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商业化,航天的必由之路
本篇是险峰商业航天系列的*篇,按老例先抛几个问题:
1、火箭在整个商业航天市场中的占比很小,但为什么大部门风险投资却都流向了这一领域?
2、我们总看到民营火箭发射失败的新闻,民营公司的手艺到底若何?
3、为什么中国商业航天领域会有所谓的「固液之争」?
4、为什么说「商业化」是航天产业的必由之路?
这个2022的秋天里,让我们一起来聊聊火箭,聊聊商业航天的现状和未来。
2014年诺兰的满分神作《星际穿越》里,地球陷入末日危急,人类面临肆虐的沙尘暴和大饥荒,眼看走向消亡,只能向外太空寻找新的家园……
最终,引力方程被破解,爱和人性战胜了一切,全人类因移民太空而获救。
诺兰用一个peace & love的末尾,讨巧地实现了最后的大团圆,却把他真正想表达的意思,藏在一段不起眼台词中:
剧中的人类早早放弃对外部资源的求索,往后走上了内卷的不归路,即便没有厥后的自然灾难,其最终运气也早已注定。
“不要温顺地走进谁人良夜,暮年应当在日暮时燃烧咆哮,怒斥,怒斥灼烁的消逝”。
纵观今天太空探索领域,全球也只剩下中 美两个选手,背负着人类运气伶仃前行。
火箭是一门怎样的生意?
整体来看,今天全球商业航天基本上只属于两强的竞技场。
自2012-2022的10年间,全球商业航天中3/4的风险投资都来自于中 美两国,遥遥*于英王法国印度等一众传统或新兴航天大国。
(图:中 美两国占有了总投资的3/4;数据泉源:Space Capital)
从垂类来看,2021年全球航天市场总规模约为3860亿美元,这内里的大头是卫星,占比72%(约2790亿美元),剩下部门除去测运控,最后才是火箭,也许只占3%-5%,因此火箭的现实市场规模实在要比卫星小得多。
但与之相反的另一个数据是:已往十年,全球VC对商业航天的投资中,70%都流向了火箭制造与发射领域。
这两个看起来矛盾的效果,实在也很容易明白:要想富先修路,火箭是整个航天产业最主要的基础设施,没有足够数目的火箭,其他一切的太空服务都是不存在的,就像昔时没有大型风帆,人类也到不了新大陆。
因此,火箭发射虽然只占了几个点,却是一个强势的卖方市场,尤其是在中国。
究其缘故原由,这几年中国的航天产业飞速生长,国家每年立项的卫星、飞船和空间站义务越来越多,而火箭运力和发射场都有限(现在只有四个:酒泉、太原、文昌、西昌),这内里还能对外提供商业服务的就更少了,导致下游许多卫星公司都需要排队等发射,一样平常6-12个月起步,以是哪怕是用静态眼光来看,火箭的潜在市场需求也是异常确定的。
此外,火箭也是典型的供应拉动型行业:先要有足够的供应,才会降生种种应用和需求。
举个例子,京沪高铁刚修通的时刻,一张票五百多块,车厢也坐不满,那时就有声音质疑是不是我们的高铁设计太激进了,但10年已往,京沪高铁已经成为中国最忙碌的线路之一,甚至已经在讨论是不是要再修一条京沪二线。
以是这类偏基础设施的产业,供需都市有一定滞后性。好比当初也有人质疑马斯克搞星链是画饼,属于“没有需求就自己缔造需求”,但今天SpaceX年营收已经30亿美元了,星链之外还开发出了太空旅游营业,把4位通俗人送上了太空。
因此,只要能把火箭的价钱降下来,纵然马斯克自己不做星链,也会有其他人来做类似的营业,而新需求会反过来刺激火箭公司继续降本增效,整个正循环也就运转起来了。
多说一句,去年以前,舆论普遍还以为星链是个花架子,没什么现实意义,直到2021年12月,中国空间站两次紧要规避星链碰撞的新闻被爆出,许多人才意识到星链潜在的军事作用。
稀奇是2022年俄乌冲突发作,马斯克高调宣布星链将为乌克兰政府提供一切网络支持,这也成为商业卫星在军事领域的*亮相。
事实证实,在地面通讯已经被切断的情形下,乌军依然可通过星链举行战场相同,指挥无人机袭击俄罗斯坦克和水面舰艇军队,指导准确制导武器攻击要害军事目的。
一个弱国可以依附一家商业公司(而非国家)提供的信息服务和超级军事大国打的有来有回,这在人类历史上是从未泛起过的,可以说商业卫星已经彻底改变了现代战争的游戏规则。
随着单元卫星数据成本的降低,全球对「高分辨率图像数据」的需求会连续扩大,这一块将成为未来卫星市场的主要增量。
对于俄乌战争这类局部冲突,只需要200颗遥感卫星,就能做到天天在统一个地方拍摄两张高清照片,这个时刻战争的形态实在已经发生了改变,征战双方都属于“开图”的状态——我知道你的所有部署,你也知道我的所有部署,后面就看谁的导弹火箭弹更多、打得更准了。
(图:中国“海丝一号”SAR卫星曾拍到安多诺夫机场周围俄军集结;资料泉源:天仪研究院)
可以想象,若是未来有足够多的遥感卫星,那么南海上任何一艘军舰调动、任何一架飞机腾飞,都可以举行实时跟踪;那里森林发生了火灾,在刚冒出一个起火点的时刻,就可以实时息灭。
而这些愿景的实现,所有有赖于火箭成本的降低。事实上,中国作为电子制造业大国,中 美在卫星制造方面的差距并不太大,我们*的短板就是「投送能力」——也只有补齐了火箭这块短板,把足够多的卫星低成内陆送上天,我们才气登上下一个文明品级的台阶。
为什么说「商业化」是航天的必由之路?
在传统看法看来,航天由政府主导似乎是天经地义,然而从成本和效率来看,「商业化」却是近年来全球航天业演化生长的「共识」。
以美国为例:在1960年月美苏太空竞赛的靠山下,为集中气力推广自家的航天飞机项目,美国政府曾一度行使行政手段,强制要求所有太空发射义务都必须使用航天飞机。
至八十年月初期,美国各大火箭生产商纷纷因缺乏订单而停产,由NASA主导的“国营”航天飞机最先垄断全美发射市场。
不外,随着1986年挑战者号爆炸失事,航天飞机的经济性和平安性最先遭到普遍诟病,美国政府不得不宣布航天飞机退出商业发射市场;然而面临大量积压、守候发射的卫星订单,1969年就实现了载人登月的美国航天业,此时海内却再也找不出一家能发射火箭的商业公司了。
为引发市场活力,里根政府于80年月中期签署了《商业太空发射法案》,允许私营企业有偿为政府提供地外货运发射服务,同时黑暗资助波音、洛克希德马丁等航空巨头研生机箭手艺。
经由20年的生长,由波音、洛马开发的“德尔塔”、“宇宙神”系列火箭逐步占有了美国发射市场80%的份额,形成了「双寡头」的行业名目。
然而好景不长,获得垄断优势的波音和洛马,并未如NASA想象中一样选择相互竞争,而是各自出资一半,确立了一家名为「团结发射同盟(ULA)」的合资公司,两大寡头联手形成了新的价钱同盟。
到90年月末21世纪初,面临波音、洛马的一次次团结涨价,NASA终于忍无可忍,最先有意识地培植一批新兴的民营小型航天企业,今天我们熟悉的SpaceX、蓝色起源等公司,都是降生于这一时代靠山下。
自此,美国航天业也正式进入了百家争鸣、自由竞争的完全市场化时代。
美国商业航天生长历程
从现实效果来看,美国20年来推动「航天商业化」的*功效,就是「大幅降低了发射成本」。
举个例子,传统航天飞机一次发射的成本约为5亿美元(含维修调养 耗材燃料等),但若是算上整个航天飞机项目的研发制造用度,分摊到单次发射里的综合成本高达17亿美元。
要知道这可是70-80年月的美元,那时的适口可乐市值也才41亿美元,相当于每两次发射就烧掉一家上市公司;此外,5架服役的航天飞机里最终坠毁了3架,导致14名宇航员丧生,若是把这些所有盘算在内,真实成本已靠近天文数字。
而厥后双寡头时代的波音和洛马,只管被种种诟病行使垄断职位不停提价,其单次发射报价也从未跨越4亿美元。
相比之下,降生于完全商业化时期中的SpaceX,旗下猎鹰9号火箭的*发射报价仅为6200万美元,复用*发5000万美元,相当于直接把价钱砍到了1.5折。即便云云,SpaceX依然也还能保有40%以上的毛利率(*发射成本5000w 二次复用成本1500w)
而这样的成就,马斯克只用了十几年就做到了,除了美国重大的航天人才贮备和他本人精彩的企业家才气外,市场化的伟大威力也可见一斑。
究其缘故原由,商业航天和传统航天的运行逻辑异常差异。NASA的机制是项目制,“先有方案再批经费”——只要项目预算被国会通过,后续每一步花若干钱、怎么花,就都是定好的,各介入方只需要按部就班执行就好,这样的利益是一旦出问题,可以很清晰的追责,但瑕玷是不够天真。
昔时阿波罗登月的时刻,NASA的口号是“Failure is not an option”(失败不是我们的可选项),而厥后SpaceX则针锋相对的喊出了“If things are not failing, you are not innovating enough”(若是你没有履历过失败,说明你创新得还不够)。
手艺上看,航天的迭代逻辑就是「以失败换创新」,再以创新换耐久的成本下降、可靠性增进。好比有项新手艺可以将某个部件成本降低30%,然则由此可能导致失败风险上升10%(未来改善后会下降),马斯克会以为这是门好生意,值得试一试,但在NASA系统下,工程师们却很难选择冒险。
从这个角度来说,只管今天中国航天已经是全球*,日益成为人类太空探索领域中不能或缺的中流砥柱,但在一些需要履历小型失败、快速迭代的手艺创新领域,民营航天公司依然另有着异常大的生长空间。
固液之争:相同现实下的差异选择
简朴来说,火箭和洲际导弹本质上是统一种器械(火箭是向上打,导弹是向前打),它们的配合“祖先”都来自二战时代德国的V2飞弹,使用酒精和液氧作燃料,因此*代火箭无一破例都是液体火箭。
不外液体火箭有个瑕玷,就是燃料异常难保留(好比液氧需要零下183度),只能在发射前暂且加注,因此这些导弹平时只能悄悄地躺在发射井中,一旦开战,很有可能被对手先手打掉。
于是冷战时代,固体火箭最先取代液体火箭逐渐成为主流。它的原理有点像“窜天猴”——就是预先把铝粉和其他氧化剂混在一起,整体浇筑在一个药筒里,平时可以由发射车或潜艇拉着四处跑。
这样的利益是随用随发、神出鬼没,不受地形和环境限制,且性价比极高(成本只有液体的1/10),但瑕玷是这种火箭只能「一烧到底」,发念头一旦焚烧,中途不能停车,也无法调治推力,以是不能做成可接纳。
在SpaceX伟大乐成的影响下,今天VC对商业航天有两个基本共识,*是一定要做可接纳(这样才气降成本),*是一定要做大火箭(性价比更高,市场更大)。而中国的火箭手艺由于也是源于军事,此前的手艺积累主要在固体领域,因此现实之下,海内的创业公司也分成了两大派别:
一派的想法是先做固体,行使海内固体火箭的人才优势,迅速形成发射能力拿订单;由于海内火箭整体上是卖方市场,订单是不缺的,等有了源源不停的现金流,再集中气力搞液体可接纳。
另一派的想法是,做固体未来不能阻止地会和国家队直接竞争,创业公司纷歧定有优势,那不如弯道超车、一步到位,直接做液体可接纳。
这就有点像打《星际争霸》,劈面是一台超级电脑,一上来军力和科技都是你的两倍,这时你是先暴兵,顶住*波后升科技反打?照样直接跳科技,靠操作拖到*兵种成型?
两种蹊径自己没有优劣之分,就像面临统一场竞赛,统一种事态,差异选手也会有纷歧样的明白和打法。
好比险峰的两家被投企业,其中「深蓝航天」专注于液体火箭,是海内*家乐成完成公里级垂直接纳试验的商业航天公司,手艺水平大致相当于2014年的SpaceX,已经在今年延续完成了多轮大额融资;而2020年刚刚确立的「东方空间」,选择的则是“先固后液”,其研发的6.5吨固体火箭已进入商业准备流程,是现在海内民营航天公司在研运载能力*的火箭,设计于2023年中发射。
固液之后,再向下分一层是「燃料选择」:
好比同样是做液体可接纳火箭,燃料是烧液氢、煤油照样甲烷?也有三个差其余分支。
其中,液氢的燃烧效率*(比冲极值532秒),但氢的问题是在高温环境中容易气化引发爆炸,对隔热的要求异常高,以是选择这条路径的商业公司并不太多。
相比之下,煤油和甲烷的燃烧效率基本一样(差距在10%以内);手艺难度方面,甲烷高于煤油(煤油只需常温保留);使用成本方面,煤油又高于甲烷(煤油需要提纯,成本高且容易有残留)。
简朴来说就是各有利弊,以是昔时SpaceX也是选了“双修”的路子——既有使用煤油的“猎鹰”系列,也有使用甲烷的“猛禽”系列。
耐久来看,若是只是在地球上肩负发射义务,煤油基本上够用了;但若是要举行往返地球与火星之间的星际旅行,那么甲烷更代表着未来。
理性看待失败:不妨多一点耐心
从商业模式来看,火箭和发快递一样,都是要把一定量的载荷从A点送到B点,因此权衡火箭的指标主要有三个:
*是「成本」,即要花若干钱送到;*是「时间」,“下单”之后多久可以送到;第三是「可靠性」,能不能平安准确地送到。
从效果来看,现在民营航天的整体成就确实不尽如人意——好比2021年,中国共发射火箭52次,乐成了49次,其中的3次失败所有来自于民营火箭公司。
然则正如我们在前文中提到的,商业航天的基本逻辑就是用失败换成本下降,若是民营火箭公司只是按部就班把体制内的事情copy一遍,这样确实可以提高乐成率,但又有什么意义呢?而若是创新太多,导致失败太多,市场失去信心融不到钱,这样的企业也很难走到最后。
因此作为民营火箭公司的首创人,需要不停在两者之间“踩钢丝”,频频平衡。这是一个异常痛苦的历程,由于在真正形成发射能力之前,公司的营收险些是零,不仅要遭受失败的风险,而且还要连续的融资投入。
造火箭和造车都属于高投入 慢回报的行业,差异之处是,火箭的集成度更高、难度更大,比造车还要难上一个数目级,需要更大要量的资金投入和更长的研发周期。
昔时马斯克拿着从PayPal套现的1亿美金,也只够遭受三次发射失败,若是第四次照样失败,公司就会直接停业。以是选择了科技创业,自己也就是选择了做难而准确的事,硅谷钢铁侠也是履历过那段人生的至暗时刻,才气一起走到了今天。
在这个历程中,我们实在也可以更宽容地看待那些中国航天创业公司的失败——道阻且长,不妨多一些耐心。