商業(yè)火箭頭部公司已然浮現(xiàn)，誰會成為中國的SpaceX？

今年是中國商業(yè)火箭取得突破性進展的一年。天兵科技天龍二號成為國內(nèi)民營液氧煤油入軌第一箭，藍箭航天朱雀二號成為世界上甲烷入軌第一箭，極大地提振了民營航天的信心。中國商業(yè)航天進入了以液體火箭為主角的下半場。另一方面，固體火箭的步伐也沒有停止。星際榮耀復飛成功，星河動力七戰(zhàn)七捷，中科宇航一箭26星，東方空間正在緊鑼密鼓地準備世界上最大固體火箭的軌道發(fā)射。這一盛況甚至讓僅有SpaceX一枝獨秀的美國商業(yè)航天也相形見絀。

然而，中國的商業(yè)航天仍然比較年輕。多年來，各種輕視、懷疑和爭議從來沒有中斷過，人們對商業(yè)航天的認知也常常存在混亂甚至沖突，至今仍有很多人不看好商業(yè)航天。商業(yè)航天是一個充滿理想主義和英雄主義的行業(yè)，是一個波瀾壯闊、坡長雪厚的行業(yè)，更是一個不經(jīng)深入必然霧里看花的行業(yè)。它不僅需要星辰大海的情懷，也需要腳踏實地的科學精神和商業(yè)價值判斷。

筆者從Space X成立不久就開始關注美國商業(yè)航天，也第一時間跟蹤國內(nèi)商業(yè)航天企業(yè)的發(fā)展，一直在嘗試從內(nèi)在規(guī)律和底層邏輯去認知商業(yè)航天（尤其是火箭）。這篇文章就是試圖深入商業(yè)火箭的研制規(guī)律和價值核心，來幫助我們審視這樣一個硬科技行業(yè)。

商業(yè)火箭的技術路線

火箭通常按照推進劑種類劃分為液體和固體兩類，其中液體燃料又包括甲烷、煤油、液氫和肼類推進劑等。液氫比沖值最高、無毒、無污染，是非常理想的航天燃料，但由于密度低且氫分子極易逃逸，液氫火箭的貯箱和增壓輸送裝置工藝復雜、體積龐大、造價昂貴，難以商用；肼類推進劑雖然狀態(tài)穩(wěn)定，但毒性很大，對商用并不友好。

因此，商業(yè)火箭可選的推進劑路線只剩下甲烷、煤油和固體燃料。我國航天產(chǎn)業(yè)已經(jīng)歷幾十年的發(fā)展，擺在中國商業(yè)火箭企業(yè)面前的現(xiàn)實情況是：

固體火箭：結構簡單、門檻較低，既有航天體系已有成熟的技術積累和型號產(chǎn)品，如快舟、捷龍系列。由于固體火箭動力系統(tǒng)技術成熟，同時又不向民營開放，固體商業(yè)火箭公司必然會采用外采/外包模式。這個模式對團隊和資金的規(guī)模要求相對較低，更能加快研制步伐。在資源保障充分的情況下，商業(yè)火箭企業(yè)能在2年時間內(nèi)就研制出一款固體火箭。

煤油火箭：結構復雜，門檻較高，既有航天體系已有成熟的技術積累和型號產(chǎn)品。長五、長六、長七、長八都是液氧煤油火箭。如果基于自研發(fā)動機研制一款新型煤油火箭，那么對團隊和資金的規(guī)模都很大，研制周期會很長，所需要的資源要遠高于固體火箭。由于中國煤油火箭的積累較多，如果團隊經(jīng)驗比較豐富，能一定程度上減少技術摸索的時間。

甲烷火箭：代表了行業(yè)發(fā)展趨勢，不僅燃料價格最低，而且不存在發(fā)動機積碳問題，使得它天然適合復用，還能實現(xiàn)煤油難以企及的全流量分級燃燒循環(huán)，應該說對商用最理想。但它結構復雜，門檻最高，既有航天體系在甲烷火箭方面的積累很少。如果商業(yè)火箭公司選擇甲烷火箭，必須獨立自主研制發(fā)動機，會涉及較多新技術、新工藝的摸索問題。甲烷火箭研制周期很長，對團隊和資源保障要求較高。

順便說，一般人們都認為固體火箭的研制周期要比液體火箭短。事實上這種說法并不完全準確。決定火箭研制周期的主要因素并非火箭類型，而是核心系統(tǒng)（主要是動力系統(tǒng)）的研制方式：自研或外采/外包。全部自研的火箭周期必然會更長。而我國的國情決定了固體火箭的主要工作（尤其是風險最大的裝藥）只能由特定資質(zhì)企業(yè)從事。商業(yè)火箭公司必然采用外采/外包方式，至少是部分外包，所以能縮短研制周期，但另一方面也增加了制約因素。

目前的行業(yè)共識是：固體代表當下（容易實現(xiàn)），液體才是未來，單靠固體型號難以去支撐一家火箭公司的業(yè)務和估值。所以，不管實際研制進度如何，中國所有的商業(yè)火箭公司都有明確的液體火箭型號計劃。

對于商業(yè)火箭企業(yè)來說，先固后液無疑是資源約束下的現(xiàn)實選擇，可以幫助企業(yè)前期走的更穩(wěn)，但后續(xù)向液體型號轉型時，必然會面臨固液型號共存的資源消耗問題，或者由固向液轉型的自我革命問題。而對于選擇直接攻堅液體火箭的企業(yè)，則會在長期的研制過程中面臨持續(xù)的資源保障壓力。當然，這條路一旦堅持下來并跑通，也將構建起來足夠高的競爭壁壘。

商業(yè)火箭頭部公司已然浮現(xiàn)

如果從2014年翎客航天成立算起，中國民營商業(yè)火箭公司已經(jīng)走過了九個年頭。到目前為止，已經(jīng)有五家企業(yè)實現(xiàn)了入軌發(fā)射，還有一家（東方空間）將在年內(nèi)首飛。這幾家公司大概率將成為中國民營商業(yè)火箭的頭部公司。有意思的是，他們似乎都有意無意地采取了“差異化競爭”的策略，做出了不盡相同的技術路線選擇（以下按成立時間排序）：

圖自新財富雜志

藍箭航天（技術路線：甲烷）

2015年6月成立，中國最早成立的民營運載火箭企業(yè)之一。藍箭堅持自研發(fā)動機，2016年全面啟動液氧甲烷發(fā)動機的研制，已建成湖州發(fā)動機生產(chǎn)制造基地、嘉興全箭總裝基地以及酒泉液氧甲烷專屬發(fā)射基地。2023年7月，基于藍箭航天自研發(fā)動機系統(tǒng)構建的朱雀二號遙二火箭成功發(fā)射，成為全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭，也是首枚民企自研動力系統(tǒng)中型液體火箭，一舉奠定了藍箭航天的行業(yè)地位。

朱雀二號的SSO運力1.5噸（后續(xù)改進型號提升至4噸），是目前已入軌的運載能力最大的民商火箭。藍箭已經(jīng)完成了發(fā)動機、總裝基地以及發(fā)射場的全產(chǎn)業(yè)鏈布局，有著明確的商業(yè)運營計劃，預計朱雀二號將是藍箭航天未來幾年的主力型號產(chǎn)品。

朱雀二號飛行成功后，藍箭航天公開提到了后續(xù)的“可回收型號”，但未公布具體信息?？紤]到朱雀二號的一級箭體直徑和發(fā)動機布局，很難直接優(yōu)化出一款可回收型號。后續(xù)可回收型號估計是一型大型運載火箭并大概率會沿用朱雀二號的80噸發(fā)動機，有較好的技術繼承性和可靠性積累，有利于縮短復用型號的研制周期。

星際榮耀（技術路線：小固體+甲烷）

2016年成立。2019年7月雙曲線一號遙一成功發(fā)射，成為中國民營航天首枚成功入軌的火箭，使星際榮耀一度成為社會關注度和資本認可度最高的商業(yè)火箭企業(yè)，所提出的“由固到液、由小到大、固液并舉、小步快跑、快速迭代、持續(xù)進化”的經(jīng)營理念具有廣泛的傳播度。但2021年2月后，雙曲線一號連續(xù)三次發(fā)射失利，使星際榮耀的發(fā)展節(jié)奏受到了很大影響。

2023年4月，雙曲線一號遙六成功發(fā)射。2023年7月，星際榮耀公布了后續(xù)型號圖譜，其中液體火箭的主力型號為雙曲線三號液氧甲烷火箭，直徑4.2米，全箭69米，一級并聯(lián)9臺“焦點二號”百噸級液氧甲烷發(fā)動機，500公里SSO運力為10.4噸（不回收）/6.2噸（復用）。2021年6月，雙曲線三號通過了方案論證轉段評審。最新的相關進展是2022年9月，焦點二號完成了火炬式點火器+針栓噴注器燃氣發(fā)生器聯(lián)合點火試驗。

按照公司規(guī)劃，固體的雙曲線一號預計到2025年實現(xiàn)10發(fā)/年的發(fā)射能力，意味著星際榮耀將堅持固液并舉的路線。公司還有雙曲線二號的飛行驗證規(guī)劃。作為一款自研動力系統(tǒng)、需要投入較多資源的大型液體火箭，雙曲線三號的首飛還有待時日。

星河動力（技術路線：小固體+煤油）

2018年成立，團隊風格低調(diào)務實，固液并舉的發(fā)展路線。2020年11月至2023年8月，星河動力的谷神星一號固體火箭連續(xù)七次成功入軌，在小固體火箭領域建立了可靠的品牌形象。由于小固體火箭的盈利和發(fā)展空間都相對有限，星河動力也一直尋求在液體型號上的突破。

2018年12月份，星河動力就啟動可復用液氧煤油火箭智神星一號的立項工作。智神星一號為兩級液氧煤油運載火箭，直徑3.35米，一級并聯(lián)7臺50噸級自研蒼穹煤油發(fā)動機，LEO運力5噸。由于星河動力固液并舉的路徑選擇，液體型號的優(yōu)先級較低，智神星一號的研制最近才開始提速。

2022年3月蒼穹發(fā)動機首次全系統(tǒng)試車成功。2023年5月，首枚智神星一號火箭在安徽池州工廠總裝下線，同時發(fā)動機試車基地建成。預計該基地將承擔動力系統(tǒng)一系列試車，逐步確定發(fā)動機狀態(tài)。預計非回收型智神星一號在2025年前具備飛行驗證條件。

中科宇航（技術路線：大固體+煤油）

2018年底成立，依托中國科學院力學研究所和空天飛行科技中心而設立的混合所有制商業(yè)航天企業(yè)，有著獨特的資源和體制優(yōu)勢。中科宇航選擇了大固體+液體的技術路線，2022年7月，力箭一號遙一火箭飛行驗證成功，成為中國最大固體火箭。2023年6月，力箭一號遙二火箭成功完成了一箭26星的飛行任務，在固體火箭領域建立了差異化的競爭優(yōu)勢。

中科宇航也有明確的液體型號規(guī)劃，在2019年即開始了液體發(fā)動機的研制，但和星河動力類似，中科宇航目前發(fā)展重心也在固體火箭型號上，因此液體型號的研制進度相對緩慢，公司所披露的進展信息也比較少。

2022年11月中科宇航曾公布了力箭二號的相關信息（小型液體火箭，動力系統(tǒng)采用80噸玄鳶二號+15噸玄鳶一號），但2023年6月份在巴黎航展上透露目前正全力研制液氧煤油火箭力箭三號，并未提及力箭二號的信息。力箭三號的研制進度和首飛時間也并不清晰。

天兵科技（技術路線：煤油）

2019年成立。天兵科技剛成立時以小眾推進劑HCP火箭起步，期間業(yè)內(nèi)還傳出要和九州云箭合作研制液氧甲烷火箭。2021技術路線切換至煤油火箭后，極速開發(fā)出液氧煤油火箭天龍二號并取得首飛成功，引起行業(yè)震動。天龍二號的研制周期約2年時間，比其他商業(yè)火箭公司固體火箭的研制周期還要短。

天龍二號并無后續(xù)飛行計劃。目前天兵科技的研制工作主要都轉向了“天龍三號”，天龍三號是目前中國商業(yè)火箭領域已發(fā)布的最強火箭，對標SpaceX的獵鷹九火箭，SSO運力達14噸，與長征五號的SSO運力（15噸）相近。天龍三號箭體直徑從天龍二號的3.35米增加到3.8米，自研的110噸天火12煤油發(fā)動機取代了天龍二號外購的YF-102發(fā)動機，飛行過的二級發(fā)動機也宣告退役。這意味著天龍三號研制幾乎需要從零開始。如果按公司計劃2024年5月首飛，意味著長五級別的液體火箭研制周期從10年縮短至3年，挑戰(zhàn)巨大！

有利的是，天兵通過天龍二號的成功積累了一定的液體型號研制經(jīng)驗，獲取了階段性所需的資金支持。天火12發(fā)動機可能深度借鑒了YF-102發(fā)動機，對于天龍三號的研制提供了一定基礎。但作為一款采用新發(fā)動機、新動力布局、新箭體結構、需新建發(fā)射工位的大型火箭，如果能如期首飛，那必定可載入航天史并讓獵鷹九號相形見絀。讓我們拭目以待！

東方空間（技術路線：捆綁固體+煤油）

2020年成立。可能是出于行業(yè)卡位和差異化競爭的考慮，東方空間以捆綁型超大固體火箭“引力一號”作為切入點。引力一號的SSO運力高達4.2噸，接近現(xiàn)役運力最強固體火箭歐空局織女星C的兩倍，研制成功后將成為世界上起飛量級最大、運力最強的固體運載火箭。無論是從產(chǎn)品構型上還是市場定位上，引力一號都是一款極具話題性的產(chǎn)品。

東方空間同樣公布了后續(xù)液體火箭的型號規(guī)劃，但目前公司發(fā)展重心仍在引力一號的研制上，液體火箭的研制仍處于早期階段。引力一號計劃于2023年底首飛。

下圖是中國主要商業(yè)火箭公司近年的進展：

參照系：SpaceX

SpaceX對中國商業(yè)火箭企業(yè)的影響是非常深遠的?；仡橲paceX的發(fā)展歷程（下表），對評估中國商業(yè)火箭未來發(fā)展依然有著重要的參考價值。

SpaceX二十年來的成功經(jīng)驗有很多。但筆者認為最重要的可能是以下幾條：

首先，SpaceX很早就將火箭復用作為發(fā)展方向，因為這是降低發(fā)射成本、航天大規(guī)模應用的唯一途徑。這一點幾乎是所有商業(yè)火箭公司的共識和共同目標，這里就不展開了。

第二，SpaceX從一開始就確定了液體火箭的技術路線，同時選擇了自研發(fā)動機的研制方式。這是當時初創(chuàng)航天公司中是不多見的。“動力先行”一直是中國航天的座右銘。發(fā)動機對火箭的重要性怎么強調(diào)都不過分。商業(yè)航天雖然強調(diào)效率和成本控制，但也必須遵循科學，遵循火箭研制的內(nèi)在規(guī)律和底層邏輯。前面已經(jīng)說過，自研液體火箭已經(jīng)成為中國商業(yè)航天的共識。而SpaceX在20年前就做對了這第一件事。

第三，SpaceX堅持“少而精”的發(fā)動機發(fā)展策略，20年只研制了兩大系列發(fā)動機。它的前10年專注于梅林這一款發(fā)動機，不斷優(yōu)化改進衍生出多款性能優(yōu)越的真空和海平面發(fā)動機，現(xiàn)有版本發(fā)動機推力比初版提升2.5倍！猛禽發(fā)動機也遵循了相同的發(fā)展軌跡，通過不斷提高室壓，在發(fā)動機自重基本不變的情況下，推力從185噸提升到了269噸。雖然這已屬頂級技術，但真正在驅(qū)動的是結果導向的底層商業(yè)邏輯。

第四，它選擇了甲烷作為星艦動力系統(tǒng)的燃料，研制了猛禽這款世界唯一的全流量分級燃燒火箭發(fā)動機。這也是商業(yè)航天的底層邏輯所決定的。既然復用是降低發(fā)射成本最根本的方式，那么選擇最適合復用的甲烷做燃料便天然合理。此外，相比煤油，甲烷還可以實現(xiàn)全流量分級燃燒，可以前所未有地壓榨發(fā)動機的性能，無疑也非常符合商業(yè)邏輯。SpaceX肯定權衡過甲烷機的難度、風險和開發(fā)周期。從猛禽目前的表現(xiàn)看，這個決策基本上已獲成功。

你可能已經(jīng)注意到，上述四條中三條都和發(fā)動機相關。的確，在航空航天領域，動力永遠是第一位的。所謂力大飛磚、大力出奇跡等。只要動力問題解決，其他問題，無論是各種構型，還是火箭回收，都會迎刃而解。我下節(jié)還會詳述。

事實證明，SpaceX的絕大多數(shù)選擇都是正確的，迄今為止它沒有走過太多彎路。它是中國商業(yè)航天的榜樣，也是最好的參照系。

火箭研制的內(nèi)在規(guī)律：動力先行、厚積薄發(fā)

SpaceX取得現(xiàn)在的成就不是偶然的。尊重客觀規(guī)律、持之以恒地向動力系統(tǒng)研發(fā)傾斜是它的成功秘訣之一。

火箭作為一種高復雜性、高可靠性、高精密性的系統(tǒng)集成產(chǎn)品，其研制過程是復雜的系統(tǒng)工程。影響火箭研制周期的主要因素包括動力系統(tǒng)的研制、全箭的總裝和測試，以及配套基礎設施的建設等。如果涉及新技術和新工藝，則更需要長時間的驗證和反復優(yōu)化。這是火箭研制的基本規(guī)律。火箭研制最困難的部分從來都不是理論設計，而是工程實現(xiàn)。所以，不管是什么類型的火箭，如果從發(fā)動機開始自主研制的話，周期都是很長的，因為發(fā)動機通常就是影響火箭研制周期的關鍵。

相比固體發(fā)動機，液體火箭發(fā)動機無論是結構還是工藝更為復雜。一款新型的液體發(fā)動機從開始立項到投產(chǎn)使用，期間需要反復經(jīng)歷“設計-制造-總裝-試車-設計優(yōu)化-制造-總裝-試車-設計優(yōu)化...”的循環(huán)。設計的優(yōu)化需要底層數(shù)據(jù)，底層數(shù)據(jù)只能通過地面試車或者飛行試驗來獲取，而設計優(yōu)化的實現(xiàn)往往又需要新工藝的配合，新工藝的摸索又需要時間來驗證。在單臺發(fā)動機的性能和穩(wěn)定性通過充分驗證后，火箭企業(yè)還需要通過子級動力系統(tǒng)試車來驗證多臺發(fā)動機之間的協(xié)調(diào)性和一致性，以及增壓輸送系統(tǒng)的合理性和可靠性。由于火箭動力系統(tǒng)和結構等其他系統(tǒng)是深度耦合、相互影響的關系，在動力系統(tǒng)得到驗證后，還需要通過多種測試，進一步驗證動力系統(tǒng)和其他系統(tǒng)之間的匹配性，包括一系列的接口管理、震動管理和受力分析等，過程中則需要通過設計或工藝上的優(yōu)化和調(diào)整，不斷對火箭進行調(diào)試，這也是一個相對漫長的過程，進一步拉長了火箭的研制周期。從行業(yè)規(guī)律來看，一款液體火箭發(fā)動機從立項研制到達到成熟狀態(tài)，需要近10年的時間。以SpaceX的梅林發(fā)動機為例，發(fā)動機從開始研制到首次飛行驗證（用于獵鷹一）耗時6年，從開始研制到應用于成熟型號（獵鷹九）耗時10年。梅林發(fā)動機在首飛驗證后又用了近10年時間反復迭代更新，才達到目前的成熟穩(wěn)定狀態(tài)。下面是全球范圍內(nèi)已進行過軌道發(fā)射（按首飛時間排列，含失?。┑纳虡I(yè)火箭?？梢妱恿ο到y(tǒng)研制方式對研制周期的重大影響。自研液體發(fā)動機到成熟普遍需要10年左右的時間。

· 獵鷹一號（SpaceX）：煤油，發(fā)動機自研，研制周期約6年（2002-2008）

· 獵鷹九號（SpaceX）：煤油，沿用獵鷹一號發(fā)動機，研制周期約5年（2005-2010）

· 電子號（Rocket Lab）：煤油，發(fā)動機自研，研制周期約7年（2012-2018）

· 朱雀一號（藍箭航天）：固體，發(fā)動機外采，研制周期約1年（2017-2018）

· 雙曲線一號（星際榮耀）：固體，發(fā)動機外采，研制周期約2.5年（2017-2019）

· 谷神星一號（星河動力）：固體，發(fā)動機部分外包，研制周期約2.5年（2018-2020）

· 力箭一號（中科宇航）：固體，發(fā)動機外采，研制周期約3年（2019-2022）

· 朱雀二號（藍箭航天）：甲烷，發(fā)動機自研，研制周期約8年（2016-2023）

· 人族一號（Relativity Space）：甲烷，發(fā)動機自研，研制周期約8年（2015-2023）

· 天龍二號（天兵科技）：煤油，發(fā)動機外采，研制周期約2年（2021-2023）

· 星艦-超重（SpaceX）：甲烷，發(fā)動機自研，研制周期約11年（2012-2023）