中國首枚液氧甲烷火箭成功入軌，挑戰“星艦”？

7月12日9時整，中國民營航天企業藍箭航天自主研制的朱雀二號遙二運載火箭，在酒泉衛星發射中心升空，順利入軌並完成了飛行任務。這是全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭，標誌著中國運載火箭在新型低成本液體推進劑應用方面取得重大突破。

今年，關於液氧甲烷火箭入軌，全球已有過兩次嘗試。4月20日，美國太空探索技術公司（SpaceX）的新型運載火箭“星艦”首次發射，以解體爆炸告終；更早的3月23日，美國相對論空間公司的“人族壹號”火箭嘗試首發，因二級點火失敗而無緣入軌。7月10日，SpaceX創始人馬斯克在推特上設想了“火星移民計劃”：平均每3天發射50枚“星艦”，每年將超過100萬噸有效載荷送入軌道，足以在火星上建造壹座自給自足的城市。

2015年被視為中國商業航天發展元年。中國科學院國家空間科學中心研究員周炳紅對《中國新聞周刊》分析說，中國商業航天還需在火箭回收和重復使用、高運載系數、規模化生產和發射這三個方面進行提升。中國與大規模批量交付火箭所代表的商業航天2.0時代間，還有壹定距離。

7月12日9時0分，朱雀二號遙二運載火箭在中國酒泉衛星發射中心發射升空。圖鱷視覺中國

技術上從0到1

2015年7月11日，中國第壹個民用商業遙感衛星項目——“北京二號”遙感衛星星座，在印度孟加拉灣，搭乘印度太空研究組織的極地軌道運載火箭升空入軌。同年，《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃（2015-2025年）》出臺，藍箭航天、零壹空間等中國第壹批商業火箭公司相繼註冊成立。

2016年11月，“麗水壹號”商業遙感小衛星星座，搭乘長征-11火箭，實現壹箭多星入軌，為首次國家發射場與民營衛星公司的搭檔發射。2021年12月，星河動力成功發射谷神星壹號遙二固體運載火箭，將5顆商業衛星送入預定軌道，國內民營火箭公司開始獨立探索連續發射、壹箭多星的道路。

到2023年的朱雀二號遙二運載火箭發射成功，中國企業已實現中型液體運載火箭的完全自主研發。該箭箭體直徑 3.35 米，總長 49.5 米，起飛質量 219 噸，起飛推力 268 噸。壹級采用4臺天鵲80噸液氧甲烷發動機並聯；二級發動機采用單臺天鵲80噸液氧甲烷發動機和天鵲10噸級遊動液氧甲烷發動機（下稱遊機）。

藍箭航天CEO張昌武在采訪中稱，朱雀二號承載著中國商業航天從0到1的過程。他介紹稱，“從0到1”的門檻很高，企業需獨立完成設計、工藝、制造、測試、發射等壹系列鏈條，突破關鍵技術瓶頸，通過前期方案驗證，向市場批量化交付，從而形成商業化回報。這壹步即使邁過，未來還有可重復使用的門檻。朱雀二號此次完成了液氧甲烷火箭技術上的從0到1，而關於商業上的從0到1，藍箭航天計劃於2024年面向市場進行小批量交付，年產3至4發，2025年翻倍。將要進行的遙三火箭試驗，將搭載有效載荷；可重復使用火箭項目也已啟動，將在2025年試飛。

去年12月14日，朱雀二號遙壹運載火箭試飛，過程中火箭二級飛行異常，未能達到入軌速度，最終再入大氣層，發射任務失敗。故障診斷為二級管路破裂，造成遊機關機異常。

到今年3月，經藍箭航天專項工作組多項措施的改進，通過地面試驗、發動機試車等驗證改進措施的有效性，火箭實現故障歸零。張昌武表示，火箭天然地需要更長周期去驗證產品方案，因此藍箭的目標是通過遙壹至遙三，三發以內驗證產品的成功。

千域空天咨詢有限公司創始人藍天翼曾在航天壹線工作多年，近年來從事商業航天市場調研。他向《中國新聞周刊》強調，朱雀二號的首要貢獻在於，它證明了液氧甲烷推進劑的可行性。國際宇航聯空間運輸委員會副主席楊宇光表示，相比固體燃料，以及最為普及的液氧煤油、液氧液氫燃料，液氧甲烷技術的從0到1，意味著未來火箭大規模批量交付有了可能。

楊宇光分析說，首先從性能角度，固體燃料雖然有密度高、耐儲存、推力強等優勢，但單位燃料提供的動力（即比沖）太低，不適於軌道飛行。至於液氧煤油，其比沖與液氧甲烷相差無幾，但由於煤油在發動機紛繁復雜的管路中燃燒，很容易積碳，難以清理，與可重復利用的目標相去甚遠。液氧液氫雖然比沖更優、燃燒幹凈，但成本問題限制了其發展。

從成本角度，固體燃料開采成本遠高於液體。煤油和甲烷都易得，但航天級別的煤油需提純制備，比只需液化的天然氣成本高。液氫的成本問題有兩點，壹是和液氧沸點相差懸殊，難以共同儲存；二是密度太小，容積需求大，變相增加成本。同為可重復利用火箭燃料，液態甲烷相較液氫的優勢為，其與液氧沸點近似，裝配時可以共同儲存，節約成本。

美國SpaceX的獵鷹9號系列火箭采用液氧煤油發動機，起飛質量549噸，運載系數（有效載荷占火箭起飛總質量的比例）超4％，每公斤載荷發射成本2700美元。中國長征5號運載火箭主發動機采用液氫液氧，起飛質量859噸，運載系數近3％，每公斤載荷報價3萬元人民幣，折合超4100美元。在運載相同衛星入軌的前提下，前者成本縮減超過50％。

朱雀二號的每公斤載荷報價還沒有公布，但此前有媒體預測，該數字有望低於獵鷹9號。而SpaceX公司的“星艦”，壹級使用33臺液氧甲烷猛禽發動機驅動，二級使用3臺猛禽和3臺猛禽真空。相比獵鷹9號的部分回收，馬斯克稱，星艦計劃實現完全可回收，每公斤載荷發射成本報價將為10美元。

另壹美國商業航天巨擘藍色起源公司，旗下的BE-3型號火箭發動機還采用液氧液氫，到BE-4已轉向液氧甲烷。目前，中國民營企業星際榮耀在研的雙曲線三號運載火箭、九州雲箭在研的70噸級龍雲火箭發動機，均以液氧甲烷驅動。中國長征9號超重型運載火箭，也已確定液氧甲烷作為推進劑。今年5月12日，其擬用的200噸級液氧甲烷發動機進行了點火試驗。

楊宇光表示，中國目前無論國企還是民企，都還沒能實現完整的火箭回收過程。獵鷹9號至今已進行超過200次回收，但即使發動機可復用，維修檢測、更換部件，直到再次發射，中間也面臨高額附加成本。楊宇光強調，“可重復使用不等於低成本”。回收技術與成本控制共同決定了可重復利用的效率，進而為大規模批量交付的遠景奠定基礎。

“基礎科研能力是核心競爭力。”楊宇光指出，美國獵鷹9號的高性能與高成功率，很大程度上得益於鋁鋰合金工業的成熟。該合金在同樣強度下，比傳統鋁合金輕得多。每添加1％的金屬鋰，其密度降低3％，該性能特質，在大體量的航天器外殼上表現顯著。獵鷹9號艦體高達70米，全艦外殼使用鋁鋰合金。楊宇光表示，目前中國還缺乏生產這種大型構件的能力。

“朱雀二號雖然在發動機體量、可重復利用技術等方面仍有提升空間，但它確實實現了液氧甲烷的從0到1。它沒有購買技術，自己走通了整條路。”藍天翼說。

全產業鏈的商業模式

在藍天翼眼中，朱雀二號發射成功的另壹則意義，便證明了全產業鏈的商業模式有望走通。

艾媒咨詢2022年研報顯示，中國商業航天自起步以來，產業規模逐年增長，產值由2015年的3764億元增長至2020年的10202億元， 2015～2021年中國商業航天產業保持著22.3％的年均復合增長率，預計2024年將突破2.3萬億元。商業航天產業平均單筆融資額從2014～2015年的0.02億元，增長至2020-2021年的2.11億元。

艾媒咨詢稱，商業航天的上遊為火箭、衛星等制造業，以及原材料行業，被稱為硬件層；中遊包含了發射、地面設備等支撐層；下遊則是應用及服務層，包括運營、衛星應用等。

藍天翼認為，國內商業航天掘起的背後，是行業全產業鏈的發展探索。火箭制造與發射在前兩層，前期投入非常大，企業很可能“倒在黎明前”。市場機制意味著，民營航天企業要首先證明自身實力，才能在下遊應用服務層取得優勢。

零壹空間自研的“重慶兩江之星”火箭，是中國首枚“民營自研商用亞軌道火箭”，其采用固體燃料。藍箭航天在朱雀二號前，也開發過基於固體燃料的朱雀壹號，雖然入軌失敗，卻仍是中國首枚“民營軌道運載火箭”。

朱雀二號運載火箭發動機的測試場景。圖鱷CCTV+

為什麽民營企業都傾向於首發小固體火箭？楊宇光認為這取決於融資模式。固體和液體火箭有不同的市場，小型固體火箭發射靈活快速，更便於搭載微小衛星。而市場上的大規模批量交付，則是液體火箭的主場。企業要證明自己的上天實力，最快方式就是發射固體火箭，甚至直接從國企購買發動機，縮短研發周期，加速融資，以此為基礎再進軍液體火箭市場。

張昌武則表示，“先固後液”只是商業航天探索初期湧現的模式，並不是必要的。中國商業航天從技術上講，不是直接選擇走哪壹條路，而是以產品的充分驗證為導向，摸索前進。因此藍箭航天投入大量精力，建設試車臺、冷試系統、模態試驗系統等，都是為了液氧甲烷這套產品的頂層需求服務的。這過程中，對於資源整合能力的要求極高。

“SpaceX的商業模式與中國民企不同，它的成功是不可復制的。”楊宇光說，SpaceX接受了許多美國航空航天局（NASA）的運輸訂單，這是它前期的重要盈利模式。除了推進劑，國內還有很多要追趕的方向。中國處在商業航天模式探索初期，不能壹蹴而就。

藍天翼分析說，中國民營航天企業在商業模式探索中會否遇到更多困難，取決於商業模式的成熟度。從大行業角度來看，絕大多數公司還在從0到1的過程中。中國現在缺乏壹個足夠體量的運營商，去支撐中下遊。美國空間互聯網創業公司OneWeb則扮演著這樣的角色。

據公開資料，商業航天1.0的傳統模式為銀行貸款、購買衛星、販賣帶寬、收益購買新衛星等，業務範疇集中在中下遊，較為單壹。而OneWeb的資金不是從銀行來，是靠市場和投資，其最大融資者為日本移動通信運營商Softbank。2014年，OneWeb對衛星制造商招標，總共建造約900顆小型互聯網傳輸衛星，此後才催生SpaceX及其StarLink星鏈計劃。

藍天翼分析說，美國商業航天邏輯完善、模式成熟，涉及全球招標采購、市場運營、工業定價等方方面面。中國在航天業發展的60多年裏，國家資本占大頭，以服務國家相關部門需求作為主要任務，這是壹種以科研體系為主的模式，因此除技術、行政風險外，國企很少需要承擔商業風險。

“民商航天和國有航天有不同的側重。”周炳紅補充道。民商航天更註重市場導向和商業化運作，通常以低成本、高效率的方式進行研發，並更加關註商業應用和市場需求。國有航天在國家重大任務中有著重要的地位，更註重長期科研和技術積累，兩者相互補充。民商航天可以為國有航天帶來市場化思維和商業模式創新，國有航天則能提供豐富的科研和技術支持。

“商業航天模式帶來了定價機制、成本核算的機制，以及項目招標等清晰的商業邏輯。藍箭航天因此被人稱為行業中的‘鮎魚’。”藍天翼分析說。但在他看來，“鮎魚”代表著對原有模式壹定程度的改變，但商業航天對“國家隊”模式影響不大，二者的關系應該稱為並行。

下遊應用待發展

藍天翼曾就職於東方紅海特衛星有限公司，其為中國空間技術研究院下屬微小衛星研制總體單位。他曾擔任過多個航天預研項目的分系統設計師，現創辦的千域空天則是壹家航天咨詢公司。

作為航天領域從業者，藍天翼認為商業航天創業門檻較高。這體現在其產業鏈條長、跨度大等方面。過去壹段時間，商業火箭最普遍的下遊應用是衛星發射，其涉及許可證、火箭采購、協調接口、測控等多方面。“只從事具體某壹制造業的人，很少關註下遊應用。”藍天翼說。

他舉例稱，如果下遊想用某個頻段的衛星，壹個做載荷的研究人員，可能只負責搭載，並不關心這壹頻段的作用以及潛在幹擾等。因此，通常從國有航天企業出來的壹線航天從業者，要去完成壹個行業從0到1的過程，其實是很難的。

下遊產品的叠代周期普遍較上遊制造更快。以衛星為例，高軌衛星15年的叠代周期已跟不上通信的發展，因此商業航天也多瞄準低軌衛星。此次朱雀二號遙二箭進入的便是低軌道，即近地軌道。該軌道衛星的安置所需的能量最低，並能提供高帶寬和低通信延遲。

2015年，馬斯克首次提出星鏈計劃，致力於在低軌道部署4.2萬顆通信衛星。2020年，中國國家發改委提出“衛星互聯網”戰略性工程，同年正式發布“GW”星座計劃，預計發射近1.3萬顆的衛星。藍天翼表示，如今低軌衛星也有摩爾定律，即每18個月性能提升壹倍，價格下降壹半。在這樣的速度下，衛星數量增多，發射成本需大幅下降，相應的火箭載荷需求日益提升。

去年11月舉辦的中國航天大會上，商業航天產業服務平臺未來宇航研究院正式發布國內首個商業空間飛行器FutureX。它“像空間擺渡車壹樣”，長期在軌，有望實現衛星部署、多種實驗載荷的攜帶、太空碎片清理等多種功能服務。

未來宇航研究院創始人牛旼告訴《中國新聞周刊》， 2015年剛入行天使投資時，他便與藍箭航天達成合作。他認為，火箭作為通往太空的唯壹工具，必然是投資者的重要切入點。FutureX也是低軌火箭的有效載荷，旨在填補軌道間運輸的空白，屬於新開發的下遊應用。而大規模批量交付後的可重復利用火箭更遠的應用，還包括太空旅遊、深空探測等。

藍天翼表示，雖然可以預測商業航天的應用前景，但很難預測其出現的時間。因此，投資方“回歸理性”，大家希望看到更低成本更高效率的產品出現。究竟大規模批量交付局面能否在近期出現，仍需拭目以待。

“商業航天是個長跑項目，未來兩年將依然是成果集中亮相的沖刺期。”藍天翼分析說。中國商業航天發展的支持舉措仍在不斷出臺。國務院發布的《2021中國的航天》白皮書，明確了促進商業航天快速發展的原則和舉措，相關財稅補貼、市場培育、產業開發等多形式發展政策落地。

“從國內目前對於航天發射活動的政策而言，從來沒有人為設置的阻力，這個行業發展到現在，不論是面向市場端還是監管端，真正的短板從來都是企業自己。”張昌武說道。

發於2023.7.24總第1101期《中國新聞周刊》雜誌