衛星發射，買貴的還是買對的？
編者按：
發射一枚衛星到底需要多少錢？既然SpaceX的火箭很便宜，為什麼ULA公司還能接到訂單？如果擔心Falcon9火箭的可靠性，怎麼還有這麼多用戶信任它？中國的火箭到底貴還是不貴？要客觀回答這些問題，需要仔細梳理價格背後的秘密。今天的「貓」眼看天專欄，大咖與您聊聊火箭發射價格背後的因素。
衛星發射，買貴的還是買對的？
——解析火箭發射費用問題
作者：新流浪貓
SpaceX就像一條鯰魚，攪動了航天商業發射市場。從它開始執行商業航天發射以來，有關低成本發射問題的討論在業界就不絕於耳。客觀理性分析各類火箭發射任務成本，更有助於客戶對發射市場的理解。本文試圖從不同型號以及價格影響相關因素分析出發，梳理出一些客觀規律。鑒於各種衛星的軌道不一樣，難以比較。這裡為了分析方便，將所有發射場景均歸一到高度200km、傾角28.5°的LEO軌道來對比。
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美國主要運載火箭的發射費
Falcon 9
SpaceX公司的Falcon9絕對是商業發射市場的明星，其以極具競爭力的價格吸引了大量的用戶，那麼，該公司的發射價格究竟是什麼量級呢？從圖1我們可以做一個簡單的分析。
圖1 美國主要運載火箭發射費用統計
1) 純商業發射
截止到2017年9月7日，SpaceX一共進行了13次商業發射，將296t有效載荷送入軌道。在商業市場Falcon9的報價為6200萬美元，摺合LEO軌道運載能力22.8噸計算，每公斤的發射費用約為2719美元。
2）NASA Class-C發射任務
3）國防部的衛星
4）國際空間站貨運任務，批量購買
SpaceX發射前往國際空間站的貨運飛船，NASA採用批量訂購的模式，發射費用約6800萬美元，或2991美元/kg，比非政府類項目高10%左右。
5）NASA高於Class-C的發射任務
SpaceX發射NASA SWOT衛星（Class未知，但應該高於C級），總費用達1.12億美元，比非政府項目高81%。
6）其他軍用衛星
SpaceX發射國防部DSCOVR衛星，總費用達1.09億美元，比非政府類項目高76%。
ULA公司
1）Atlas V 401
2）Atlas V551/541
Atlas V 551的運載能力為18.856t，發射商業載荷時，總費用為1.63億美元，每公斤的發射費用達2.2051萬美元。
Atlas V 541的運載能力為17.443t，發射NASA A/B級科學試驗衛星時，總費用為1.4333億美元，比非政府類項目高52%。
3）Delta 4 重型
該火箭運載能力為28.79t，總費用3.36億美元。即1.1660萬美元/千克。
如果考慮ULA公司採用Atlas、Delta兩型火箭發射國防部的衛星，其平均的發射費用達到3.11億美元，每公斤的費用為2.5649萬美元。
SLS重型運載火箭
SLS是美國政府投資的重型運載火箭，這樣的巨無霸型火箭，發射費用自然是相當之高。根據2017年的預測，在不考慮上面級的情況下（並且不是發射Orion飛船的任務），按其近地軌道運載能力70t計算，如果一年只發射一次，其總費用達21.07億美元（包含一部分地面操作的費用），約3.01萬美元/千克。如果一年發射兩次，單發費用為10.94億美元，約1.5628萬美元/千克。隨著SLS首飛的延期，該發射費用預計還會增長。
圖2 美國主流運載火箭每公斤載荷發射費用對比
圖2從另一個維度來分析運載能力和每公斤載荷的發射費用，其中橫坐標為每次發射的載荷重量，縱坐標為發射總價，坐標內的斜線是每公斤有效載荷的發射費用。
同樣以Falcon9為例，標註為4，8A，8B，和9B的，分別為上文提到的SpaceX公司發射國防部、NASA和商業衛星的費用，可見軍用衛星的發射費用最高。而當考慮為國際空間站運送貨物時，考慮到龍飛船的費用，那麼上行貨物每公斤的費用將接近8萬美元/千克（小編插句話：Antares火箭和Cygnus飛船竟超過了8萬美元/千克，小編認為這其中要麼有腐敗，要麼就是NASA在有意扶持這家公司成為SpaceX的競爭對手，估計SpaceX在發展期也受過這樣的恩惠）。
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考慮價格的主要因素
對於美國的火箭價格，要從以下幾個方面來考慮：
1）誰在採購發射？
是NASA發射服務計劃( NASA LaunchServices Program)、NASA國際空間站運輸辦公室項目（ NASA ISS Transportation Office，貨運）、還是NASA國際空間站商業乘員辦公室項目（NASA ISSCommercial Crew Office）？是國防部/空軍國家偵察辦公室（National Reconnaissance Office，NRO），還是一個私營部門的客戶？
2）發射服務是如何採購的？
是批量訂購發射服務，還是與其他項目沒有關係的單獨採購？或是僅僅作為一種服務（比如國際空間站的貨運）？
3）是否與其他項目一起採購？
如採購獵鷹9火箭的同時是否也採購了龍飛船？
4）用於發射什麼載荷？
是簡單的貨運、重複或相似的任務，還是更複雜、不可替代或獨特的發射？是否涉及載人飛行？
表1 NASA有效載荷的風險分級
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世界範圍內發射費用分析
圖3中增加了俄羅斯、中國、日本和印度運載火箭發射費用的對比。對比國內運載火箭，圖中給出了CZ-2D和CZ-3B兩型火箭的數據。按照該統計，俄羅斯的Proton-M運載火箭的發射費用是除去SpaceX之後最便宜的，我國CZ-3B的發射費用超過了印度的GSLV，也比SpaceX發射國防部衛星的費用高。很顯然，ULA公司的火箭非常昂貴，但同時也看到一個現象，小型運載火箭折算出每公斤的發射費用也是相當高的，這主要是因為火箭雖小但五臟俱全，但運載能力小，每公斤平攤的發射成本就顯得較高，但是發射總價偏低。
圖3 各國運載火箭發射費用對比
小載荷發射費用的這一特點從圖4也可以可看出來，可以重點比對圖4中SpaceX搭載小衛星的發射費用。目前有兩種搭載方式，一種採用「聚合式皮衛星軌道部署器」（Poly Picosatellite Orbital Deployer，PPOD），每公斤的發射費用高達8~9萬美元，但其重量只有3公斤左右。另一種方式為「改進的一次性運載火箭第二有效載荷適配器」（Evolved Expendable Launch Vehicle Secondary Payload Adapter, ESPA），每公斤的發射費用接近3萬美元，其總重量不到200千克。如此看來，在SpaceX上搭個便車並不便宜！（小編：其實，用專用的小火箭也不會便宜，看看Vega, SpaceFlight, VG Launcher One, Rocket Labs的單位成本就知道了，千萬不要被商業策劃書給忽悠了......）
圖4 近期各種火箭發射價格對比（含開發中的火箭）
通過上面的分析可以看到：
在美國，SpaceX的發射費用確實比ULA公司要低很多，但美國大量的軍用衛星、NASA A/B級的衛星，還是採用ULA公司的火箭；SpcaceX在C/D類NASA的任務和少量軍用衛星的任務中，其發射費用也比商業衛星的發射要高出很多。事實上，SpaceX公司的火箭為美國軍方提供了與ULA議價的能力，但不代表最終會選擇SpaceX的火箭來完成重要的國家任務。火箭的發射任務要分級，不能一窩蜂全以商業發射來衡量。
圖5 各國（機構）年度商業發射數量
不過，按照圖5的統計，截至2017年9月11日，中國發射的衛星中屬於商業衛星的數量是——0！
所以，小夥伴兒們，別總拿中國火箭的發射費用與SpaceX的火箭發射費進行，這顯然是沒有意義的。要對比也得跟ULA的火箭進行對比！
編後語：
不是那麼重要的衛星（當然，沒有人願意承認自己的衛星不重要），就要能忍受失敗的風險，這樣能享受到價格上的優惠；確實獨一無二的載荷，也要有配得上的高端大氣上檔次的火箭，能夠保證發射的可靠性。
一分錢一分貨的道理在火箭上也是存在的，否則美國軍方就那麼傻，有幾千萬美元的火箭不用，非選擇上億美元的火箭？
當然，土豪隨意~
（註：原創文章，轉載請與我們聯繫）
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