火箭发射产业研究：谁将夺“甲”打开星辰大海

火箭发射产业研究：谁将夺“甲”，打开星辰大海1.商业航天方兴未艾，各国积极“抢滩登陆”1.1.航天政策：各国鼓励商业航天产业发展太空是庞大的资源宝库，具有重要的政治、经济、技术意义。但轨道资源有限，如何提高太空领域竞争力成为各国的焦点议题。现如今越来越多国家意识到，促进航天事业的快速发展，不仅需要国家的投入管理，还需要市场资本的注入以提高资源配臵效率、促进航天产业技术创新。各国相继发布战略政策，打破航天事业原有的封闭状态，鼓励商业航天产业发展，力求构建完善、合理、高效的商业航天产业生态，抢占太空资源战略高地。相比于美国，我国商业航天事业放开时间较晚，商业航天市场直至2015年才实现了从无到有的突破。美国1984年发布《空间商业发射法案》，正式向私营企业开放航天领域。我国直至2015年发布《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025）》，第一次明确鼓励民营企业发展商业航天，2015年也被称为“中国商业航天元年”。1.2.资本推动产业发展：航天事业投融资活动近年起量受全球经济形式影响，航天领域投资额下降。根据美国航天资本公司(SpaceCapital)官网，自2014年起至2023年前三季度为止，全球航天市场总融资2839亿美元。2022年全球商业航天行业发生438次融资活动，共获得222亿美元融资，与2021年相比融资额呈下降趋势，资本进入观望期。2022年航天行业的细分领域——发射行业发生37次融资活动，共获得约50亿美元融资，少于2021年52次共55亿美元的融资额，相比于整个行业来看，发射行业的融资额走势更优。自2015年吹响商业航天的号角起，我国商业航天的融资额迅速增长。具体金额来看，根据企查查数据统计，从2011-2021年我国商业航天赛道的融资情况来看，2011-2021年我国商业航天赛道融资341起，披露融资额达243.1亿元。2020年我国商业航天企业融资总金额约100亿元，达到新高，2021年商业航天融资共35次，总金额约64.5亿元，数量和金额较2020年均有明显下降。从获融资的项目类型来看，火箭/卫星发射研发是2021年的融资热门项目。1.3.应用场景：下游需求带动火箭发射端发展火箭发射行业为下游应用场景提供运载支持。商业航天产业的上游为航天器制造，包括卫星制造和火箭制造；中游包括运载火箭的发射和地面服务设施的建设；中游提供发射、运输服务，服务于下游的卫星通信、卫星导航、卫星遥感等应用场景。商业航天的兴起打破了传统以卫星为主的通信、导航、遥感、科研等航天应用场景，衍生出卫星互联网、太空旅行、太空采矿、深空探索、太空清理等全新应用方向。下游广泛的应用场景能够促进商业航天构建完善的产业生态，进一步带动火箭发射端的技术进步。以卫星互联网为例，随着商业航天和小卫星技术的快速发展，卫星发射入轨和全球组网的成本大大降低，各国都在加紧布局低轨卫星星座，陆续提出“星座计划”，以期建立卫星互联网、抢占日益紧俏的轨道资源。国外SpaceX、波音、OneWeb、开普勒通信、三星、亚马逊等商业公司都相继提出了低轨星座计划，其中最具代表性是SpaceX公司的“星链计划”，SpaceX计划2024年前在太空搭建由约1.2万颗卫星组成的星链网终提供互联网服务，后续准备再增加3万颗，使卫星总量达到约4.2万颗。根据国际电信联盟（ITU）官网及各公司官方公众号，中国已经正式向国际电信联盟（ITU）申报了以“GW”为代号的低轨卫星星座。我国现已提出的其他互联网星座计划有：中国航天科技集团有限公司的“鸿雁星座”、中国航天科工集团有限公司的“虹云工程”、“行云工程”。商业航天公司有银河航天提出的“银河5G”星座计划，九天微星的“天基物联网”计划等。星座计划离不开大运力、低成本的火箭发射服务，对运载火箭的运载能力、发射效率提出了新的需求和挑战。1.4.市场现状：全球航天市场发射次数进入高速增长期1.4.1.全球航天火箭发射活动受益于卫星发射等需求的大幅上升，全球航天火箭发射活动快速增长，2022年发射次数创历史新高。根据中国航天科技集团有限公司发布的《中国航天科技活动蓝皮书（2022年）》和美国航天基金会的数据显示，2022年全球总计有186次火箭发射，相比于2021年增加了27%；其中商业航天火箭发射81次，增长态势强劲。2022年美国完成火箭发射任务87次、中国发射64次，在近五年中，美国和中国的发射任务频繁，发射次数交替领先，引领全球航天快速发展。1.4.2.全球航天经济规模全球航天经济规模自2019年来快速上升，商业航天发射市场稳步扩张。根据吴东等学者统计，2021年全球航天经济规模为4693亿美元，相比2020年的4310亿美元规模上涨9%，增长趋势强劲；美国卫星产业协会《卫星产业状况报告》的数据显示，全球商业采购卫星发射服务业收入自2019年来稳步上升，在2022年达到约70亿美元，相比2021年上涨约23%，发射服务业收入增长主要源于低轨互联网星座发射数量的增长。1.4.3.商业航天企业领头羊SPACEXSpaceX创立于2002年，创始人马斯克。SpaceX是全球第一家成功设计并发射液体燃料火箭进入轨道的私营公司，创造了人类航天史上首次重复使用运载火箭的历史，目前SpaceX公司的主打运载火箭产品有猎鹰系列火箭、龙飞船和星舰飞船，同时Spacex的星链计划预计2024年前在太空搭建由约1.2万颗卫星组成的星链网终提供互联网服务，后续准备再增加3万颗，使卫星总量达到约4.2万颗。目前Spacex正大力推进星舰的研发发射工作，2023年4月，星舰首飞失败，此次发射使用“猛禽”发动机，该发动机采用液氧作为氧化剂、甲烷作为燃烧剂。发射证明了大量发动机并联的设计方案、两级超重型运载火箭的设计方案和技术路线的可行性，仍具有重大意义。1.5.中国商业航天政策支持，卫星互联网打开空间1.5.1.美国政府鼎力支持，SpaceX快速腾飞美国政府协助促进SpaceX从零起步，快速发展。SpaceX在2002年成立，2008年猎鹰1首次成功发射；2010年猎鹰9中型火箭成功首飞；2017年不仅完成了其首次军事载荷发射任务，还首次实现猎鹰9复用并成功完成18次发射任务，占美国全年发射数量的2/3，一跃成为美国最重要的发射服务商；2018年实现猎鹰重型火箭首飞，完成了同一枚火箭一子级的第三次发射，发射数量突破到21次。十几年时间内，从零起步的SpaceX快速发展到能和处于垄断地位的传统发射服务商相抗衡，除自身原因外，政府发挥的作用不可忽略。尤其是考虑到航天发射和国家安全的密切关系，政府影响更加突出。美国政策提供资金等多重支持，SpaceX占据美国发射市场半壁江山。航天事业从封闭状态逐步向民间资本开放,首先要用政策破冰。美国除了1984年《空间商业发射法案》正式向私营企业开放航天领域,《商业空间法案》(1998)等一系列相关法案相继出台,逐步细化针对商业航天的未来规划外，还在技术、资金、设施和服务等多方面给予SpaceX支持。有了相关政策进行破局和鼓励,不少观望中的民营企业才能有足够的勇气涉足航天这一陌生行业；我国21世纪也迎来了自己的破冰政策。1.5.2.中国政策放开，商业航天全力发展中国政府：从政策破冰，到全力扶持。为促进我国商业航天发展，发挥市场在航天领域中的资源配臵作用，我国自2013年起持续颁布了多次政策措施。2015年,《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025）》明确提出鼓励民营企业发展商业航天，就此吹响了中国商业航天进军的号角，“军民融合”上升到国家战略层面，打开了政策窗口。2019年国防科工局、中央军委装备发展部联合发布了《关于促进商业运载火箭规范有序发展的通知》，首次就商业运载火箭的科研、生产、试验、发射、安全和技术管控等有关事项，进行了全面的规范与要求。这是我国第一个专门针对商业航天发展的政策文件。乘着我国“政策放开”的东风，商业航天潜力无穷。党的二十大作出了加快建设航天强国的战略部署，近年来国家又密集出台各类支持商业航天发展的政策规划，覆盖卫星研制、发射、卫星应用等细分领域；同时各地方政府纷纷推出扶持民营航天的政策举措，如北京、上海、浙江等都在2021至今陆续出台针对商业航天的具体支持措施。政策的支持使国内商业航天在火箭发射、可回收技术、低轨星座等领域取得很大技术突破。“政策放开”的大环境，加上各企业具备的技术基础和产业优势，同时伴随着空间信息正加快与3D打印、大数据、云计算、物联网等高技术融合，商业航天产业市场潜力较大。1.6.运载火箭发射需求空间较大国内政策扶持与资本加持下，商业航天发展空间较大。根据艾媒咨询数据，国内商业航天市场规模自2015年以来保持高速增长，市场规模从2015年的3764.25亿元增长至2021年的12626亿元，2021年同比增长了23.76%。2017年至2024年年增长率保持在20%以上，预计2024年商业航天市场规模将达23382亿元。目前，商业航天已稳居世界航天经济的核心地位，并已逐渐成为世界大国战略竞争与博弈的主阵地和主战场。虽然在商业航天细分赛道来看，导航及地面设备、卫星电视及广播、政府及其他领域规模占比较大,但从成长性来看，火箭发射服务发展空间较大。2.商业航天发射企业多足鼎立，发射计划高增可期随着国家政策的放开、全球航天需求的增长以及航天技术的突破，我国商业运载火箭领域获得飞速发展，正逐渐形成从研发设计到制造发射的完整产业布局。目前，我国商业航天领域的代表企业有蓝箭航天、星河动力、星际荣耀、航天科技、航天科工、中科宇航，航天事业的火箭发射端呈现多元化态势。2.1.固液、运力差异多足鼎立2.1.1.蓝箭航天：全球首发液氧甲烷运载火箭蓝箭航天成立于2015年，是全球首家成功发射液氧甲烷运载火箭的企业。蓝箭航天拥有国内民商航天领域内专业分布全面的液体火箭研制团队，创始人兼CEO张昌武曾就职于汇丰银行、西班牙桑坦德银行，拥有丰富的投资和管理经验；联合创始人王建蒙长期从事火箭、卫星发射任务组织指挥工作，是航天系统工程高级工程师，具有丰富的航天国际商务合作经验；CTO周遇仁曾就职于中国航天科技集团公司第八研究院，负责运载火箭总体设计工作，从事运载火箭研制工作近30年，在推进制造强国领域做出突出贡献；技术人员张小平来自西安航天动力研究所，是低温推进剂发动机型号副主任设计师。公司研发人员规模超过320人，硕士及以上人员占比达95%，专业设臵覆盖火箭设计、生产等各环节，在团队规模、从业经验等方面都处于行业领先地位。2018年至2023年，蓝箭航天从试车到发射，从“朱雀一号”到“朱雀二号”，从固体到液体，现已成功发射全球首枚液氧甲烷运载火箭。2018年，蓝箭航天发射“朱雀一号”运载火箭，并于同年发布了“朱雀二号”火箭型号，成为国内最早开始研制液体运载火箭的民商航天企业。2022年，“朱雀二号”遥一火箭在酒泉卫星发射中心执行首飞试验，但过程中出现故障导致发射失败。2023年7月12日，“朱雀二号”遥二火箭发射成功，成为全球首款发射入轨的液氧甲烷运载火箭，标志着“朱雀二号”成为我国民商航天首款正式进入量产和商用的液体火箭，也标志着我国航天技术的跨越式进步。为保障“朱雀二号”的发射，蓝箭航空首创了多项先进技术，突破了众多技术壁垒。液体推进剂方面，蓝箭航天在开发液氧甲烷发动机过程中，解决了甲烷自生增压、气体液化、过冷加注结晶等存在技术难题。液氧甲烷相比于传统燃料煤油成本更低，且清洁环保积碳少，有利于发动机回收重复利用。发动机方面，国内首创液体火箭发动机大型喷管激光焊接技术，通过提高技术的自动化程度进而提高产品的平均质量、降低生产周期。此外，蓝箭航天首创了国内低温液体火箭发动机转级控制技术、国内首次实现发动机推力工况控制系统半实物仿真技术等等，在众多技术领域达到国内行业领先水平。根据新华网，蓝箭航天董事长兼CEO张昌武在科技日报采访中表示，随着“朱雀二号”的发射取得成功，蓝箭航天将于2024年面向市场进行小批量交付，年产3至4发，2025年再翻一倍。同时，蓝箭航天已经启动可重复使用火箭项目，计划于2025年推动实施。2.1.2.天兵科技：全球首发成功发射液体运载火箭公司成立于2015年，凝聚了大量航天行业的技术精英，具有较强的研发实力。创始人康永来是前中国运载火箭技术研究院某运载型号总师，具有丰富的运载火箭技术研发与项目管理经验；公司研发的核心团队是来自中国航天科技、中国航天科工的资深专家，如技术负责人李平曾任航天六院国际化业务总师与11所所长，火箭领域的研发与管理经验十分丰富。2023年公司研发的“天龙二号”液氧煤油火箭取得首飞成功，开创多条国际航天和国内航天记录，开辟了我国商业航天从固体向液体跨越的新时代。“天龙二号”的成功发射创下多个“首次”记录，是全球首次采用煤基航天煤油作为燃料飞行的、我国商业航天首款成功入轨的液体运载火箭，也是我国首次实现箭体产品大规模重复使用的运载火箭，并通过首次采用3D打印高压补燃发动机将发动机组数量降低80%、制造周期缩短70%至80%、成本和重量降低40%至50%，通过采用全铝合金表面张力贮箱姿轨控系统将生产周期缩短50%、动力系统成本降低40%。通过应用多项新技术，全面提升了“天龙二号”火箭发射效率。天兵科技正全面开展更大运力、更高性价比的“天龙三号”火箭的研制。“天龙三号”采用大推力可复用液体火箭发动机，近地轨道运力可达17吨，一箭可发射30-60颗低轨卫星，大幅提高发射性价比，2023年10月上旬，“天龙三号”配套的110吨推力液氧煤油火箭发动机“天火十二”圆满完成批次产品抽检试车，为天龙三号火箭遥一飞行试验奠定了坚实基础。根据官方公众号消息，“天龙三号”计划2024年完成火箭首飞，2025年起具备每年30发的商业发射能力。2.1.3.星际荣耀：我国首发固体运载火箭星际荣耀成立于2016年，是我国首次成功发射商业运载火箭的企业，并实现了一箭多星发射入轨，服务于全球小卫星发射市场，主要研发方向为小型固体运载火箭以及可重复使用的中小型液体运载火箭。星际荣耀的核心团队专业能力较强，董事长彭小波曾任中国运载火箭技术研究院总体设计部总体室主任、研究发展中心主任，是航天运载火箭领域专家；副总经理、火箭总指挥谢红军曾在上海航天技术研究院工作，参与过我国神舟飞船、“风云三号”气象卫星等重大项目研制，具有数十年大型航天项目开发和管理经验；技术团队成员刘中祥是长征五号火箭芯二级发动机技术负责人，曾任航天六院11所指挥，具有丰富的研发实践经验。2018年至2022年，星际荣耀经历了从辉煌顶峰跌落低谷的坎坷发展，屡败屡战，直至今年逐步恢复。2019年，星际荣耀成功发射“双曲线一号”，实现了中国民营商业航天运载火箭首次成功发射并高精度入轨。2021年至2022年，“双曲线一号”运载火箭接连三次发射过程中出现异常，三次发射任务均以失败告终。2023年，“双曲线一号”在酒泉卫星发射中心成功发射升空，继第一次发射以来复飞成功。“双曲线一号”实现了民营火箭公司的首次发射，技术研发起步较早、步伐较快。2023年总结失败经验后复飞成功，验证了双曲线一号总体方案和技术的正确性。目前公司正在攻关可重复使用的中大型液氧甲烷发动机领域难题，整体进度稳中向好。2023年7月，用于验证液氧甲烷运载火箭垂直回收和可重复利用技术的验证火箭“双曲线二号”动力系统试车试验圆满成功，为“双曲线二号”火箭开展垂直起降飞行试验奠定了坚实基础。9月27日“焦点二号”变推力液氧甲烷发动机全系统试车成功，该发动机可用于公司研制的中大型可重复使用液体运载火箭“双曲线三号”，距离中大型液氧甲烷运载火箭“双曲线三号”的发射更进一步。2.1.4.星河动力：高密度运载火箭发射公司成立于2018年，创始人和其他核心团队成员都是航天领域资深的技术和管理专家，具有坚实的专业背景。CEO刘百奇为航天惯性导航及火箭总体设计专家，在航天科技集团一院研发中心从事了7年的火箭总体设计工作，在航天飞行控制系统领域有很深的造诣。核心团队由来自航天系统研制一线的资深技术和管理专家，平均具有10-20年航天从业经验，在固体火箭、液体火箭及各类新型航天动力系统研制方面拥有一流的技术实力和坚实的技术基础。从2020年“谷神星一号”首飞开始，星河动力共发射9枚运载火箭，是我国首家发射火箭进入500km太阳同步轨道、首家连续成功发射、首次成功开展海上发射任务的民营火箭公司。近四年的时间里，星河动力九胜一负，做到了小型运载火箭“谷神星一号”的高密度发射。公司现有两个系列产品：小型固体运载火箭“谷神星”系列、可重复使用中型液氧煤油运载火箭“智神星”系列。“谷神星”系列的技术成熟、可靠性高、准备周期短，主要面向低轨微小卫星发射、低轨星座补网发射等市场，已经具备高密度发射的能力；正在大力攻关研发的“智神星”系列使用液氧煤油作为推进剂，力争实现垂直回收、可重复使用，主要面向低轨星座组网和大型载荷发射市场，目前已经完成辅助动力系统热试车、增压输送系统一级输送管路振动试验，大大加速了研究进程，整体进度稳中有进。2.1.5.中科宇航：我国运载能力最大的固体运载火箭公司2018年成立，是国内首家混合所有制航天火箭企业。中科宇航依托中国科学院力学研究所和空天飞行科技中心的科研力量和资源优势，是国家重大科研项目的成果转化平台。中科宇航布局两条发展路线，一是“力箭一号”固体运载火箭，二是“力箭二号”可重复使用的液氧煤油运载火箭。“力箭一号”是目前我国运载能力最大的固体运载火箭，适用于中小卫星、中低轨快速组网发射。2022年7月，“力箭一号”火箭首飞成功。2023年6月“力箭一号”遥二火箭发射成功，公司正加速形成“力箭一号”火箭批产与高密度发射能力。此外，中科宇航正大力攻关突破液体发动机和火箭回收技术，研制可重复使用的大型液体火箭。目前中科宇航液体煤油发动机试车台考台试车取得成功，具备液体发动机试车能力，为加速液氧煤油发动机研制奠定了基础。2.1.6.航天科技：“国家队”布局商业航天公司成立于1999年，航天科技作为国有企业，背靠中国运载火箭技术研究院、航天动力技术研究院等8个大型科研生产联合体，拥有32位两院院士、100余名国家级专家，具有领先的研发制造能力。公司在开发商业航天产品时，可利用在航天技术上使用的成熟技术，大大降低开发成本和风险，提高商业航天服务的市场竞争力。航天科技的商业火箭系列产品有“长征十一号”与“捷龙系列”。“长征十一号”是固体运载火箭，自诞生起便被冠以“商业化”标签，利用固体燃料快速填发的优势，火箭具有快速发射和快速履约能力，并且采用锥柱一体结构，刚度和强度大、更可靠。长征系列运载火箭作为国内商业发射服务市场的主力军，2022年共实施了15次商业发射任务，服务模式不断优化。“龙”系列是中国航天科技集团有限公司继“长征”系列后推出的首个商业运载火箭品牌，主要满足国内外日益增长的商业载荷入轨需求，发射更灵活成本更优，具备高性价比和快速响应的优势。2019年8月，“捷龙一号”火箭成功首飞。2022年12月9日，“捷龙三号”固体运载火箭首飞成功，实现了海上冷发射到海上热发射的跨越，进一步完善了我国运载火箭型谱。根据中国航天科技集团百家号，“长征十一号”2023年已经明确了两次发射计划，后续仍有承接应急发射任务的能力，兼顾各类卫星市场的发射需求；同时根据中国火箭公众号的消息，航天科技将于下半年安排4次“捷龙三号”火箭发射任务，探索火箭发射常态化模式。2.1.7.航天科工：成熟技术下的常态化发射公司成立于1999年，是中国首家以“火箭发射”为经营范围的公司，填补了中国固体商业运载火箭的空白。航天科工是国有特大型独资企业，由中央直接管理，拥有6个大型研究院，具有较强的高新技术开发、研制、生产的综合实力，已成为我国国防工业的重要组成部分。快舟火箭系列是固体运载火箭，发射准备周期和任务间隔短，组批发射能力强，主要优势为快速、廉价、高效、可靠。2017年，快舟一号甲成功进入预定轨道，并搭载了3颗卫星，此次发射是一次“纯商业”航天发射，被认为是中国在商业航天领域迈出的新步伐。2022年，快舟十一号固体运载火箭在我国酒泉卫星发射中心点火升空，发射任务圆满完成。快舟一号甲火箭是一款小型固体运载火箭，主要服务于300公斤级低轨小卫星，具有飞行可靠性高、入轨精度高、准备周期短、保障需求少、发射成本低等特点；快舟十一号固体运载火箭运载能力大幅提升，相比较快舟一号甲提升5倍左右，主要面向一吨级以下卫星发射和组网，具备一箭多星发射能力，能够更好地满足卫星规模化、高密度、快速发射的需求，将有力带动我国固体运载火箭及其动力技术发展。航天科工集团表示未来要在商业发射常态化的基础上，进一步缩短发射准备周期和任务间隔，提高组批发射能力，2023年实现快舟系列火箭年发射量翻一番，2025年实现固体动力技术比肩世界一流。同时航天科工集团正大力开展运载火箭可重复使用技术攻关，将进一步降低发射成本。2.2.多项能力突破，商业发射计划高增可期2.2.1.我国商业运载火箭发射：奋起直追、创造纪录过去五年中，我国商业航天发射快速发展，实现了众多从0到1的突破。从首发民营火箭发射、首次液体运载火箭发射到民营企业首次海上发射、全球首次液氧甲烷运载火箭发射，一项项突破提振了整个行业的信心，象征着我国商业运载火箭事业正迈开步子大步向前，为中国在全球航天竞赛中占据了有利身位。关于对未来的规划，蓝箭航天和天兵科技表现出对未来的乐观估计。根据蓝箭航天公众号，朱雀二号是国内首款具备批量化交付能力的民商液体火箭，蓝箭航天已建立了批量化生产、测试和发射的全面交付能力，将于2024年面向市场进行小批量交付，年产3至4发，此后连续三到四年交付数量每年增长一倍，步入商业化运营的新阶段。根据天兵科技官方公众号消息，“天龙三号”计划2024年完成火箭首飞，2025年起具备每年30发的商业发射能力。根据航天科技集团百家号的消息，“长征十一号”2023年已经明确了两次发射计划，后续仍有承接应急发射任务的能力，兼顾各类卫星市场的发射需求；根据中国火箭公众号的消息，航天科技将于下半年安排4次“捷龙三号”火箭发射任务，探索火箭发射常态化模式。航天科工集团官网消息表示，未来要在商业发射常态化的基础上，进一步缩短发射准备周期和任务间隔，提高组批发射能力，2023年实现快舟系列火箭年发射量翻一番，2025年实现固体动力技术比肩世界一流。同时航天科工集团正大力开展运载火箭可重复使用技术攻关，将进一步降低发射成本。2.2.2.五大发射场：全力保障商业运载火箭发射我国现有五大发射场——酒泉发射场、太原发射场、文昌发射场、西昌发射场和东方航天港。酒泉发射场是中国创建最早的卫星发射中心，是我国发射卫星、火箭、导弹的主要基地。东方航天港是是中国第五处火箭发射地，也是中国唯一的海上发射母港。为解决我国目前商业航天发射资源相对紧缺的局面，海南省文昌市正在建设我国首个商业航天发射场，致力于打造市场化运营的航天发射场系统。2022年7月6日，该项目正式开工建设，这座商业航天发射场有望于2024年实现常态化发射，以推动行业高质量发展。3.降本增效+班次化发射+弯道超车：液氧甲烷或成未来主要燃料选择3.1.我国商业航天问题犹存3.1.1.国内运载火箭运力不足，增加有效载荷是关键国内运载火箭发射技术在逐渐突破,但火箭运载能力相对薄弱。2021年，SpaceX猎鹰九号运载火箭创下了单次发射卫星数量最高的世界纪录—143颗，截止2022年2月27日我国的最高纪录为1箭22星，由长征八号遥二运载火箭完成。根据各公司官方数据，SpaceX猎鹰九号火箭近地轨道运力达到22.8吨，接近我国目前运载能力最大的长征五号火箭（近地轨道运力为25吨），重型猎鹰火箭运力则达到63.8吨。相比之下，我国民营火箭的运力薄弱，近地轨道运力均值只有0.5吨左右，不及猎鹰九号的1/40。国内火箭行业发射需求强劲，但供给不足，火箭运力缺口较大，提升运力是关键。现阶段，通信、导航、遥感卫星的商业化应用刺激了各行业对卫星星座的发射需求。随着“卫星互联网”纳入新基建范畴，以“星网工程”为代表的低轨卫星互联网成为当前及未来航天发射市场的主要需求者。但我国航天发射市场运载能力缺口较大。以卫星规模12000颗、单星质量200kg、轨道高度700km、组网周期7年的星座为例，平均每年对火箭运力的需求将达到343t/700km。西安航天信息研究院吴智慧等人在《火箭运载需求空间巨大，商业航天市场前景可期》表示，2021年间我国卫星发射火箭的总运力约140.4t/700km，不及未来所需运力的1/2。提升火箭发射运力势在必行。3.1.2.发射成本急需降低国内运载火箭不但运力不足,而且成本较高。西安航天信息研究院吴智慧等人在《火箭运载需求空间巨大，商业航天市场前景可期》表示，根据VisualCapitalist官网的数据SpaceX发射成本最高的“猎鹰九号”运载火箭发射成本仍是全球最低，约3000美元/KG。此外，如果未来“Starship星舰”全箭回收，则该火箭发射成本预计只需200美元/KG。国内代表性民营航天公司星河动力2022年8月9日发射成功的谷神星一号火箭的每公斤发射成本超过15000美元。国内商业航天成本高的核心在运载火箭和发动机。国内商业航天企业发射成本之所以高，主要原因是运载火箭成本高且火箭发动机成本占据火箭研制成本60%以上，通过回收，可实现发动机的重复使用，在回收火箭上加入新子级后，即能继续执行任务，又可以进一步提升投送能力。未来，各航天企业将通过提升一箭多星、火箭回收等能力降低火箭发射成本，抢占低轨卫星资源。3.2.燃料形态：固体燃料VS液体燃料运载火箭主发动机是运载火箭的核心部件，是火箭的心脏。火箭发动机技术复杂，成本高昂，占火箭整体成本的30%～50%。根据运载火箭飞行要求，主发动机应具备大推力、高可靠、高比冲、低成本、使用维护简单等理想特征。火箭主发动机按使用的推进剂物态分类，目前有两种形式：固体火箭发动机、液体火箭发动机，分别采用固体推进剂和液体推进剂，两种使用不同形态推进剂的火箭发动机各有其不同的特点和优势。3.2.1.固体发动机固体火箭发动机采用固体推进剂。燃烧后产生高温高压燃气，经过喷管能量转换后高速排出，产生反作用力的动力装臵；固体火箭发动机主要由推进剂药柱、燃烧室壳体、喷管和点火装臵等组成；工作时，点火装臵点燃推进剂药柱，药柱燃烧转化成热能，通过喷管膨胀喷出，产生推力。常用固体推进剂有端羧基聚丁二烯、端羟基聚丁二烯等，理论比冲一般在250～290s，推进剂出厂前预装至燃烧室内，化学性能稳定，便于运输和长期储存，但固体推进剂一旦被点燃，中止其燃烧极其困难，无法实现多次起动。固体火箭发动机作为武器和航天器动力系统已经超过50年—整体式和分段式。其较液体火箭发动机结构简单、推力大，且固体火箭发动机机动性能好、可靠性高、贮存时间长，这些优点让其在航天领域中占据相当比例，尤其是作为运载火箭的助推器。北京航天实验技术研究所专家马帅等在《固体火箭发动机技术发展综述》指出，作为运载火箭助推器的大型发动机，主要有整体式、分段式两种固体发动机。整体式固体火箭：我国超大推力发动机试车成功。20世纪50年代美国把导弹技术向航天领域转化，相继出现了飞马座、金牛座、雅典娜、米诺陶等运载火箭。我国航天事业起步晚，但是发展速度快，2021年我国自主研制的推力处于世界第一的发动机试车成功，其直径3.5m，能携带燃料150t，推力可达4900kN，可耐高压，拥有高性能纤维复合材料壳体、超大尺寸喷管等先进技术。分段式固体火箭：我国3.2m直径分段式固体火箭2020年完成试车。20世纪60年代美国形成了大力神、宇宙神、航天飞机和战神等系列的分段式固体火箭发动机。大力神系列从1959年至2005年退役，共发射368次，航天飞机空间运输系统1972年提出，采用4段式RSRM助推，截止2011年退役共执行135次任务。由日本完全技术独立研制的H-2在1994年成功发射，至今已执行7次任务。印度在俄罗斯帮助下于2014年成功发射地球同步卫星运载火箭(GSLV)Mk-3，其运载能力比极地轨道卫星运载火箭强，捆绑助推器S200性能参数位于世界前列。我国分别在2010年、2016年和2020年完成了直径1m、3m和3.2m的分段式固体火箭发动机地面热试车。3.2.2.液体发动机液体火箭发动机采用液体推进剂。主要由推力室、推进剂供应系统、阀门和调节器、发动机总装元件等组成。以常用泵压式发动机为例，点火装臵起动点燃，给涡轮泵初始驱动力，涡轮泵工作将贮箱内推进剂抽出，通过阀门控制和调节器调节，使推进剂以规定流量和混合比进入推力室燃烧，然后在喷管内膨胀加速，形成高速气流排出，产生推力。其理论比冲一般在330～430s，其推进剂在发射场实施加注，准备时间较长，不能长期储存，但通过阀门开关和动作，能够实现多次起动和推力调节。液体发动机有较高的性能、可靠性和任务适应性。在各种航天推进技术中，液体火箭发动机因具有性能和可靠性高、任务适应性好等诸多优势，最先进入航天工程应用，并始终占据主导地位。针对不同的应用需求，液体火箭发动机发展出具有不同推力量级、不同推进剂、不同推进剂供应方式、不同动力循环方式等的多种类型、数百个工程产品。液体火箭主发动机发端于战略导弹的应用，之后在以运载火箭为主的航天运输系统牵引下得到广泛发展。其发展历程大致可分为4个阶段。3.2.3.固液对比液体火箭具有比冲高、推力可调、可多次启动等优点。液体火箭发动机从二战开始进入实用阶段，经过了几十年的发展已经成为火箭的成熟推进系统之一。由于液体火箭发动机具有诸多的优势，所以它仍然是各国努力发展的主力推进系统。同固体火箭发动机相比，液体火箭发动机具有比冲高、推力可调、可多次启动等优点，这些优点是液体火箭发动机一直受重视的资本。液体火箭比冲高、可多次启动是解决载荷不足以及成本过高的关键。比冲越高意味着火箭在推进剂一定的情况下可以携带更多的载荷；推力可调和多次启动能力则可以根据需要对推力时间曲线进行调控，实现飞行弹道重复。随着航天技术的发展，液体火箭发动机技术也在不断进步，当下液体火箭发动机技术的发展趋势主要是低成本、高可靠性和可重复使用。目前我国商业航天在液体火箭发动机方面也取得了很多进展。3.3.液体发动机推进剂3.3.1.低温推进剂是市场主流液体发动机推进剂采用低温推进剂是发动机重复使用前提。像汽车行驶需要汽油，火箭发射也需要添加燃料。火箭的燃料，被称为“推进剂”。推进剂在火箭发动机中快速燃烧，为火箭提供能量。按照状态来分，推进剂可以分为液体推进剂和固体推进剂两类。经过长期试验，科研人员们发现，采用低温推进剂是液体火箭发动机可重复使用的基本前提。低温推进剂主要包括了液氧煤油、液氧液氢和液氧甲烷等推进剂组合。不同的推进剂在一定程度上影响着重复使用火箭的性能、运行维护以及使用寿命。3.3.2.液氧甲烷优点显著液氧煤油积碳严重，液氧液氢条件苛刻。重复使用火箭的猎鹰9号火箭的梅林发动机，使用了液氧煤油推进剂。液氧煤油发动机密度比冲高，技术成熟。然而，液氧煤油发动机使用后，需要清除内部的煤油和积碳，维护工作较为繁琐。美国航天飞机主发动机SSME堪称重复使用的鼻祖，采用的是液氧液氢发动机。液氧液氢发动机比冲最高，无积碳、无污染。但由于液氢制备难、储存条件苛刻，运行维护成本要远远高于其他两种推进剂组合。可重复使用运载火箭的兴起使得双低温、积碳少的液氧甲烷发动机得到极大的重视。重复使用火箭动力类型的选择方面，当前主要考虑液氧煤油和液氧甲烷两种动力类型；但液氧甲烷发动机的重复使用性能更好。从国际上重复使用运载火箭动力类型的选择情况来看，两种类型发动机均有应用，但采用液氧甲烷发动机的新型重复使用运载火箭更加广泛。2022年9月，西安航天动力研究所自主研制的某型液氧煤油发动机已实现了首次重复飞行试验验证。从长期看，一方面，甲烷来源广泛、价格便宜；另一方面，液氧甲烷动力在重复使用性能、深空探测原位制取等方面具有优势，可用于后续的升级换代。液氧甲烷管理上也有较大发展潜力，也是Starship的推进剂。在烃类推进剂中，甲烷的结焦温度(初始结焦温度950K）比煤油（初始结焦温度693-703K）更高，更高的结焦温度使得再生冷却推力室性能具有更大提升空间；甲烷冷却性能好，适用于全流量补燃循环方案，能够兼顾高性能和重复使用需求。因为其良好的性能，因此SpaceX的Starship星舰也使用液氧甲烷作为火箭推进剂。3.3.3.我国在液氧甲烷方面开展研究，取得进展欧美各国加快液氧甲烷布局，中国成功发射全球首枚液氧甲烷火箭。SpaceX正在研发的猛禽发动机，是世界上第一款实用化的大推力液氧甲烷火箭发动机。目前，具有33台猛禽发动机的星舰超重助推器B7已经完成了首次发动机静态点火测试，即将进行轨道飞行试验。欧洲的普罗米修斯液氧甲烷发动机已经被纳入未来运载器准备计划（FLPP），瞄准2030年左右的发射市场，为欧洲运载器的长期发展做好准备。俄罗斯正在研究200吨级推力的RD-0162液氧甲烷发动机，计划2030年前后投入使用。中国蓝箭航天研制的“天鹊”TQ-12的80吨级液氧甲烷发动机，已经在2022年进行了首次飞行试验，助力朱雀二号火箭成功飞跃了卡门线（海拔100公里）。我国已开展200吨液氧甲烷发动机技术攻关。在液氧甲烷发动机方面，我国在20世纪80年代开展了相关关键技术研究，获得了点火、燃烧、热、流阻特性等基础数据，为液氧甲烷发动机研制提供了很好的技术基础。近年来，随着低成本商业航天的发展，多型10吨级和80吨级开式循环液氧甲烷发动机相继完成了整机热试。面向未来大规模空间开发需求，我国也开展了200吨级高性能可重复使用液氧甲烷发动机关键技术攻关。3.4.火箭回收—降本的质变过程3.4.1.火箭回收降本明显，复用之路势在必行火箭回收降本效应明显。一枚运载火箭的硬件成本就能占到每次发射总成本的80%以上，这使得单位有效载荷的运输成本非常高。因此回收火箭，维护后重复使用，可极大降低发射成本。全国空间探测技术首席科学传播专家、卫星应用产业协会首席专家庞之浩称“掌握了火箭回收并重复使用技术，可节省宇航发射成本80%左右。”于是，重复使用火箭便应运而生，特指从地面起飞完成预定发射任务后，全部或部分返回并安全着陆，经过检修维护与燃料加注，可再次执行发射任务的火箭。3.4.2.火箭回收的三种主要模式中，垂直回收应用价值最高伞降回收—仍未实现。指在火箭一级发动机工作结束并完成级间分离返回后，在低空采用降落伞减速，最后通过气囊缓冲着陆或者直升机钩住带回地面。然而，这种方式不仅对着陆地形有要求，也无法实现火箭定点着陆，且火箭落地后发动机也会随之报废，与真正意义上的“回收利用”有较大差距。这种方案与飞船返回舱的回收类似。美国联合发射联盟公司的火神火箭拟采用伞降回收方案，由直升机在空中实现回收，但截至目前还未实现。垂直回收—应用价值最高。指在低空采用发动机反推减速并调整至指定地点的回收方案。采用垂直回收的典型代表，是SpaceX的猎鹰9号火箭。该火箭于2015年成功实现第一级火箭回收，也成为全世界首个实现第一级火箭回收的轨道飞行器。然而，以垂直下降方式降落地面，必须提前为发动机反推预留推进剂，这会对火箭运载能力造成一定的损失。垂直回收飞行载荷小、着陆精度高，并且对火箭自身结构设计的改动最小，在三种回收方式中经济应用价值最高。垂直回收目前已经成为各国航天工程师研究的热点。带翼飞回—要求较高。带翼飞回是利用空气动力使火箭像飞机一样滑翔降落。这种方案对火箭总体设计和返回控制技术要求较高。俄罗斯提出的贝加尔号有翼助推器方案就是典型的带翼回收方案，贝加尔号为第一级带翼飞回式助推器，可以像飞机一样着陆。然而，带翼飞回需要为火箭增加机翼、起落架等结构，这些结构重量等因素会使火箭运载能力损失约40%。3.4.3.我国目前在火箭回收的进展在火箭可回收技术研发方面：2022年5月，江苏深蓝航天有限公司研发的“星云-M”1号试验箭完成了1公里级垂直回收飞行试验，这是目前国内开展的飞行高度最高、速度最快、时间最长的垂直回收飞行