統的那點工資，大家上班時都在討論北京節節攀升的房價，哪有心思好好乾活。」

如果我們仍然按照現有的火箭規劃，那麼就可能會眼睜睜看著美國的可回收大火箭載著小衛星群霸佔太空。我們的國家隊在經濟性上不佔優勢，民營隊在技術和人才上難以提升，就會長期處於一個相對尷尬的境地。

而放開人才和技術流動、讓民營資本在商業發射領域起到更大的作用，就是做大航天市場蛋糕、提升航天系統收入水平的必由之路。

這裡並不是說要讓整個航天系統「私有化」，對於「國家隊」和「民營隊」的分工，長11的總指揮楊毅強是這樣說的：

「國家層面應該重點主導探月、載人等項目，低軌市場應逐漸放開，社會資本應該逐漸進入低軌的小衛星市場和小火箭市場。」

戰略性目標和純商業目標分開運作，互不耽誤，恐怕是一種更好的解決方案。

小結

總的來說，我們在航天領域的進步是很大的。如果世界的航天格局繼續按照原有的路徑發展下去，我們在2020-30年代，就能真正躋身於世界一流行列。

但是，計劃趕不上變化，如今的世界，正處於商業航天大爆發的前夜。層出不窮的新概念，讓整個世界的傳統航天機構都感到一絲尷尬。

然而，無論SpaceX讓NASA如何尷尬，他們都屬於一國。隨著其內部競爭，NASA負責戰略性的探索任務、SpaceX等負責多樣化的商業應用，都將有利於美國。

而我們的處境則不同，要想趕上這波新的浪潮，讓我們的航天實力匹配得上我們的綜合國力，讓我們的火箭能滿足國民經濟多樣化的衛星需求，我們就得尋求改變。

也許是體制內機構深入地面向市場化進行自我改造。

也許是放開政策讓民營資本更多地進入商業航天市場。

就像我們國民經濟其他領域的改革一樣，這兩條路都有樣本可循。航天領域固然特殊，但其經濟邏輯都是相通的。哪條路好，該偏向於哪條路，或許每個人都會有自己的理解。

總而言之，時不我待，一個嶄新的未來就在眼前。是抓住它，還是被拋下，可能對手並不會給我們太多的猶豫時間。

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