《電子技術(shù)應(yīng)用》
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2023中國(guó)商業(yè)航天大年的革新爆發(fā)點(diǎn)

2023-03-02
來(lái)源:AZSPACE

  根據(jù)全球力量來(lái)看,目前全球運(yùn)載火箭技術(shù)有巨大突破

  隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展和航天產(chǎn)業(yè)規(guī)模的日益擴(kuò)大,,全球商業(yè)航天迅速發(fā)展,,以運(yùn)載火箭發(fā)射,、低軌互聯(lián)網(wǎng)星座,、太空旅游等為代表的商業(yè)航天活動(dòng)不斷取得新進(jìn)展,,成為推進(jìn)全球航天產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α?/strong>立足中國(guó),,2015年國(guó)家發(fā)改委,、財(cái)政部,、國(guó)防科工局等部門(mén)聯(lián)合發(fā)布了《國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃(2015— 2025 年)》,明確鼓勵(lì)民營(yíng)企業(yè)發(fā)展商業(yè)航天,,就此開(kāi)啟了中國(guó)航天由單一政府主導(dǎo)向政府主導(dǎo)與市場(chǎng)推動(dòng)相結(jié)合的轉(zhuǎn)變進(jìn)程,。此外,“十四五”規(guī)劃中,,空天科技首次出現(xiàn)在“強(qiáng)化國(guó)家戰(zhàn)略科技力量”內(nèi)容中,,商業(yè)航天作為航天領(lǐng)域的新生力量,在政策扶持和社會(huì)資源助推下,,成為推動(dòng)我國(guó)航天及高科技產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐,。

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  -圖:來(lái)自”艾媒咨詢”

  火箭推力的技術(shù)突破

  以美國(guó)商業(yè)航天SpaceX未上市為例,其火箭推力實(shí)現(xiàn)主要兩個(gè)提升-1.提升單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)推力,;2.增加單枚火箭發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量,。例如SpaceX的”猛禽”發(fā)動(dòng)機(jī)推力已達(dá)230噸,還成功將33臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)塞入星艦,,使其成為全球推力最大運(yùn)載火箭,,奠定了火星移民基礎(chǔ)。

  而我國(guó)在研的長(zhǎng)征九號(hào)重型運(yùn)載火箭將以5873噸推力刷新中國(guó)航天紀(jì)錄,,計(jì)劃于2028-2030年間首飛,。

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  -圖:“猛禽”發(fā)動(dòng)機(jī)公開(kāi)的推力數(shù)據(jù)(圖:來(lái)源SpaceX)

  回收復(fù)用技術(shù)帶來(lái)低成本的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)

  一般火箭回收復(fù)用方式為傘降回收、帶翼飛回及垂直回收三種方式,。

  傘降回收為一級(jí)火箭完成間段分離再使用降落傘進(jìn)行回收,,該技術(shù)成熟度高、運(yùn)載能力損失?。s10%)且成功率高等特點(diǎn),;具有對(duì)陸地地形、著落點(diǎn)要求高及發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法復(fù)用。

  帶翼飛回是利用機(jī)翼機(jī)構(gòu)的空氣動(dòng)力學(xué)以滑翔方式回收,,落點(diǎn)精度高但也只是停留在概念階段,。因而“垂直回收”為目前主流回收技術(shù),。

  SpaceX的垂直回收技術(shù)分為三階段:⑴陸上回收⑵海上回收⑶“超級(jí)筷子”,。目前SpaceX一直在技術(shù)革新的“超級(jí)筷子”相對(duì)之前海上回收的優(yōu)勢(shì)在于能夠極大縮短火箭發(fā)射周轉(zhuǎn)周期,“超級(jí)筷子“抓住返航的”超重”助推器后,,便直接將其送回發(fā)射塔,,隨后測(cè)試性能并加注燃料快速投入下一次發(fā)射。因而極大提高了發(fā)射的頻次和周期,。

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  -“超級(jí)筷子”的自拍(圖:來(lái)源Space X)

  就民營(yíng)商業(yè)航天來(lái)看,,我國(guó)商業(yè)航天企業(yè)任重道遠(yuǎn)。

  商業(yè)發(fā)射上國(guó)家隊(duì)完成更多

  我國(guó)商業(yè)運(yùn)載火箭發(fā)展還處于起步階段,,商業(yè)發(fā)射任務(wù)仍需靠“國(guó)家隊(duì)”完成,。從運(yùn)載火箭商業(yè)發(fā)射格局看中美兩國(guó)商業(yè)航天,可以發(fā)現(xiàn)我國(guó)火箭商業(yè)發(fā)射任務(wù)主要由“國(guó)家隊(duì)” 承擔(dān),,而美國(guó)則是由以 SpaceX(未上市)為主力軍的民營(yíng)企業(yè)承擔(dān),。

  基于各大航天企業(yè)目前的計(jì)劃安排,2023年,,如果航天科技集團(tuán)保持去年的54次發(fā)射,、科工火箭公司保持去年的5次發(fā)射,星河動(dòng)力公司完成8次發(fā)射,,中科宇航完成已經(jīng)公布的2次發(fā)射,,“天龍二號(hào)”完成首飛,中國(guó)航天發(fā)射就能達(dá)到69次,。這還只是基于一種較低限度的合理推算,,如果考慮到以星座組網(wǎng)為代表的航天發(fā)射需求的增長(zhǎng),2023年,,中國(guó)航天發(fā)射有望超過(guò)70次,。

  成本及發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)受限一定程度制約了商業(yè)航天的發(fā)展

  火箭發(fā)射成本方面,我國(guó)民營(yíng)航天企業(yè)每公斤發(fā)射成本超過(guò) 15,000 美元,,是 SpaceX 獵 鷹九號(hào)發(fā)射成本的 5 倍,,實(shí)現(xiàn)一級(jí)火箭回收是降成本的關(guān)鍵。根據(jù) Visual Capitalist 官網(wǎng)的數(shù)據(jù),,作為 SpaceX(未上市)發(fā)射成本最高的獵鷹九號(hào)運(yùn)載火箭每公斤發(fā)射成本依然低于世界任何國(guó)家,,約為 3000 美元。此外,,如果未來(lái)星艦可以做到全箭回收,,那么該火箭每公斤的發(fā)射成本預(yù)計(jì)只需 200 美元。相比之下,我國(guó)代表性民營(yíng)航天公司星河動(dòng)力最近發(fā)射成功的谷神星一號(hào)火箭的每公斤發(fā)射成本超過(guò) 15,000 美元,。因此,, 在火箭發(fā)射成本方面我國(guó)與 SpaceX(未上市)的差距同樣較為明顯。而 SpaceX(未上 市)火箭發(fā)射成本碾壓世界主要得益于其已實(shí)現(xiàn)一級(jí)火箭的回收和重復(fù)使用,,這是因?yàn)閮H一級(jí)火箭部分的成本就占到了火箭制造總成本的 60%左右,。

  另外垂直回收技術(shù)及民營(yíng)企業(yè)對(duì)液體發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)進(jìn)程落后,從性能,、推力,、比沖及推重比都存在一定差距。

  發(fā)掘產(chǎn)業(yè)融合,、促進(jìn)軍民產(chǎn)研落地及航天器革新性應(yīng)用才是關(guān)鍵

  以海南文昌為例,。文昌具有緯度低、發(fā)射入軌所需燃料少,、成本低等特點(diǎn),。目前當(dāng)?shù)卣阎Υ蛟熘袊?guó)第一個(gè)商業(yè)航天文昌發(fā)射場(chǎng)并配套文昌國(guó)際航天城,為中國(guó)首個(gè)具有商業(yè)性質(zhì)的濱海航天城,。從2022年航天城園區(qū)已完成營(yíng)收116.3億元,、稅收5.15億,固定投資43.89億元,。園區(qū)依托濱海航天城,、海南自貿(mào)港等優(yōu)勢(shì)加快推進(jìn)發(fā)射區(qū)、起步區(qū),、旅游區(qū),、火箭鏈、衛(wèi)星鏈,、數(shù)據(jù)鏈等建設(shè),。文昌航天超算中心也進(jìn)入室內(nèi)裝修和設(shè)備安裝階段,預(yù)計(jì)2023年6月投入使用,。將天上拍,、地上收、云上存,、超級(jí)算,、量子傳、政企用的航天大數(shù)據(jù)全生命周期打通

  文昌-我國(guó)唯一一個(gè)商業(yè)航天發(fā)射場(chǎng)的建成及配套廠房的投入使用也將承攬國(guó)內(nèi)外的發(fā)射任務(wù),,進(jìn)一步提升國(guó)內(nèi)的發(fā)射能力,。

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  -網(wǎng)絡(luò)流傳的文昌航天城規(guī)劃圖(圖:來(lái)源網(wǎng)絡(luò))

  新興商業(yè)航天的應(yīng)用

  區(qū)別于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信,、衛(wèi)星導(dǎo)航三大傳統(tǒng)商業(yè)航天應(yīng)用領(lǐng)域,,商業(yè)航天行業(yè)的快速發(fā)展催生了新興的應(yīng)用領(lǐng)域,,也引發(fā)了人們對(duì)商業(yè)航天未來(lái)的更多應(yīng)用場(chǎng)景的需求。太空殯葬,、太空旅游為主業(yè)態(tài)的已開(kāi)始初步商業(yè)化,;而火箭洲際貨運(yùn)、太空挖礦等應(yīng)用也已進(jìn)入設(shè)計(jì)研制階段,;更長(zhǎng)期的展望,,如洲際交通運(yùn)輸、火星移民,、太空基地等應(yīng)用或?qū)?成為人類航天技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向,。

  以太空旅游為例

  太空旅游業(yè)務(wù)主要有 4 種,,包括:太空邊緣游,、零重力游、亞軌道太空旅游和軌道太空旅游,。太空邊緣游是指地球大氣層與太空交界處的旅 游活動(dòng),;零重力游是指利用飛機(jī)做拋物線飛行讓游客體驗(yàn)約半分鐘的太空失重感覺(jué);亞軌道太空旅游是利用載人飛船在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)熄火和再入大氣層期間而產(chǎn)生幾分鐘的失重,,其是在 100km 高度以內(nèi)進(jìn)行的旅游活動(dòng),;而軌道太空旅游是真正意義上的太空旅游,既包含乘坐載人飛船在軌道上飛行,,也包含到國(guó)際空間站上的旅游,。2001 年,首位太空游客美國(guó)丹尼斯·蒂托乘坐俄羅斯“聯(lián)盟”TM32 號(hào)載人飛船到國(guó)際空間站上旅游觀光了 9 天,,成為全球第一位太空游客,。

  一些國(guó)內(nèi)的企業(yè)已經(jīng)紛紛開(kāi)始提出了與太空旅游的相關(guān)項(xiàng)目,根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示,,預(yù)計(jì)在2040年,,我國(guó)太空旅游經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)將創(chuàng)造出超過(guò)6萬(wàn)億元的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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-馬斯克的太空旅行團(tuán),。(圖:來(lái)源網(wǎng)絡(luò))

  政策利好頻出,國(guó)內(nèi)外投融資活度不減,。

  2014年以來(lái),,國(guó)務(wù)院、國(guó)家發(fā)改委等單位發(fā)布多項(xiàng)政策鼓勵(lì)民間資本研制,、發(fā)射和運(yùn)營(yíng)商業(yè)衛(wèi)星,,參與運(yùn)載火箭的研制生產(chǎn)線等,開(kāi)始為民營(yíng)的航天機(jī)構(gòu)降低進(jìn)入門(mén)檻,。北京,、上海和武漢形成我國(guó)商業(yè)航天三極,,其余各省如海南、廣東,、山東等地政策持續(xù)加碼,。2021 年全球商業(yè)航天投融資總額超過(guò) 157 億美元,2022年仍保持活躍,,我國(guó)商業(yè)航天賽 道 2011至 2021年總披露融資額超 243億元,,我國(guó)商業(yè)航天處在“政策放開(kāi),資本流入” 的黃金時(shí)期,。

  根據(jù)企查查,,2011-2021 年我國(guó)商業(yè)航天賽道融資事件數(shù)量共 341 起,融資事件數(shù)量從2015 年起開(kāi)始翻倍,,從15起上升至 29起,,2016-2017 年實(shí)現(xiàn)第二次跳躍,2018 年為歷 年第一高,,達(dá)到 62起,。2011-2021年我國(guó)商業(yè)航天賽道總披露融資額達(dá) 243.1億元,其 中 2021 年超 64.5億元,。根據(jù)《衛(wèi)星應(yīng)用》,,2021 年全球商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)共發(fā)生融資事件 233 次,涉及 199 家公司,、25個(gè)國(guó)家,,投融資總額超過(guò) 157億美元。SpaceX仍是 2021年融資金額最多的公司,,全年共融資 23.5億美元,,占全球投融資總額的 15%,由近百個(gè)投資方共同投資,。

  綜上所述:航天器的商業(yè)場(chǎng)景應(yīng)用多樣,,遨游太空已經(jīng)從過(guò)去的“科幻”變成了現(xiàn)實(shí)。我國(guó)的載人航天技術(shù)及空間站的建造也完成,,中國(guó)載人航天工程三十年來(lái)取得質(zhì)的飛躍,。未來(lái),國(guó)家將繼續(xù)在航天器的技術(shù)革新,,在載人飛船升級(jí)及深空探月的道路上上繼續(xù)前行,。而紫微科技(AZSPACE)作為中國(guó)商業(yè)航天梯隊(duì)的一份子,將繼續(xù)在航天事業(yè)的發(fā)展之路上風(fēng)雨無(wú)阻,、繼續(xù)前行,。

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