中外商业运载火箭发展概况

彭小波 季海波 谢红军 王绮涵（北京星际荣耀空间科技股份有限公司）

1 引言

商业航天是以获得商业利润为主要目的，采用市场导向机制来开展航天活动的行为。目前，世界上的航天形势正经历着商业航天发展带来的深刻变化。1984 年，美国颁布《空间商业发射法案》，从政策层面开放火箭发射业务给商业公司；后续，《商业空间法》《国家航天运输政策》和《美国国家航天政策》等也相继出台，旨在鼓励、规范和促进商业空间发射活动。

在中国，运载火箭曾长期和武器装备实施同样的管理办法。2016 年，“商业遥感卫星、通信卫星及运载火箭”词条被列入《国家发展改革委工业和信息化部关于实施制造业升级改造重大工程包的通知》，这对运载火箭的武器装备属性产生了冲击。2019 年6 月，《国家国防科技工业局 中央军委装备发展部关于促进商业运载火箭规范有序发展的通知》发布，正式对商业运载火箭进行了官方细则指导。在相关政策不断更新的前后几年间，深圳市翎客航天技术有限公司、蓝箭航天空间科技股份有限公司、零壹空间科技集团有限公司、北京星际荣耀空间科技股份有限公司（简称“星际荣耀”）、星河动力空间科技有限公司等民营商业航天公司相继成立，开始了商业运载火箭自主研发之路。本文通过对比中外商业运载火箭发展现状，总结分析了二者之间的差异，为我国进一步发展商业运载火箭和商业航天提供了建议和参考。

2 国外商业运载火箭概况

美国

美国航空航天巨擘波音公司（Boeing）、洛·马公司（LM）等早在20 世纪初就已成立，开始积累航空航天技术。到冷战时期，为了在太空竞赛中击败苏联，美国开始研制火箭——土星五号（Saturn V），波音公司参与了这型火箭的生产和制造。同时，洛·马公司也为美国国家航空航天局（NASA）研制了“大力神”（Titan）系列运载火箭，以满足载人航天和军用卫星发射的需求。冷战结束后，美国航天产业经历并购、重组，一直保持综合实力最强的状态。波音公司、洛·马公司将运载火箭业务合并为美国联合发射联盟（ULA），一度包揽美国航天发射主要市场；诺·格公司（Northrop Grumman）则通过并购轨道科学公司（Orbital Sciences）闯入商业运载火箭市场，占据一席之地。近年来，ULA 具有代表性的运载火箭有“德尔他”（Delta）系列、“宇宙神”（Atlas）系列等，这几款火箭运载能力强、可靠性高，但无法回收。

2002 年，埃隆·马斯克创立太空探索技术公司（SpaceX）。2015 年12 月21 日，该公司猎鹰－9（Falcon－9）运载火箭完成一子级垂直起降回收。2017 年3 月31 日，猎鹰－9 成功发射欧洲卫星全球公司（SES）的SES－10 卫星，执行此次任务的火箭一子级曾于2016 年4 月回收，这也是人类航天史上运载火箭的首次重复使用。目前SpaceX 公司的主打运载火箭产品有猎鹰－9、“重型猎鹰”（Falcon Heavy）和“星舰”（Starship）。

与SpaceX 公司一同角逐商业运载火箭市场的还有蓝源公司（Blue Origin）、火箭实验室公司（RocketLab）、阿斯特拉公司（Astra）等。蓝源公司现有火箭为“新谢泼德”（New Shepard），这是一款可回收火箭，可执行亚轨道载人飞行任务，还在研发中的“新格伦”（New Glenn）火箭则是一款重型轨道级运载火箭，质量和体积都超过了SpaceX 的“猎鹰重型”火箭。火箭实验室的主打产品为“电子”（Electron）小型运载火箭，该型火箭高18m，直径1.2m，低地球轨道运载能力300kg，可采用伞降方式回收；该公司未来还将推出“中子”（Neutron）中型可重复使用运载火箭，高度40m，直径7m，低地球轨道运载能力13000kg，将是全球首款碳纤维复合材料的运载火箭，其一子级可采用垂直起降方式回收。阿斯特拉公司提供小型运载火箭发射服务，该公司经过6 次失败后于2021 年11 月完成首次入轨。

俄罗斯

借助苏联时期雄厚的航天技术基础和工业背景，俄罗斯在运载火箭方面硕果累累，其主力火箭有“质子”（Proton）、“联盟”（Soyuz）、“安加拉”（Angara）、“天顶”（Zenith）等，能满足其国内和国际发射需求。

20 世纪90 年代开始，俄罗斯开始承揽国际商业发射服务。国际发射服务公司（ILS）、斯达西姆公司（Starsem）等先后组建并投入商业运营。俄罗斯火箭通过与欧美国家进行国际合作，拓宽了其商业发射服务市场，受到了各国卫星客户的青睐。2019 年1月至2021 年7 月，俄罗斯共执行了12 次“一箭多星”发射服务，此类“拼单”式发射服务客户包括日本、沙特阿拉伯、阿联酋、意大利、韩国等近30 个国家。“阿穆尔”（Amur）火箭是俄罗斯为应对SpaceX的竞争而开发的可重复使用新型液氧甲烷运载火箭，预计2026 年首飞。“阿穆尔”火箭为两级火箭，全箭高55m，起飞质量360t，箭体直径4.1m，整流罩直径5.1m，一子级并联5 台新型液氧甲烷发动机RD－0169，起飞推力约为500t。火箭一子级安装可收放支腿和栅格舵，可进行垂直回收；火箭二级为一次性使用，采用与一级相同发动机的真空版RD－169V，推力约为110t。

欧洲

欧洲主要承载发射任务的是“阿里安”（Ariane）和“织女星”（Vega）系列运载火箭，这两款火箭由欧洲航天局（ESA）研制，既承接国家航天发射任务，也能完成商业航天发射任务。其中“阿里安”系列火箭于1979 年首飞成功，此后历经不懈的迭代和商业化，迅猛发展，到1992 年，“阿里安”火箭已超过美国一众商业火箭，占据了一半的国际发射市场份额，成为了当时国际市场的主流火箭。

目前，阿里安集团公司正在研发和测试阿里安－6火箭。阿里安－6 通过技术改进和成本优化，将有望与美国“猎鹰”火箭竞争国际发射市场，同时，这型火箭将与织女星﹣C 运载火箭组成欧洲下一代运载火箭体系，满足各类载荷发射需求。

为降低发射成本和竞争商业发射市场，欧洲航天局以及欧洲各国航天局正在积极合作开展可重复使用运载火箭的研制。目前，欧洲遵循“稳步前进、持续更新”的发展路径，从Frog 小型验证飞行器到Callisto 百米级垂直起飞及降落（VTVL）验证火箭，再到采用新一代“普罗米修斯”发动机的Themis 验证型火箭，最终进化成可重复使用的“阿里安下一代”（Ariane Next）火箭。

3 中国商业运载火箭概况

20 世纪70 年代，中国在工业和人才基础都落后于美苏的情况下，仍然磨砺出了“长征”系列运载火箭，并在1988 年和美国休斯公司（Hughes）正式签署了卫星发射服务合同，开始了中国商业化发射的探索。中国“长征”系列运载火箭紧跟国际市场需求，开始承揽对外商业发射服务。1989－1997 年，“长征”系列运载火箭先后完成了“亚星”“澳星”“铱星”等商业发射任务，形成了其在国际市场的重要影响力。这一阶段，中国航天依靠市场竞标和签订合同，利用国家研制的型号运载火箭完成了商业发射任务，这是中国商业航天初步发展的重要阶段。

但中国对外发展商业航天的道路并不平坦。就在“物美价廉”的“长征”系列火箭即将在国际商业发射市场上大展身手之际，美国的《考克斯报告》和《国际武器贸易条例（ITAR）》相继出台，阻碍了中国航天进一步拓宽国际市场的动作。

双曲线一号遥一长安欧尚号运载火箭在中国酒泉卫星发射中心成功发射

2014 年，国务院出台《关于创新重点领域投融资机制鼓励社会投资的指导意见》，首次提出要鼓励民间资本参与国家民用空间基础设施建设。2015 年，《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015～2025年）》提出：要探索国家民用空间基础设施市场化、商业化发展新机制，加快建设自主开放、安全、可靠、长期连续稳定运行的国家民用空间基础设施。2016 年，国务院新闻办公室发布《2016 中国的航天》白皮书，进一步明确了要大力发展商业航天的时代任务。自此，在国家战略和产业政策的双重扶持和鼓励下，中国商业航天迅速成长，民营商业航天公司也相继加入运载火箭研制的赛道。

目前，中国长征火箭有限公司推出了商业运载火箭产品——“捷龙”系列，航天科工火箭技术有限公司推出了运载火箭产品——“快舟”系列，以上两个系列的火箭均为固体运载火箭。

在民营公司赛道，火箭的种类则更加丰富，可选择的发射服务也更多。星际荣耀公司已形成“双曲线”系列运载火箭型谱。2019 年7 月，小型固体运载火箭双曲线一号在酒泉卫星发射中心成功发射，这也使该公司成为中国第一家成功完成运载火箭入轨发射任务的民营企业。

现阶段，星际荣耀公司遵循“由固到液、由小到大”的技术发展路径和“小步快跑、快速迭代、持续进化”的经营策略，从研制小型固体运载火箭开始，在熟悉发射流程和完善生产配套的基础上，再进一步研制液体运载火箭。固体运载火箭和液体运载火箭的主要区别是推进剂的形态不同，固体火箭的推进剂是固态，液体火箭的推进剂则是液态。除此之外，固体运载火箭有着储存时间长、发射准备周期短的优势，能满足小卫星发射和补网的紧急需求。

我国商业液体运载火箭尚处于研发阶段。中国长征火箭有限公司计划研制“腾龙”系列液体运载火箭，目前仍在论证过程中；星际荣耀小型可重复使用液体运载火箭双曲线二号进度较快，已进入验证型火箭的发射试验筹备期；同系列的大型可重复使用液体运载火箭双曲线三号也已顺利通过方案论证转段评审，处于方案设计阶段。

目前，星际荣耀自主研发的焦点一号液氧甲烷发动机已顺利通过全系统长程试车、二次启动试车、大范围连续变推力长程试车、摇摆试车等多种全系统热试车考核，是国内首台获得完整大范围变推力试车结果的低温液体发动机。未来，“焦点”系列发动机将为液体可回收火箭双曲线二号、双曲线三号提供核心动力，尽快实现国内商业航天可重复使用运载火箭零的突破。

4 国内外商业运载火箭客观差距分析

美国、俄罗斯商业运载火箭的发展和冷战的时代背景息息相关。1957 年，美苏太空竞赛正式打响，截至冷战结束，两国投入了大量人力、物力进行太空领域的技术探索，包括重型运载火箭和百吨级液体发动机。但传统航天受技术、管理、效率以及垄断等多种因素制约，成本居高不下。据统计，美国航天飞机总计发射135 次，共花费1960 亿美元。在高昂的费用和与苏联竞争的双重压力下，美国政府于1984 年颁布了《商业太空发射法案》，向民营企业开放火箭发射业务许可，并要求NASA 尽最大可能支持商业航天的发展和应用。

在这一历史背景下，美国的技术基础、工业水平和政策环境都对商业航天的成长极为友好。2006年，NASA 启动了“商业轨道运输服务”（COTS）项目，通过招标这一市场交易行为，和两家商业运载火箭私企——SpaceX公司和轨道科学公司达成合作，以完成向“国际空间站”运输货物的发射任务。诸如此类的政企合作一方面解放了国家的资金和人力，让NASA 可以将精力放在深空科学探索上，另一方面也促进了私营航天企业的发展和良性运营，推动了发射成本更低的可重复使用运载火箭的进步。

双曲线二号验证型火箭一级主动段及返回段飞行控制系统与发动机联合试车

纵观太空竞赛历史，美国和苏联倾举国之力发展航天事业，这一时期诞生的航天技术、产品、基础设施以及利好政策为日后欧美国家发展商业航天提供了重要参考和经验。中国商业航天的技术研发和政策出台晚于欧美国家，加上部分航天强国的封锁和垄断，中国商业航天长期以来负重前行，直到近几年才得到快速发展的机遇。

2015 年，SpaceX 公司成功实现一级火箭回收，其成功经验让人们开始重新审视航天的发展路径，也拉开了人类大规模探索和应用宇宙的序幕。2017年，中国从战略层面开始鼓励民营航天的创新和发展，多家民营公司涌入商业运载火箭赛道，以整体较快的节奏开展了首次发射（亚轨道或入轨发射），其中星际荣耀成立3 年内即实现首飞火箭的成功入轨，该纪录在国内外初创商业运载火箭公司中属较领先水平。

如今，中国商业运载火箭刚刚经历第一个五年的发展阶段，客观来说，与欧美等国的商业运载火箭存在技术和性能上的较大差距，但中国民营公司的迭代和进步速度不逊色于国外商业航天私企。中国商业运载火箭正处于全速追赶阶段，中国民营火箭公司不断缩小国内外商业航天差距，为中国商业航天的全面发展提速。

5 未来我国商业运载火箭的发展方向

低成本是商业航天的核心竞争优势

与传统航天不同，成本管控是商业航天的核心，低成本是商业运载火箭取得市场竞争优势的关键要素。实现低成本化的手段多种多样，例如：在项目管理方面，商业运载火箭公司可精简项目部门和接口，采用扁平、一体化的管理架构，技术人员深度参与设计和制造流程；在设计方面，可对产品进行模块化、集成化改造，提升单机元器件功能；在制造方面，可推广3D 打印、智能化生产线等，提高生产效率，降低材料成本和人工成本；在技术路线方面，一子级回收则是实现低成本化的主要手段。

质量和可靠性是商业火箭发展的命脉

航天项目的特殊性和复杂性决定了其高风险性，因此，确保火箭发射的可靠性是商业运载火箭公司发展路径上的重中之重。火箭在生产制造过程中常常面临元器件等级高、机械加工工艺难、质量管控成本高等问题，民营公司在不过分增加成本的前提下，应通过技术改良和管理创新克服生产制造中的风险及问题点，做到不带隐患上天，提升商业运载火箭飞行质量。另一方面，动力冗余、故障诊断、在线智能重构等技术的应用，也可以大大提升发射任务的成功率和飞行可靠性。

快速响应、高频次发射是商业发射市场的趋势

快速响应也是商业航天较于传统航天的重要优势之一。响应时间指用户提出发射需求到发射成功期间的准备时间，响应时间的长短将决定用户满意度，最终影响公司的市场竞争力和品牌美誉度。未来的商业运载火箭公司应通过量化生产和模块化组合等手段，将发射响应时间缩短到几周甚至几天内，形成商业发射常态化。

加强与政府合作

商业运载火箭的发展离不开政府的鼓励与扶持。初创民营火箭公司在基础设施资源方面较为薄弱，如果国家能够分享发射场资源等重资产，将为企业早期运营提供极大的便利。此外，商业航天许可的进一步开放和商业航天法的完善都将进一步规范商业运载火箭市场，为民营公司的健康成长提供优质土壤。在未来，政府还可以与商业运载火箭公司签订合同，购买其发射服务，以进一步拓宽国内商业航天市场，促进商业运载火箭产品的良性竞争。

6 结语

商业运载火箭是现阶段人类进入空间的重要手段，确保这一手段的低成本、高质量、快响应、常态化是未来进一步挖掘太空产业、开拓太空市场的先决条件。商业运载火箭的成熟将提升资本的信任度，进一步吸引投资进入商业航天领域，为商业航天产业链的下游公司提供更多服务和应用场景；同时，商业运载火箭的发展还将催生太空旅游、太空采矿、太空殡葬、太空运输、太空医药等创新应用领域，为商业航天构建更完善的产业生态，创造更多盈利模式。

近年来，我国相继出台商业航天政策与法规，促进了商业运载火箭公司的快速发展，其发展速度并不落后于国外火箭创企，未来，差距有望缩小。商业运载火箭的成熟将进一步吸引投资，催生更多太空应用领域，为商业航天构建更完善的产业生态。