航天发射领域突破性发展趋势分析

常建龙 段心磊 邵旭东 赵永娟 张鹏飞 韩冰

摘要：随着通信及互联网技术的发展，以小卫星组网为基础的天基互联网应用模式成为世界航天大国争相发展下一个热点，本文以克里斯坦森的突破性发展趋势分析方法为基础，在当前航天发射市场需求变革的背景下，对比固体运载火箭与传统液体火箭的优势与劣势，认为固体运载火箭将以其快速性、易用性带来航天发射市场的突破性发展。

Abstract： With the development of communications and Internet technology， the space-based Internet application model based on small satellite networking has become the next hot spot for the development of the world's space powers. This article is based on Christensen's breakthrough development trend analysis method. In the context of the current demand changes in the space launch market， comparing the advantages and disadvantages of solid launch vehicles with traditional liquid rockets， it is believed that solid launch vehicles will bring about a breakthrough in the space launch market with its rapidity and ease of use.

關键词：突破性发展趋势;航天发射;固体火箭

Key words： breakthrough development trend;space launch;solid rocket

中图分类号：V4                                           文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）20-0212-02

0  引言

基于卫星组网形成的天基卫星网，可以实现信息流互联，将海陆空三方信息融合[1]，使得卫星网络系统可以在战场上更加快速地搜集战略情报，更加准确地感知战场态势。

火箭发动机的种类有液体火箭发动机和固体火箭发动机等。固体火箭发动机与液体相比其体积较小，但更容易提供稳定的大推力，发射操作也更加简单。基于近年来航天科技的发展形势，作为将中小型卫星快速送入预定轨道的运载工具，固体小型运载火箭依靠其简单结构、成本较低、可靠性高以及极强的机动性等优势广泛应用于卫星发射任务。

现如今，太空探索已经是众多企业的一项业务，固体运载火箭和小卫星组网的结合已经踏入商用领域[2]。固体燃料在同等造价下，能够提供比液体燃料更大的推力，使用固体发动机也有助于减轻火箭总体质量[3]。因此固体小型运载火箭是目前空间运输火箭发展的一个重要方向，具有广阔的发展前景和用途。

同时，由于固体火箭发射成本的降低，会推动小卫星的规模化发展，能够满足未来高效、仓储化、廉价、规模化、小型化的小卫星战术应用需求，具有良好的市场前景[4]。

历经40多年的建设和发展，我国的固体火箭发动机技术达到了较高的水平。未来，小型固体运载火箭和小卫星的结合或许将成为开发宇宙空间的重要战略平台[5]。

1  突破性发展趋势分析方法

1.1 突破性发展趋势分析方法的背景

20世纪末，大量在传统领域领先的企业在面对技术变革与市场变化时被迅速淘汰或沦为二流企业。有部分优秀企业，其本身管理并未出现问题，仅仅因忽略或错误评估行业的发展趋势便在短短时间内破产重组，这种现象令管理业内人士困惑不解。管理学业内人士提出了多种解释试图分析此类企业衰落的共性。其中哈佛商学院克里斯坦森将行业技术发展分为“延续性技术”与“突破性技术”，并认为一些优秀企业之所以快速被行业所抛弃，正是没有正确应对行业中突破性技术的发展，突破性技术带来了行业发展趋势的突破性，造成了行业企业的洗牌。

本文基于克里斯坦森针对商业市场突破性发展趋势的分析方法，针对商业航天发射领域中的突破性技术开展分析，预测运载火箭发展中的突破性趋势。

1.2 突破性发展趋势分析方法

要针对商业市场的突破性发展趋势开展分析，首先必须明晰其突破性发展产生的机理：①突破性发展趋势往往是由市场中突破性产品的畅销而导致的。②突破性产品均采用了在主流市场不被广泛认可的突破性技术。③突破性产品由于采用突破性创新技术，在初期往往会造成性能降低，但由于其拥有非主流客户所重视的价值，在新生市场或边缘市场上得以生存。④突破性产品最终的畅销是随着技术的发展其性能逐步提升，具备了满足主流市场用户需求的能力，同时依靠其不同于传统产品的特点在主流市场上具备了强大的竞争力。

开展突破性趋势分析的前提是必须明确何为突破性创新技术。一般而言，技术对何种性能进行改善，是区分“延续性创新技术”与“突破性创新技术”的唯一标准。若技术着眼于改善主流客户所重视的产品指标，则此种技术被称为“延续性创新技术”;若技术改善的性能指标不被主流市场认可，反而在边缘市场受到欢迎，则可被称为“突破性创新技术”。

突破性产品由于采用突破性创新技术可能会造成性能降低，其诞生初期最大的问题是如何寻找到认可其价值的市场;突破性产品的进一步发展需要行业技术的进步，并且进步的速度需快于市场需求的提升。突破性产品性能满足主流市场需要时，其即具备了从边缘市场进入主流市场的能力。

突破性产品在新生市场或边缘市场的主导地位并不能影响主流市场的发展趋势，所以，开展行业突破性发展趋势分析主要有以下步骤：①寻找行业内突破性技术及产品，分析其优势及劣势;②寻找并重视突破性产品优点，使其在市场中得以生存;③评估突破性产品性能发展趋势及主流市场用户需求发展趋势，判断突破性产品性能是否能够满足主流用户市场需求;④对比分析主流产品与突破性产品，判断其是否可带来行业的突破性发展趋势。

2  固体运载火箭的突破性

目前世界商业航天发射市场中主流产品均为一次性的化学能运载火箭，在我国，航天发射基本均選用长征二号丙、丁等系列液体运载火箭，固体运载火箭仍处于边缘行列。

2010年开始，我国陆续启动多型固体运载火箭的研制工作。由于采用固体发动机，火箭结构简单、可长期贮存、售价低，且因不需要射前加注燃料，原则上不受发射工位约束，可支持超高密度的快速发射，是一种典型的突破性产品。

但由于受到我国固体动力技术发展的制约，目前我国市面上主流固体运载火箭的运载能力均远远小于传统的液体火箭，如长征十一号运载火箭的运载能力为500kg/500km，无法满足主流发射市场的需求;且每公斤载荷的成本是液体火箭的一倍左右，在主流市场上尚不具备竞争能力。

近年来，卫星制造的成本随着技术发展而逐渐降低，释放了科研机构、中小型企业对卫星的需求。但其中重量低于500kg的小卫星占据所有卫星数量的60%以上，且微纳卫星居多。此类卫星的研制机构往往无力承担动辄几个亿的中、大型火箭，同时由于科研周期或融资周期等因素，对发射服务的时效性要求较高。而执行国家任务的火箭周期一般以年计算，双方需求无法契合。此时，可快速履约、高密度发射的固体运载火箭受到小卫星发射市场的青睐。

3  航天发射市场需求趋势分析

目前世界各国航天发射市场仍是以国家任务为主，而商业任务体量较小，处于萌芽阶段。以我国为例，卫星发射市场的主流载荷仍是以“北斗”导航系统为代表，任务需求与固体运载火箭能力相去较远，因此通常采用大型长征系列火箭执行发射任务。

但是随着卫星的载荷微型化发展趋势，目前世界各国卫星发射呈现出“小卫星、大组网”的“互联网+”新型运营模式，对火箭的需求遵循着“功能选择-性能选择-可靠性选择-价格选择-便易性选择”的规律，从性能逐渐向着火箭可靠性、快速性等方面转变。

SpaceX公司于2017年提出星链计划，将发射12000颗低轨卫星以向全球提供高速宽带接入服务，同时借此推进美国空军天基互联网项目的实施;2019年5月，SpaceX使用猎鹰-9号运载火箭成功发射其星座的首批60颗卫星，单星重量227kg。此外，我国“鸿雁”等低轨宽带互联网通信星座项目计划在未来部署200-600颗小型卫星，在天基互联网领域占据一席之地。

西欧各国作为传统航天强国，历来重视小卫星的技术发展及应用。欧盟《欧洲空间技术发展优先级于路线图（2018-2030）》对欧洲小卫星发展提出了明确规划，2021年完成小卫星星座在气候监视、能源安全和智能交通等方面应用的关键技术研究。在此趋势下，固体运载火箭的能力将逐渐接近与主流用户需求。

4  固体运载火箭的发展趋势

固体运载火箭牵引了固体动力技术的发展，正在研制中的快舟十一运载火箭运载能力预计为1吨左右，已站在了主流市场的门槛处，而航天科技集团200吨推力固体发动机的成功试车，推动着新研制的长征十一甲运载火箭的能力大幅提升，预计将达到长征十一运载火箭能力的三倍，其运载能力已于国际上主流固体运载火箭如金牛座持平，可满足主流市场用户的基本需求。

随着2019年我国首次运载火箭海上发射飞行试验的成功，又为固体火箭带来了两大优势：

①我国长征系列固体运载火箭同时具备海、陆双模式发射能力，进一步降低了对发射场的依赖，可通过改造现有大型船舶，在短时间内具备同时执行多次发射任务的能力。②海上发射固体运载火箭可通过船舶航行调整发射点，具备将低倾角、零倾角卫星送上太空的能力，这与天基互联网星座需求不谋而合。

5  中、大型运载火箭在小卫星发射市场的困境

长征二号、三号系列火箭目前主要执行国家任务，仅在运载能力有一定富裕时，会遴选部分符合需求的中小型卫星进行搭载发射;由于液体火箭必须在发射场的特定工位执行发射任务，且在发射后必须对发射台架进行检修，发射密度受到严重制约，全年发射次数有限，无力执行商业发射任务。

对于中大型运载火箭搭载发射，无论卫星大小，每颗卫星均需要开展星箭接口协调，重新调整卫星布局，明确星箭机械电气接口和电磁兼容性等内容。协调量随着卫星数量的增加而增加，会耗费较长的准备周期并造成资源的大量占用。但由于小卫星每次发射的数量多，以目前商业航天市场按载荷重量计算发射费用的方式，其对火箭产品的效益有限，有时竟难以弥补人员费用。因此，中大型运载火箭难以执行商业搭载发射任务。

6  结束语

当前的航天应用市场呈现出“航天技术”与“互联网技术”深度融合的趋势，天基互联网、物联网等概念的提出与实施带动着小卫星组网的迅速方向发展，对运载火箭的快速性、可靠性的重视程度逐年上升;市场需求的变化为固体运载火箭及航天发射市场的突破性发展奠定了基础。同时，固体动力技术持续进步，固体运载火箭能力的提升进一步契合了主流用户的需求。固体运载火箭将以其可靠、便捷的特点，必将推动航天发射领域的新发展。

参考文献：

[1]刘哲聿.卫星组网结构设计与仿真[D].西安电子科技大学， 2011.

[2]唐亮，刘鸿鹏，何慧东.全球小卫星现状及发展[J].国际太空，2019（06）：36-41.

[3]龙威，徐拓，刘晓，等.关于我国商业运载火箭发展的思考[J]. 军民两用技术与产品，2019（7）：40-43.

[4]任庆华，刘双，张海龙，等.固体小运载火箭发动机的现状及发展趋势分析[J].现代防御技术，2016，44（05）：40-45.

[5]王晨.民营航天企业为啥青睐固体运载火箭[N].中国航天报，2019-08-10（003）.