《電子技術(shù)應(yīng)用》
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商業(yè)化,,航天的必由之路

2022-09-06
來源:投資界
關(guān)鍵詞: 商業(yè)航天 火箭

本篇是險峰商業(yè)航天系列的首篇,,按慣例先拋幾個問題:

1、火箭在整個商業(yè)航天市場中的占比很小,,但為什么大部分風(fēng)險投資卻都流向了這一領(lǐng)域,?

2、我們總看到民營火箭發(fā)射失敗的新聞,,民營公司的技術(shù)到底如何,?

3、為什么中國商業(yè)航天領(lǐng)域會有所謂的「固液之爭」,?

4,、為什么說「商業(yè)化」是航天產(chǎn)業(yè)的必由之路?

這個2022的秋日里,,讓我們一起來聊聊火箭,,聊聊商業(yè)航天的現(xiàn)狀和未來。

2014年諾蘭的滿分神作《星際穿越》里,,地球陷入末日危機(jī),,人類面臨肆虐的沙塵暴和大饑荒,眼看走向滅亡,,只能向外太空尋找新的家園……

最終,,引力方程被破解,愛和人性戰(zhàn)勝了一切,,全人類因移民太空而獲救,。

諾蘭用一個peace & love的結(jié)尾,討巧地實現(xiàn)了最后的大團(tuán)圓,,卻把他真正想表達(dá)的意思,,藏在一段不起眼臺詞中:

劇中的人類早早放棄對外部資源的求索,從此走上了內(nèi)卷的不歸路,,即便沒有后來的自然災(zāi)害,,其最終命運也早已注定。

“不要溫和地走進(jìn)那個良夜,,老年應(yīng)當(dāng)在日暮時燃燒咆哮,,怒斥,怒斥光明的消逝”。

縱觀今天太空探索領(lǐng)域,,全球也只剩下中 美兩個選手,,背負(fù)著人類命運孤獨前行。

火箭是一門怎樣的生意,?

整體來看,今天全球商業(yè)航天基本上只屬于兩強(qiáng)的競技場,。

自2012-2022的10年間,,全球商業(yè)航天中3/4的風(fēng)險投資都來自于中 美兩國,遙遙*于英國法國印度等一眾傳統(tǒng)或新興航天大國,。

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(圖:中 美兩國占據(jù)了總投資的3/4,;數(shù)據(jù)來源:Space Capital)

從垂類來看,2021年全球航天市場總規(guī)模約為3860億美元,,這里面的大頭是衛(wèi)星,,占比72%(約2790億美元),剩下部分除去測運控,,最后才是火箭,,大概只占3%-5%,,因此火箭的實際市場規(guī)模其實要比衛(wèi)星小得多,。

但與之相反的另一個數(shù)據(jù)是:過去十年,全球VC對商業(yè)航天的投資中,,70%都流向了火箭制造與發(fā)射領(lǐng)域,。

這兩個看起來矛盾的結(jié)果,其實也很容易理解:要想富先修路,,火箭是整個航天產(chǎn)業(yè)最重要的基礎(chǔ)設(shè)施,,沒有足夠數(shù)量的火箭,其他一切的太空服務(wù)都是不存在的,,就像當(dāng)年沒有大型帆船,,人類也到不了新大陸。

因此,,火箭發(fā)射雖然只占了幾個點,,卻是一個強(qiáng)勢的賣方市場,尤其是在中國,。

究其原因,,這幾年中國的航天產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展,國家每年立項的衛(wèi)星,、飛船和空間站任務(wù)越來越多,,而火箭運力和發(fā)射場都有限(目前只有四個:酒泉、太原,、文昌,、西昌),,這里面還能對外提供商業(yè)服務(wù)的就更少了,導(dǎo)致下游很多衛(wèi)星公司都需要排隊等發(fā)射,,一般6-12個月起步,,所以哪怕是用靜態(tài)眼光來看,火箭的潛在市場需求也是非常確定的,。

此外,,火箭也是典型的供給拉動型行業(yè):先要有足夠的供給,才會誕生各種應(yīng)用和需求,。

舉個例子,,京滬高鐵剛修通的時候,一張票五百多塊,,車廂也坐不滿,,當(dāng)時就有聲音質(zhì)疑是不是我們的高鐵計劃太激進(jìn)了,但10年過去,,京滬高鐵已經(jīng)成為中國最繁忙的線路之一,,甚至已經(jīng)在討論是不是要再修一條京滬二線。

所以這類偏基礎(chǔ)設(shè)施的產(chǎn)業(yè),,供需都會有一定滯后性,。比如當(dāng)初也有人質(zhì)疑馬斯克搞星鏈?zhǔn)钱嬶灒瑢儆凇皼]有需求就自己創(chuàng)造需求”,,但今天SpaceX年營收已經(jīng)30億美元了,,星鏈之外還開發(fā)出了太空旅游業(yè)務(wù),把4位普通人送上了太空,。

因此,,只要能把火箭的價格降下來,即使馬斯克自己不做星鏈,,也會有其他人來做類似的業(yè)務(wù),,而新需求會反過來刺激火箭公司繼續(xù)降本增效,整個正循環(huán)也就運轉(zhuǎn)起來了,。

多說一句,,去年以前,輿論普遍還認(rèn)為星鏈?zhǔn)莻€花架子,,沒什么實際意義,,直到2021年12月,中國空間站兩次緊急規(guī)避星鏈碰撞的新聞被爆出,,很多人才意識到星鏈潛在的軍事作用,。

特別是2022年俄烏沖突爆發(fā),馬斯克高調(diào)宣布星鏈將為烏克蘭政府提供一切網(wǎng)絡(luò)支持,這也成為商業(yè)衛(wèi)星在軍事領(lǐng)域的*亮相,。

事實證明,,在地面通訊已經(jīng)被切斷的情況下,烏軍依然可通過星鏈進(jìn)行戰(zhàn)場溝通,,指揮無人機(jī)打擊俄羅斯坦克和水面艦艇部隊,,引導(dǎo)精確制導(dǎo)武器攻擊關(guān)鍵軍事目標(biāo)。

一個弱國可以憑借一家商業(yè)公司(而非國家)提供的信息服務(wù)和超級軍事大國打的有來有回,,這在人類歷史上是從未出現(xiàn)過的,,可以說商業(yè)衛(wèi)星已經(jīng)徹底改變了現(xiàn)代戰(zhàn)爭的游戲規(guī)則。

隨著單位衛(wèi)星數(shù)據(jù)成本的降低,,全球?qū)Α父叻直媛蕡D像數(shù)據(jù)」的需求會持續(xù)擴(kuò)大,,這一塊將成為未來衛(wèi)星市場的主要增量,。

對于俄烏戰(zhàn)爭這類局部沖突,,只需要200顆遙感衛(wèi)星,就能做到每天在同一個地方拍攝兩張高清照片,,這個時候戰(zhàn)爭的形態(tài)其實已經(jīng)發(fā)生了改變,,交戰(zhàn)雙方都屬于“開圖”的狀態(tài)——我知道你的所有部署,你也知道我的所有部署,,后面就看誰的導(dǎo)彈火箭彈更多,、打得更準(zhǔn)了。

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(圖:中國“海絲一號”SAR衛(wèi)星曾拍到安多諾夫機(jī)場附近俄軍集結(jié),;資料來源:天儀研究院)

可以想象,,如果未來有足夠多的遙感衛(wèi)星,那么南海上任何一艘軍艦調(diào)動,、任何一架飛機(jī)起飛,,都可以進(jìn)行實時跟蹤;哪里森林發(fā)生了火災(zāi),,在剛冒出一個起火點的時候,,就可以及時撲滅。

而這些愿景的實現(xiàn),,全部有賴于火箭成本的降低,。事實上,中國作為電子制造業(yè)大國,,中 美在衛(wèi)星制造方面的差距并不太大,,我們*的短板就是「投送能力」——也只有補(bǔ)齊了火箭這塊短板,把足夠多的衛(wèi)星低成本地送上天,,我們才能登上下一個文明等級的臺階,。

為什么說「商業(yè)化」是航天的必由之路?

在傳統(tǒng)觀念看來,航天由政府主導(dǎo)似乎是天經(jīng)地義,,然而從成本和效率來看,,「商業(yè)化」卻是近年來全球航天業(yè)演化發(fā)展的「共識」。

以美國為例:在1960年代美蘇太空競賽的背景下,,為集中力量推廣自家的航天飛機(jī)項目,,美國政府曾一度利用行政手段,強(qiáng)制要求所有太空發(fā)射任務(wù)都必須使用航天飛機(jī),。

至八十年代初期,,美國各大火箭生產(chǎn)商紛紛因缺乏訂單而停產(chǎn),由NASA主導(dǎo)的“國營”航天飛機(jī)開始壟斷全美發(fā)射市場,。

不過,,隨著1986年挑戰(zhàn)者號爆炸失事,航天飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和安全性開始遭到廣泛詬病,,美國政府不得不宣布航天飛機(jī)退出商業(yè)發(fā)射市場,;然而面對大量積壓、等待發(fā)射的衛(wèi)星訂單,,1969年就實現(xiàn)了載人登月的美國航天業(yè),,此時國內(nèi)卻再也找不出一家能發(fā)射火箭的商業(yè)公司了。

為激發(fā)市場活力,,里根政府于80年代中期簽署了《商業(yè)太空發(fā)射法案》,,允許私營企業(yè)有償為政府提供地外貨運發(fā)射服務(wù),同時暗中資助波音,、洛克希德馬丁等航空巨頭研發(fā)火箭技術(shù),。

經(jīng)過20年的發(fā)展,由波音,、洛馬開發(fā)的“德爾塔”,、“宇宙神”系列火箭逐步占據(jù)了美國發(fā)射市場80%的份額,形成了「雙寡頭」的行業(yè)格局,。

然而好景不長,,獲得壟斷優(yōu)勢的波音和洛馬,并未如NASA想象中一樣選擇互相競爭,,而是各自出資一半,,成立了一家名為「聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟(ULA)」的合資公司,兩大寡頭聯(lián)手形成了新的價格同盟,。

到90年代末21世紀(jì)初,,面對波音、洛馬的一次次聯(lián)合漲價,,NASA終于忍無可忍,,開始有意識地扶植一批新興的民營小型航天企業(yè),,今天我們熟悉的SpaceX、藍(lán)色起源等公司,,都是誕生于這一時代背景下,。

自此,美國航天業(yè)也正式進(jìn)入了百家爭鳴,、自由競爭的完全市場化時代,。

美國商業(yè)航天發(fā)展歷程

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從實際效果來看,美國20年來推動「航天商業(yè)化」的*成果,,就是「大幅降低了發(fā)射成本」,。

舉個例子,傳統(tǒng)航天飛機(jī)一次發(fā)射的成本約為5億美元(含維修保養(yǎng)+耗材燃料等),,但如果算上整個航天飛機(jī)項目的研發(fā)制造費用,,分?jǐn)偟絾未伟l(fā)射里的綜合成本高達(dá)17億美元。

要知道這可是70-80年代的美元,,當(dāng)時的可口可樂市值也才41億美元,,相當(dāng)于每兩次發(fā)射就燒掉一家上市公司;此外,,5架服役的航天飛機(jī)里最終墜毀了3架,,導(dǎo)致14名宇航員喪生,,如果把這些全部計算在內(nèi),,真實成本已接近天文數(shù)字。

而后來雙寡頭時代的波音和洛馬,,盡管被各種詬病利用壟斷地位不斷提價,,其單次發(fā)射報價也從未超過4億美元。

相比之下,,誕生于完全商業(yè)化時期中的SpaceX,,旗下獵鷹9號火箭的*發(fā)射報價僅為6200萬美元,復(fù)用*發(fā)5000萬美元,,相當(dāng)于直接把價格砍到了1.5折,。即便如此,SpaceX依然也還能保有40%以上的毛利率(*發(fā)射成本5000w+二次復(fù)用成本1500w)

而這樣的成績,,馬斯克只用了十幾年就做到了,,除了美國龐大的航天人才儲備和他本人出色的企業(yè)家才能外,市場化的巨大威力也可見一斑,。

究其原因,,商業(yè)航天和傳統(tǒng)航天的運行邏輯非常不同。NASA的機(jī)制是項目制,,“先有方案再批經(jīng)費”——只要項目預(yù)算被國會通過,,后續(xù)每一步花多少錢,、怎么花,就都是定好的,,各參與方只需要按部就班執(zhí)行就好,,這樣的好處是一旦出問題,可以很清晰的追責(zé),,但缺點是不夠靈活,。

當(dāng)年阿波羅登月的時候,NASA的口號是“Failure is not an option”(失敗不是我們的可選項),,而后來SpaceX則針鋒相對的喊出了“If things are not failing, you are not innovating enough”(如果你沒有經(jīng)歷過失敗,,說明你創(chuàng)新得還不夠)。

技術(shù)上看,,航天的迭代邏輯就是「以失敗換創(chuàng)新」,,再以創(chuàng)新?lián)Q長期的成本下降、可靠性增長,。比如有項新技術(shù)可以將某個部件成本降低30%,,但是由此可能導(dǎo)致失敗風(fēng)險上升10%(未來改進(jìn)后會下降),馬斯克會認(rèn)為這是門好生意,,值得試一試,,但在NASA體系下,工程師們卻很難選擇冒險,。

從這個角度來說,,盡管今天中國航天已經(jīng)是全球*,日益成為人類太空探索領(lǐng)域中不可或缺的中流砥柱,,但在一些需要經(jīng)歷小型失敗,、快速迭代的技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域,民營航天公司依然還有著非常大的發(fā)展空間,。

固液之爭:相同現(xiàn)實下的不同選擇

簡單來說,,火箭和洲際導(dǎo)彈本質(zhì)上是同一種東西(火箭是向上打,導(dǎo)彈是向前打),,它們的共同“祖先”都來自二戰(zhàn)期間德國的V2飛彈,,使用酒精和液氧作燃料,因此*代火箭無一例外都是液體火箭,。

不過液體火箭有個缺點,,就是燃料非常難保存(比如液氧需要零下183度),只能在發(fā)射前臨時加注,,因此這些導(dǎo)彈平時只能靜靜地躺在發(fā)射井中,,一旦開戰(zhàn),很有可能被對手先手打掉,。

于是冷戰(zhàn)期間,,固體火箭開始取代液體火箭逐漸成為主流,。它的原理有點像“竄天猴”——就是預(yù)先把鋁粉和其他氧化劑混在一起,整體澆筑在一個藥筒里,,平時可以由發(fā)射車或潛艇拉著到處跑,。

這樣的好處是隨用隨發(fā)、神出鬼沒,,不受地形和環(huán)境限制,,且性價比極高(成本只有液體的1/10),但缺點是這種火箭只能「一燒到底」,,發(fā)動機(jī)一旦點火,,中途不能停車,也無法調(diào)節(jié)推力,,所以不能做成可回收,。

在SpaceX巨大成功的影響下,今天VC對商業(yè)航天有兩個基本共識,,*是一定要做可回收(這樣才能降成本),,*是一定要做大火箭(性價比更高,市場更大),。而中國的火箭技術(shù)由于也是源于軍事,,此前的技術(shù)積累主要在固體領(lǐng)域,因此現(xiàn)實之下,,國內(nèi)的創(chuàng)業(yè)公司也分成了兩大流派:

一派的想法是先做固體,,利用國內(nèi)固體火箭的人才優(yōu)勢,迅速形成發(fā)射能力拿訂單,;由于國內(nèi)火箭整體上是賣方市場,,訂單是不缺的,,等有了源源不斷的現(xiàn)金流,,再集中力量搞液體可回收。

另一派的想法是,,做固體未來不可避免地會和國家隊直接競爭,,創(chuàng)業(yè)公司不一定有優(yōu)勢,那不如彎道超車,、一步到位,,直接做液體可回收。

這就有點像打《星際爭霸》,,對面是一臺超級電腦,,一上來兵力和科技都是你的兩倍,這時你是先暴兵,,頂住*波后升科技反打,?還是直接跳科技,,靠操作拖到*兵種成型?

兩種路線本身沒有優(yōu)劣之分,,就像面對同一場比賽,,同一種局面,不同選手也會有不一樣的理解和打法,。

比如險峰的兩家被投企業(yè),,其中「深藍(lán)航天」專注于液體火箭,是國內(nèi)*家成功完成公里級垂直回收試驗的商業(yè)航天公司,,技術(shù)水平大致相當(dāng)于2014年的SpaceX,,已經(jīng)在今年連續(xù)完成了多輪大額融資;而2020年剛剛成立的「東方空間」,,選擇的則是“先固后液”,,其研發(fā)的6.5噸固體火箭已進(jìn)入商業(yè)準(zhǔn)備流程,是目前國內(nèi)民營航天公司在研運載能力*的火箭,,計劃于2023年中發(fā)射,。

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固液之后,再向下分一層是「燃料選擇」:

比如同樣是做液體可回收火箭,,燃料是燒液氫,、煤油還是甲烷?也有三個不同的分支,。

其中,,液氫的燃燒效率*(比沖極值532秒),但氫的問題是在高溫環(huán)境中容易氣化引發(fā)爆炸,,對隔熱的要求非常高,,所以選擇這條路徑的商業(yè)公司并不太多。

相比之下,,煤油和甲烷的燃燒效率基本一樣(差距在10%以內(nèi)),;技術(shù)難度方面,甲烷高于煤油(煤油只需常溫保存),;使用成本方面,,煤油又高于甲烷(煤油需要提純,成本高且容易有殘留),。

簡單來說就是各有利弊,,所以當(dāng)年SpaceX也是選了“雙修”的路子——既有使用煤油的“獵鷹”系列,也有使用甲烷的“猛禽”系列,。

長期來看,,如果只是在地球上承擔(dān)發(fā)射任務(wù),煤油基本上夠用了,;但如果要進(jìn)行往返地球與火星之間的星際旅行,,那么甲烷更代表著未來,。

理性看待失敗:不妨多一點耐心

從商業(yè)模式來看,,火箭和發(fā)快遞一樣,,都是要把一定量的載荷從A點送到B點,因此衡量火箭的指標(biāo)主要有三個:

第一是「成本」,,即要花多少錢送到,;第二是「時間」,“下單”之后多久可以送到,;第三是「可靠性」,,能不能安全準(zhǔn)確地送到。

從結(jié)果來看,,目前民營航天的整體成績確實不盡如人意——比如2021年,,中國共發(fā)射火箭52次,成功了49次,,其中的3次失敗全部來自于民營火箭公司,。

但是正如我們在前文中提到的,商業(yè)航天的基本邏輯就是用失敗換成本下降,,如果民營火箭公司只是按部就班把體制內(nèi)的事情copy一遍,,這樣確實可以提高成功率,但又有什么意義呢,?而如果創(chuàng)新太多,,導(dǎo)致失敗太多,市場失去信心融不到錢,,這樣的企業(yè)也很難走到最后,。

因此作為民營火箭公司的創(chuàng)始人,需要不斷在兩者之間“踩鋼絲”,,反復(fù)平衡,。這是一個非常痛苦的過程,因為在真正形成發(fā)射能力之前,,公司的營收幾乎是零,,不僅要承受失敗的風(fēng)險,而且還要持續(xù)的融資投入,。

造火箭和造車都屬于高投入+慢回報的行業(yè),不同之處是,,火箭的集成度更高,、難度更大,比造車還要難上一個數(shù)量級,,需要更大體量的資金投入和更長的研發(fā)周期,。

當(dāng)年馬斯克拿著從PayPal套現(xiàn)的1億美金,,也只夠承受三次發(fā)射失敗,如果第四次還是失敗,,公司就會直接破產(chǎn),。所以選擇了科技創(chuàng)業(yè),本身也就是選擇了做難而正確的事,,硅谷鋼鐵俠也是經(jīng)歷過那段人生的至暗時刻,,才能一路走到了今天。

在這個過程中,,我們其實也可以更寬容地看待那些中國航天創(chuàng)業(yè)公司的失敗——道阻且長,,不妨多一些耐心。


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