2010
今年是中国商业火箭取得突破性进展的一年。天兵科技天龙二号成为国内民营液氧煤油入轨第一箭，蓝箭航天朱雀二号成为世界上甲烷入轨第一箭，极大地提振了民营航天的信心。中国商业航天进入了以液体火箭为主角的下半场。另一方面，固体火箭的步伐也没有停止。星际荣耀复飞成功，星河动力七战七捷，中科宇航一箭26星，东方空间正在紧锣密鼓地准备世界上最大固体火箭的轨道发射。这一盛况甚至让仅有SpaceX一枝独秀的美国商业航天也相形见绌。
然而，中国的商业航天仍然比较年轻。多年来，各种轻视、怀疑和争议从来没有中断过，人们对商业航天的认知也常常存在混乱甚至冲突，至今仍有很多人不看好商业航天。商业航天是一个充满理想主义和英雄主义的行业，是一个波澜壮阔、坡长雪厚的行业，更是一个不经深入必然雾里看花的行业。它不仅需要星辰大海的情怀，也需要脚踏实地的科学精神和商业价值判断。
笔者从Space X成立不久就开始关注美国商业航天，也第一时间跟踪国内商业航天企业的发展，一直在尝试从内在规律和底层逻辑去认知商业航天（尤其是火箭）。这篇文章就是试图深入商业火箭的研制规律和价值核心，来帮助我们审视这样一个硬科技行业。
商业火箭的技术路线
火箭通常按照推进剂种类划分为液体和固体两类，其中液体燃料又包括甲烷、煤油、液氢和肼类推进剂等。液氢比冲值最高、无毒、无污染，是非常理想的航天燃料，但由于密度低且氢分子极易逃逸，液氢火箭的贮箱和增压输送装置工艺复杂、体积庞大、造价昂贵，难以商用；肼类推进剂虽然状态稳定，但毒性很大，对商用并不友好。
因此，商业火箭可选的推进剂路线只剩下甲烷、煤油和固体燃料。我国航天产业已经历几十年的发展，摆在中国商业火箭企业面前的现实情况是：
固体火箭：结构简单、门槛较低，既有航天体系已有成熟的技术积累和型号产品，如快舟、捷龙系列。由于固体火箭动力系统技术成熟，同时又不向民营开放，固体商业火箭公司必然会采用外采/外包模式。这个模式对团队和资金的规模要求相对较低，更能加快研制步伐。在资源保障充分的情况下，商业火箭企业能在2年时间内就研制出一款固体火箭。
煤油火箭：结构复杂，门槛较高，既有航天体系已有成熟的技术积累和型号产品。长五、长六、长七、长八都是液氧煤油火箭。如果基于自研发动机研制一款新型煤油火箭，那么对团队和资金的规模都很大，研制周期会很长，所需要的资源要远高于固体火箭。由于中国煤油火箭的积累较多，如果团队经验比较丰富，能一定程度上减少技术摸索的时间。
甲烷火箭：代表了行业发展趋势，不仅燃料价格最低，而且不存在发动机积碳问题，使得它天然适合复用，还能实现煤油难以企及的全流量分级燃烧循环，应该说对商用最理想。但它结构复杂，门槛最高，既有航天体系在甲烷火箭方面的积累很少。如果商业火箭公司选择甲烷火箭，必须独立自主研制发动机，会涉及较多新技术、新工艺的摸索问题。甲烷火箭研制周期很长，对团队和资源保障要求较高。
顺便说，一般人们都认为固体火箭的研制周期要比液体火箭短。事实上这种说法并不完全准确。决定火箭研制周期的主要因素并非火箭类型，而是核心系统（主要是动力系统）的研制方式：自研或外采/外包。全部自研的火箭周期必然会更长。而我国的国情决定了固体火箭的主要工作（尤其是风险最大的装药）只能由特定资质企业从事。商业火箭公司必然采用外采/外包方式，至少是部分外包，所以能缩短研制周期，但另一方面也增加了制约因素。
目前的行业共识是：固体代表当下（容易实现），液体才是未来，单靠固体型号难以去支撑一家火箭公司的业务和估值。所以，不管实际研制进度如何，中国所有的商业火箭公司都有明确的液体火箭型号计划。
对于商业火箭企业来说，先固后液无疑是资源约束下的现实选择，可以帮助企业前期走的更稳，但后续向液体型号转型时，必然会面临固液型号共存的资源消耗问题，或者由固向液转型的自我革命问题。而对于选择直接攻坚液体火箭的企业，则会在长期的研制过程中面临持续的资源保障压力。当然，这条路一旦坚持下来并跑通，也将构建起来足够高的竞争壁垒。
商业火箭头部公司已然浮现
如果从2014年翎客航天成立算起，中国民营商业火箭公司已经走过了九个年头。到目前为止，已经有五家企业实现了入轨发射，还有一家（东方空间）将在年内首飞。这几家公司大概率将成为中国民营商业火箭的头部公司。有意思的是，他们似乎都有意无意地采取了“差异化竞争”的策略，做出了不尽相同的技术路线选择（以下按成立时间排序）：
图自新财富杂志
蓝箭航天（技术路线：甲烷）
2015年6月成立，中国最早成立的民营运载火箭企业之一。蓝箭坚持自研发动机，2016年全面启动液氧甲烷发动机的研制，已建成湖州发动机生产制造基地、嘉兴全箭总装基地以及酒泉液氧甲烷专属发射基地。2023年7月，基于蓝箭航天自研发动机系统构建的朱雀二号遥二火箭成功发射，成为全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭，也是首枚民企自研动力系统中型液体火箭，一举奠定了蓝箭航天的行业地位。
朱雀二号的SSO运力1.5吨（后续改进型号提升至4吨），是目前已入轨的运载能力最大的民商火箭。蓝箭已经完成了发动机、总装基地以及发射场的全产业链布局，有着明确的商业运营计划，预计朱雀二号将是蓝箭航天未来几年的主力型号产品。
朱雀二号飞行成功后，蓝箭航天公开提到了后续的“可回收型号”，但未公布具体信息。考虑到朱雀二号的一级箭体直径和发动机布局，很难直接优化出一款可回收型号。后续可回收型号估计是一型大型运载火箭并大概率会沿用朱雀二号的80吨发动机，有较好的技术继承性和可靠性积累，有利于缩短复用型号的研制周期。
星际荣耀（技术路线：小固体+甲烷）
2016年成立。2019年7月双曲线一号遥一成功发射，成为中国民营航天首枚成功入轨的火箭，使星际荣耀一度成为社会关注度和资本认可度最高的商业火箭企业，所提出的“由固到液、由小到大、固液并举、小步快跑、快速迭代、持续进化”的经营理念具有广泛的传播度。但2021年2月后，双曲线一号连续三次发射失利，使星际荣耀的发展节奏受到了很大影响。
2023年4月，双曲线一号遥六成功发射。2023年7月，星际荣耀公布了后续型号图谱，其中液体火箭的主力型号为双曲线三号液氧甲烷火箭，直径4.2米，全箭69米，一级并联9台“焦点二号”百吨级液氧甲烷发动机，500公里SSO运力为10.4吨（不回收）/6.2吨（复用）。2021年6月，双曲线三号通过了方案论证转段评审。最新的相关进展是2022年9月，焦点二号完成了火炬式点火器+针栓喷注器燃气发生器联合点火试验。
按照公司规划，固体的双曲线一号预计到2025年实现10发/年的发射能力，意味着星际荣耀将坚持固液并举的路线。公司还有双曲线二号的飞行验证规划。作为一款自研动力系统、需要投入较多资源的大型液体火箭，双曲线三号的首飞还有待时日。
星河动力（技术路线：小固体+煤油）
2018年成立，团队风格低调务实，固液并举的发展路线。2020年11月至2023年8月，星河动力的谷神星一号固体火箭连续七次成功入轨，在小固体火箭领域建立了可靠的品牌形象。由于小固体火箭的盈利和发展空间都相对有限，星河动力也一直寻求在液体型号上的突破。
2018年12月份，星河动力就启动可复用液氧煤油火箭智神星一号的立项工作。智神星一号为两级液氧煤油运载火箭，直径3.35米，一级并联7台50吨级自研苍穹煤油发动机，LEO运力5吨。由于星河动力固液并举的路径选择，液体型号的优先级较低，智神星一号的研制最近才开始提速。
2022年3月苍穹发动机首次全系统试车成功。2023年5月，首枚智神星一号火箭在安徽池州工厂总装下线，同时发动机试车基地建成。预计该基地将承担动力系统一系列试车，逐步确定发动机状态。预计非回收型智神星一号在2025年前具备飞行验证条件。
中科宇航（技术路线：大固体+煤油）
2018年底成立，依托中国科学院力学研究所和空天飞行科技中心而设立的混合所有制商业航天企业，有着独特的资源和体制优势。中科宇航选择了大固体+液体的技术路线，2022年7月，力箭一号遥一火箭飞行验证成功，成为中国最大固体火箭。2023年6月，力箭一号遥二火箭成功完成了一箭26星的飞行任务，在固体火箭领域建立了差异化的竞争优势。
中科宇航也有明确的液体型号规划，在2019年即开始了液体发动机的研制，但和星河动力类似，中科宇航目前发展重心也在固体火箭型号上，因此液体型号的研制进度相对缓慢，公司所披露的进展信息也比较少。
2022年11月中科宇航曾公布了力箭二号的相关信息（小型液体火箭，动力系统采用80吨玄鸢二号+15吨玄鸢一号），但2023年6月份在巴黎航展上透露目前正全力研制液氧煤油火箭力箭三号，并未提及力箭二号的信息。力箭三号的研制进度和首飞时间也并不清晰。
天兵科技（技术路线：煤油）
2019年成立。天兵科技刚成立时以小众推进剂HCP火箭起步，期间业内还传出要和九州云箭合作研制液氧甲烷火箭。2021技术路线切换至煤油火箭后，极速开发出液氧煤油火箭天龙二号并取得首飞成功，引起行业震动。天龙二号的研制周期约2年时间，比其他商业火箭公司固体火箭的研制周期还要短。
天龙二号并无后续飞行计划。目前天兵科技的研制工作主要都转向了“天龙三号”，天龙三号是目前中国商业火箭领域已发布的最强火箭，对标SpaceX的猎鹰九火箭，SSO运力达14吨，与长征五号的SSO运力（15吨）相近。天龙三号箭体直径从天龙二号的3.35米增加到3.8米，自研的110吨天火12煤油发动机取代了天龙二号外购的YF-102发动机，飞行过的二级发动机也宣告退役。这意味着天龙三号研制几乎需要从零开始。如果按公司计划2024年5月首飞，意味着长五级别的液体火箭研制周期从10年缩短至3年，挑战巨大！
有利的是，天兵通过天龙二号的成功积累了一定的液体型号研制经验，获取了阶段性所需的资金支持。天火12发动机可能深度借鉴了YF-102发动机，对于天龙三号的研制提供了一定基础。但作为一款采用新发动机、新动力布局、新箭体结构、需新建发射工位的大型火箭，如果能如期首飞，那必定可载入航天史并让猎鹰九号相形见绌。让我们拭目以待！
东方空间（技术路线：捆绑固体+煤油）
2020年成立。可能是出于行业卡位和差异化竞争的考虑，东方空间以捆绑型超大固体火箭“引力一号”作为切入点。引力一号的SSO运力高达4.2吨，接近现役运力最强固体火箭欧空局织女星C的两倍，研制成功后将成为世界上起飞量级最大、运力最强的固体运载火箭。无论是从产品构型上还是市场定位上，引力一号都是一款极具话题性的产品。
东方空间同样公布了后续液体火箭的型号规划，但目前公司发展重心仍在引力一号的研制上，液体火箭的研制仍处于早期阶段。引力一号计划于2023年底首飞。
下图是中国主要商业火箭公司近年的进展：
参照系：SpaceX
SpaceX对中国商业火箭企业的影响是非常深远的。回顾SpaceX的发展历程（下表），对评估中国商业火箭未来发展依然有着重要的参考价值。
SpaceX二十年来的成功经验有很多。但笔者认为最重要的可能是以下几条：
首先，SpaceX很早就将火箭复用作为发展方向，因为这是降低发射成本、航天大规模应用的唯一途径。这一点几乎是所有商业火箭公司的共识和共同目标，这里就不展开了。
第二，SpaceX从一开始就确定了液体火箭的技术路线，同时选择了自研发动机的研制方式。这是当时初创航天公司中是不多见的。“动力先行”一直是中国航天的座右铭。发动机对火箭的重要性怎么强调都不过分。商业航天虽然强调效率和成本控制，但也必须遵循科学，遵循火箭研制的内在规律和底层逻辑。前面已经说过，自研液体火箭已经成为中国商业航天的共识。而SpaceX在20年前就做对了这第一件事。
第三，SpaceX坚持“少而精”的发动机发展策略，20年只研制了两大系列发动机。它的前10年专注于梅林这一款发动机，不断优化改进衍生出多款性能优越的真空和海平面发动机，现有版本发动机推力比初版提升2.5倍！猛禽发动机也遵循了相同的发展轨迹，通过不断提高室压，在发动机自重基本不变的情况下，推力从185吨提升到了269吨。虽然这已属顶级技术，但真正在驱动的是结果导向的底层商业逻辑。
第四，它选择了甲烷作为星舰动力系统的燃料，研制了猛禽这款世界唯一的全流量分级燃烧火箭发动机。这也是商业航天的底层逻辑所决定的。既然复用是降低发射成本最根本的方式，那么选择最适合复用的甲烷做燃料便天然合理。此外，相比煤油，甲烷还可以实现全流量分级燃烧，可以前所未有地压榨发动机的性能，无疑也非常符合商业逻辑。SpaceX肯定权衡过甲烷机的难度、风险和开发周期。从猛禽目前的表现看，这个决策基本上已获成功。
你可能已经注意到，上述四条中三条都和发动机相关。的确，在航空航天领域，动力永远是第一位的。所谓力大飞砖、大力出奇迹等。只要动力问题解决，其他问题，无论是各种构型，还是火箭回收，都会迎刃而解。我下节还会详述。
事实证明，SpaceX的绝大多数选择都是正确的，迄今为止它没有走过太多弯路。它是中国商业航天的榜样，也是最好的参照系。
火箭研制的内在规律：动力先行、厚积薄发
SpaceX取得现在的成就不是偶然的。尊重客观规律、持之以恒地向动力系统研发倾斜是它的成功秘诀之一。
火箭作为一种高复杂性、高可靠性、高精密性的系统集成产品，其研制过程是复杂的系统工程。影响火箭研制周期的主要因素包括动力系统的研制、全箭的总装和测试，以及配套基础设施的建设等。如果涉及新技术和新工艺，则更需要长时间的验证和反复优化。这是火箭研制的基本规律。火箭研制最困难的部分从来都不是理论设计，而是工程实现。所以，不管是什么类型的火箭，如果从发动机开始自主研制的话，周期都是很长的，因为发动机通常就是影响火箭研制周期的关键。
相比固体发动机，液体火箭发动机无论是结构还是工艺更为复杂。一款新型的液体发动机从开始立项到投产使用，期间需要反复经历“设计-制造-总装-试车-设计优化-制造-总装-试车-设计优化...”的循环。设计的优化需要底层数据，底层数据只能通过地面试车或者飞行试验来获取，而设计优化的实现往往又需要新工艺的配合，新工艺的摸索又需要时间来验证。在单台发动机的性能和稳定性通过充分验证后，火箭企业还需要通过子级动力系统试车来验证多台发动机之间的协调性和一致性，以及增压输送系统的合理性和可靠性。由于火箭动力系统和结构等其他系统是深度耦合、相互影响的关系，在动力系统得到验证后，还需要通过多种测试，进一步验证动力系统和其他系统之间的匹配性，包括一系列的接口管理、震动管理和受力分析等，过程中则需要通过设计或工艺上的优化和调整，不断对火箭进行调试，这也是一个相对漫长的过程，进一步拉长了火箭的研制周期。从行业规律来看，一款液体火箭发动机从立项研制到达到成熟状态，需要近10年的时间。以SpaceX的梅林发动机为例，发动机从开始研制到首次飞行验证（用于猎鹰一）耗时6年，从开始研制到应用于成熟型号（猎鹰九）耗时10年。梅林发动机在首飞验证后又用了近10年时间反复迭代更新，才达到目前的成熟稳定状态。下面是全球范围内已进行过轨道发射（按首飞时间排列，含失败）的商业火箭。可见动力系统研制方式对研制周期的重大影响。自研液体发动机到成熟普遍需要10年左右的时间。
· 猎鹰一号（SpaceX）：煤油，发动机自研，研制周期约6年（2002-2008）
· 猎鹰九号（SpaceX）：煤油，沿用猎鹰一号发动机，研制周期约5年（2005-2010）
· 电子号（Rocket Lab）：煤油，发动机自研，研制周期约7年（2012-2018）
· 朱雀一号（蓝箭航天）：固体，发动机外采，研制周期约1年（2017-2018）
· 双曲线一号（星际荣耀）：固体，发动机外采，研制周期约2.5年（2017-2019）
· 谷神星一号（星河动力）：固体，发动机部分外包，研制周期约2.5年（2018-2020）
· 力箭一号（中科宇航）：固体，发动机外采，研制周期约3年（2019-2022）
· 朱雀二号（蓝箭航天）：甲烷，发动机自研，研制周期约8年（2016-2023）
· 人族一号（Relativity Space）：甲烷，发动机自研，研制周期约8年（2015-2023）
· 天龙二号（天兵科技）：煤油，发动机外采，研制周期约2年（2021-2023）
· 星舰-超重（SpaceX）：甲烷，发动机自研，研制周期约11年（2012-2023）
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