各国运载火箭技术水平拉开“发射成本”差距…韩美相差7倍
去年,全世界共进行火箭发射261次,几乎每天都有火箭升空。其中约60%由美国完成。发射频度愈发密集,市场对发射速度和效率的期待值也不断提高。
以往的一次性(消耗型)运载火箭已难以满足这种期待。人类已经进入一个必须“发得更多、更频繁”的时代。
为确保“进入太空的权利” 需部署大量近地轨道卫星
第六代移动通信(6G)基础设施、精密气象观测、高性能导航设备、基于卫星星座的侦察系统等尖端产业和国家安全体系,都需要大量近地轨道卫星。
与此同时,围绕地球近地轨道的外交版图正日益集团化。像过去那样依赖公共卫星网络的国家,必须承担更高风险。最终,能否用本国运载火箭、以自主方式频繁发射本国卫星,已成为未来生存条件之一。
这种环境变化,使“可重复使用运载火箭”技术从单纯的创新,升级为一种战略资产。以更低成本、更高频率进行发射的能力,就意味着掌握进入太空的权利。
运载火箭正从消耗品演化为一种平台。以美国和中国为首的主要航天强国普遍认为,国家的未来取决于这一平台能否建成,正为此全力以赴。
美国通过SpaceX的“猎鹰9号”(Falcon 9)和“星舰”(Starship),已经抢占了市场。以5月底为基准,猎鹰9号累计发射477次,一级火箭回收432次,重复使用402次,仅有一次发射失败。
霸权国美国,中国紧追其后
目前,美国计划在明年之前继续运营一次性运载火箭,随后逐步停用,并从2028年起转向以猎鹰9号后续型号“星舰”为核心的体系。正在试运行的星舰是一型超大型可重复使用运载火箭,具备100至150吨、是猎鹰9号10倍以上的运载能力。美国国家航空航天局(NASA)还打算将这一系统用于载人登月等任务。
外界评价认为,美国以民营企业为中心的生态已基本成形,在实现技术创新的同时也完成了商业化。
中国则以甲烷燃料运载火箭“朱雀三号(ZQ-3)”和“长征九号(CZ-9)”为核心推进可重复使用技术的攻关。民营初创企业蓝箭航天已成功完成全球首次甲烷火箭发射,海南商用航天发射场也在建设每周可发射1次的基础设施。
CZ-9是一型运载能力130吨的超大型可重复使用运载火箭,计划于2033年首飞。在中央政府主导技术研发体系的推动下,中国在可重复使用运载火箭领域也取得快速进展,在技术层面紧追美国。
俄罗斯正以2030年首次发射为目标,研制可重复使用运载火箭“阿穆尔(Amur)”。不过有分析指出,其技术资产几近耗尽,实质性技术能力尚难确认。因此,也有声音认为阿穆尔的开发更多停留在政治信号层面,能否取得实际成果仍是未知数。
跻身全球“前三”的印度,用可重复使用火箭布局未来
欧洲因“阿里安6号”研发与发射延迟,经历了数年的空白期,但通过公布2030年代初部署下一代运载火箭“阿里安Next(Ariane Next)”的计划,重新回到可重复使用运载火箭竞争之中。其技术基础雄厚,但多国协商结构导致研发进度缓慢,被视为欧洲的一大局限。
日本正在运营H3运载火箭,计划在2030年代中期实现一级重复使用,在2040年代实现完全可重复使用运载火箭。日本还计划在2033年发射一型运载能力150吨的可重复使用运载火箭(名称未定)。虽然研发持续推进,但整体战略不够清晰,是其弱点所在。
印度空间研究组织(ISRO)正在研制下一代运载火箭“苏里亚(SOORYA)”,目标在2034年发射。印度目前运营的PSLV、GSLV、LVM3等一次性运载火箭,凭借价格优势和高成功率,正成为中大型运载火箭市场上SpaceX的替代选择。
尽管属于一次性运载火箭,其发射成本却几乎与可重复使用的猎鹰9号相当,性价比极高。被业界公认为宇航产业“全球前三”的印度,并不急于上马可重复使用运载火箭,而是在着手布局这一领域,被分析为是为了应对未来市场——届时其当前薄利多销式战略将难以奏效。
韩国力争到2035年降至每公斤2500美元
国家间的技术差距,很快就会体现在发射成本的差距上。由于卫星发射合同会因条件不同而千差万别,难以获得精确统计数据,但据宇宙航空厅和Payload Research等机构的估算,猎鹰9号的发射单价约为每公斤3200美元,中国长征十一号约为每公斤1万美元,正在研制的长征九号则以每公斤1500美元为目标。
印度PSLV的发射费用估计为每公斤3800美元。相比之下,韩国“世界号”运载火箭的发射成本约为每公斤2.3万美元,是猎鹰9号的整整7倍、PSLV的大约6倍。日本和俄罗斯等国也计划通过可重复使用技术,将成本降至每公斤2000至2700美元左右。
由此可见,“可重复使用性”不仅因节省成本而受到关注,更重要的是,它正在孕育新的航天产业生态。以2022年为基准,全球民用卫星发射市场规模约为100亿美元,预计年均增长8%至10%。这一市场不仅涉及运载火箭制造,还与燃料、发动机、制导控制、材料、软件等高附加值产业紧密相连。这意味着,谁能在太空层面掌握“平台主导权”,谁就能将这种主导权扩展到整个产业链。
韩国近期也正将运载火箭研发方向从一次性转向可重复使用。原本的下一代运载火箭(KSLV-III)方案采用多级燃烧循环的煤油发动机,目前正考虑改为以甲烷燃料为基础的燃气发生器循环发动机。政府计划到2035年将每公斤发射成本降至约2500美元,并以当年完成首型韩国可重复使用运载火箭发射为目标。
宇宙航空厅计划在以2032年发射月球着陆器为目标的同时,通过掌握可重复使用技术,加快构建长期自主发展基础的步伐。宇宙航空厅厅长Yoon Youngbin表示:“预计发达国家将在2030年代前中期掌握可重复使用运载火箭技术,如果我们能在2030年代中期实现这一目标,就有望追赶上现有的技术差距。”
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