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厲害我的國!中國商業航天三年簡史:全產業鏈突圍與多場景趕超

同一天發生的兩件太空大事,顯示全球商業航天領域的競爭趨熱。

業內人士普遍認為,在已經跨入5月份的2018年,國內商業航天領域有望結束技術積累的「萌芽期」,迎來商業化全面爆發的新階段。

中國商業航天浪潮肇始於2015年前後。短短三年之間,政策和市場保持良好互動,深邃的太空被越來越多中國企業視為潛藏商機的寶礦。傳統航天時代唱主角的國家隊,擺弄資本風雲的上市公司,帶有工程師文化印記的初創項目,不約而同登上中國商業航天的舞台。

這三年,國內商業航天企業完成了從衛星設計研製、火箭研製發射到衛星在軌運營及商業化應用的「從0到1」,商業航天在國內逐漸形成自循環的生態系統;也正是這三年,以北斗導航、高景一號等重大專項突破為引領,中國商業航天企業不僅繼續深耕導航、通信、遙感三大主流市場,還開始擴展至衛星互聯網、高通量通信、科研實驗衛星等應用場景。

在商業航天的全球競賽中,藍色起源、Space X、One Web 等無疑處在第一梯隊。中國企業面向太空的拓展,已形成縮小與強者差距的追逐遊戲。

逐步實現全產業鏈覆蓋

在商業航天的語境中,2018年對國內的普通民眾似乎有著某種意義。

今年2月初,Space X的「重型獵鷹」火箭搭載著紅色跑車成功發射。人們當前對商業航天的熱情,以及輿論對中美航天產業差距帶有焦慮情緒的敘述,很大程度起源於這次發射。

即使從藍色起源、Space X 創立的2000年算起,美國商業航天也走過了十七八年的歷程。而中國直至2015年前後,商業航天企業才開始成規模湧現。僅用三年時間去追趕海外對手的十幾年,看起來難免讓人焦慮。

不過幸運的是,在商業航天的賽道上,中國企業與Space X等海外對手的差距正在縮小。

從衛星的設計研製,到火箭的研製發射,到衛星在軌運營與商業化應用,商業航天產業鏈上核心環節,國內都有相關企業的主營業務在萌芽和生長。

這意味著國內已經構建起了商業航天的全產業鏈,形成了一套自循環的生態系統。

在4月23日的首屆中國航天大會·商業航天產業國際論壇上,未來宇航空間技術研究院創始人牛旼援引該院的調研報告稱,圍繞著商業航天全產業鏈,目前國內不少城市已經分化出不同的功能。其中,北京成為航天人才聚集區和商業航天研發總部所在地,而武漢、西安、重慶、深圳等製造業鏈條和軍工配套完善的城市成為商業航天重要的製造基地。

在這條日漸補全的產業鏈上,國內企業最早實現的環節是衛星研製。電子元器件的普及,以及「立方星」技術的引進,使得全球研製微小衛星的成本和技術門檻雙雙降低。2016年年初成立的天儀研究院,於當年11月成功發射「瀟湘一號」。這是當前這股商業航天浪潮中,成功實現「上天」並在軌運營的第一顆商業衛星。在隨後的兩年間,上市公司歐比特的「珠海一號」、馮侖的「風馬牛一號」、九天微星的「少年星一號」等先後「上天」。衛星研製、衛星運營的鏈條被補全。

不過,相較於做火箭起家的「Space X」們,國內在商業火箭發射環節的空白仍是明顯的短板。

承擔起責任的,自然是傳統航天時代唱主角的國家隊。在今年過去的幾個月,航天科技已經完成商業發射主力火箭「長征十一號」的「拼車」和「專車」服務。這改變了過去商業衛星只能搭載國家任務發射剩餘載荷「順風車」的格局。

國企航天科工旗下的商業火箭公司已於2017年1月,用「快舟一號甲」火箭完成商業發射的首秀;而另一款專註於商業發射的主力火箭「快舟十一號」,則將在2018年上半年以「一箭六星」的形式完成首飛;航天科工在武漢布局的商業航天產業基地則將在2018年年底建成投產。

這還不是航天科工擁抱商業航天的全部,航天科工正試圖貫穿商業航天全產業鏈。在前述論壇上,航天科工總工藝師符志民提及他們對商業航天最新的「五雲一車」計劃。這項研發期長達10年的計劃包括火箭、衛星互聯網、空天飛機、超高時速的超級飛車等。

正在萌芽的還有中國民營火箭。公開信息顯示,翎客航天已於2017年宣布完成小型火箭懸停技術的驗證,這是實現火箭可回收的關鍵技術;零壹空間、藍箭航天等初創企業已完成火箭發動機技術的試車,並將整裝火箭的首秀時間表定在2018年;另一家成立僅一年時間的星際榮耀,已在海南的發射場完成火箭亞軌道飛行的技術驗證。

值得注意的是,這些初創企業設計研製的商業火箭,走的幾乎都是自主研發路線。

這也就意味著,首枚中國民營商業火箭,極大可能在近期誕生。中國民營企業實現商業航天的全產業鏈覆蓋,也有望在2018年完成。

建立完善的商業航天體系

中國商業航天拿得出手的,不僅是剛剛補全的產業鏈。從某些核心技術上看,中國沒有落後太多的結論也成立。

「從中國企業正在研發的前沿技術看,中國與美國等發達國家差距還不算大,沒有形成明顯的代差。」小火箭工作室創始人邢強說。他從事火箭技術研究和諮詢工作已有10年。

當前,商業航天最為關鍵的技術之一,是航天發動機技術。這是火箭、空天飛行器的主要動力系統。以液體發動機為例,當前最前沿的技術是探索研製液氧甲烷發動機。相較於當前主流的液氧煤油和液氫液氧兩個組合,液氧甲烷具有冷卻能力強、比沖高(考驗燃料性能指標之一,比沖越高油耗越少)、不易結焦等優點,同時單位質量燃料的成本只有煤油的1/3和液氫的1/30。這種特性使得液氧甲烷成為推動火箭、空天飛行器低成本、可重複使用的最理想組合。

在液氧甲烷發動機這條賽道上,走在最前面的是Space X 與藍色起源,兩家企業分別有代號為「猛禽」和「BE-4」的液氧甲烷發動機,均已研製成功並出廠。中國的速度也沒有慢太多,中國初創企業藍箭航天在近期已經宣布完成液氧甲烷發動機推力室的試車。

另有公開消息顯示,國家隊航天科技曾在2016年成功完成液氧甲烷發動機項目的研究。

「中國液氧甲烷發動機在推力室、噴注器等技術方面已經取得突破。」邢強說,「如果中國企業能夠完成整箭的裝備發射,就相當於中國追平世界最前沿水平。」

類似的情況還體現在發動機外殼材料上。國際上製造航天發動機的外殼,過去使用的是超高強度的D6AC合金鋼,如今的趨勢則是採用更先進的凱夫拉縴維和玻璃纖維纏繞的高強度複合材料。目前,美國的發動機外殼已開始大規模採用後者,中國雖然開始配備,但還未形成大規模運用的趨勢。

「中國的產業鏈配套和工業基礎正在迎頭趕上,」邢強告訴21世紀經濟報道記者,「這也體現了商業航天發展是建立在一國工業基礎之上的。」

但某些技術研發步伐的追趕,並不代表商業航天整體水平的接近。國內許多行業的創新經驗表明,擁有最先進技術的企業,並不一定是笑到最後的贏家。更何況,中國當前的技術還位居人後。

我國有名的空氣動力學家黃志澄就曾撰文分析要「理性培育顛覆性技術」。他提醒商業航天界的人們,顛覆性創新具有不確定性。假使這項新興技術能夠堅持前行,不斷完善而達到成熟,最終就有望得到廣泛運用。但許多新興技術在泡沫破滅之後,或由於缺乏資金的繼續投入,或由於技術本身的缺陷,並不能重新復甦,從而陷入了「死亡之谷」。

事實上,黃志澄描述的可能性,已經被近些年國內雙創浪潮中的某些行業所驗證。從商業邏輯上看,技術要真正地實現賦能,就一定要與具體、實際的需求結合起來。沒有需求,沒有可靠的商業化應用場景,技術就失去了意義。

從當前的情況看,國內當前的商業航天企業,還難有底氣說已經完全穿越「死亡之谷」。一些衛星運營企業已經找到科研試驗、衛星互聯網、航天+STEAM 教育等商業化場景,但更多企業的衛星和火箭還處在講故事的階段。

不過,諸如 One Web 等海外知名航天企業,也處於講故事的階段,其主營業務尚未真正落地。

即使是如今風光無二的Space X,在經歷多次試驗失敗資金告急的2008年,也險些跌入「死亡之谷」。拯救這家「明日之星」的是NASA 送來的高達16億美元的國際空間站補給合同。

這是美國完善的商業航天體系優勢所在。

中國國際工程諮詢有限公司國防業務部副主任劉富榮認為,美國的商業航天已經先後經歷放鬆管制、開放競爭兩個階段,進入鼓勵商業航天優先發展的3.0階段。目前,美國已經建立了完善的商業航天體系,這不僅包括政策、管理等宏觀環境,還包括供應鏈健康、產業鏈完整、競爭高效的產業體系。總體而言,中國商業航天體系還沒有建立起來,至相當於美國從放鬆管制到開放競爭的1.5階段。

4月24日,在哈爾濱的「中國航天日」活動的討論中,來自體制內外的多名人士均持這一觀點——中國企業正在努力追趕升級,可以學習發達國家,政策上鼓勵政府採購向民營企業開放,由此促進民營航天企業的發展。

中國航天基金會理事長吳志堅指出,只要不涉及國家安全,一般的航天產品和服務要交給市場,政府要最大限度地購買民營企業的航天產品、技術和服務。

4月24日,中國新舟航天基金在「中國航天日」主會場和航天系統某院所簽署了合作協議。該基金會董事長鄧小青告訴記者,雙方將合理尋找和培育有潛力的商業航天項目。同時,航天院所承接的國家課題的部分業務,將有望發包到民營企業。

Science科學創建者shkoh chao:國家計算機高級工程師,業餘天文學家和科普工作者。新浪微博認證博主,今日頭條認證科普作者,頭條問答簽約作者,騰訊企鵝科普達人,UC頭條認證科普作者,鳳凰新聞科技頻道科普作者。每天多篇前沿科學科技資訊讓你掌握一手科學信息。多篇科學探索文章,擴充你的腦容量,讓你成為大神般的十萬個為什麼的解密者。

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