從頂層設計牽引、關鍵核心技術攻關、工業體系融合、應用場景拓展、軟硬件設施配套等環節,實現全鏈條推進、全鏈條突破,助推航天事業加速“起飛”
在傳統航天領域,中國已是不折不扣的頭部玩家,為何要大力發展商業航天?一般認為,商業航天在創新效率、成本優勢、產業拉動等方面具有顯著優勢,成為各航天強國競爭的重要戰場
在大步邁向萬億產業過程中,我國商業航天配套政策和具體舉措還需要進一步完善,尤其要在市場準入、關鍵核心技術、探索商業化閉環等方面加快發力
文 |《瞭望》新聞周刊記者 陳燕
中國商業航天,迎來新突破。
9月11日,我國自主研發的朱雀三號可重復使用火箭,完成10公里級垂直起降返回飛行試驗,標志著中國商業航天在可重復使用運載火箭技術上取得突破。
近年來,“商業航天”頻繁出現在大眾視野中,讓“逐夢星空”照進現實。所謂商業航天,是指以市場為主導、具有商業盈利模式的航天活動,旨在通過商業市場的方式開展航天技術和服務的研發、制造、發射和應用。
隨著航天技術進步和市場需求變化,作為新質生產力的商業航天正從導入期邁向成長期,逐步在衛星通信、遙感、導航等領域發揮重要作用。同時,太空旅游、太空資源開發等新興領域也將為商業航天市場帶來新的增長點。
商業航天是航天事業發展到一定階段的必然產物,也是當今世界航天發展的大趨勢。憑借技術迭代、降本增效、場景應用等優勢,商業航天能夠實現與傳統航天的互補,共同助力航天事業再上一層樓。如今,美英等國家將商業航天作為新增長點,積極搶占這一賽道。
這一趨勢下,我國商業航天從頂層設計牽引、關鍵核心技術攻關、工業體系融合、應用場景拓展、軟硬件設施配套等環節,實現全鏈條推進、全鏈條突破,助推航天事業加速“起飛”,大步邁向萬億級產業規模。
力箭一號遙四商業運載火箭在我國酒泉衛星發射中心發射升空(2024年9月25日攝) 汪江波攝/本刊
大潮來襲
8月6日,千帆極軌01組衛星發射升空,順利進入預定軌道。這是“千帆星座”計劃(G60星鏈計劃)首批組網衛星,該計劃今年將發射超百顆。
更多衛星組網,預示著航天商業化大潮來襲。日益增長的發射任務,將助力產業鏈上中下游的全程打通,推動商業航天邁向萬億市場。
傳統上,航天活動主要由政府部門和國際組織負責,而商業航天是由私營企業或合作企業來推動和開展?!吧虡I航天與所有制無關,而是與‘商業’‘市場化機制’‘盈利’‘成本’有關?!笔茉L的業內人士說。
在傳統航天領域,中國已是不折不扣的頭部玩家,為何要大力發展商業航天?一般認為,商業航天在創新效率、成本優勢、產業拉動等方面具有顯著優勢,成為各航天強國競爭的重要戰場。
——創新效率更高。航天商業化可加速技術的迭代升級,推動工程技術、制造模式、合作機制等創新,有效提升產業鏈各環節的創新效率。
作為一個復雜的創新系統,商業航天涉及能源、材料、信息通信等前沿領域。航天商業化發展,能加速推動相關領域的成果應用和技術迭代。
2018年正式投入運營的銀河航天(北京)科技有限公司(以下簡稱“銀河航天”),成立之初就開拓新的供應鏈,遴選非傳統配套單位。2018年,我國新能源汽車行業發展迅猛,銀河航天從汽車配套企業中遴選出3家民營企業,引領企業在工藝、技術上聚合創新和迭代,大大提升創新效率和生產效率。
銀河航天首席科學家張世杰說,不少為汽車等行業提供零部件的制造企業,在銀河航天的牽引下,逐步進入商業航天供應鏈配套體系,滿足商業航天企業的工業化生產,助推傳統制造企業轉型升級。
——成本優勢明顯。航天商業化是以市場和用戶為導向,依托我國工業體系和制造能力,實現低成本、高效率的批量化生產。
傳統衛星是以國家任務和科研項目為導向,并未實現批量化生產。而商業航天以市場和用戶為導向,這一性質決定了企業要在低成本和高質量之間尋找平衡。
例如,諧波減速器對于衛星核心單機的關節驅動至關重要。在傳統航天領域,諧波減速器因需滿足極端太空環境中的高可靠性和長壽命要求,需要采用昂貴的金剛石材料,成本較高。為了降成本,銀河航天和重慶大學機械傳動國家重點實驗室合作,重新設計齒輪的接觸面,優化材料及潤滑方式,開發出新型諧波減速器,成本降低一半。
張世杰說,在衛星制造領域,商業航天企業低成本、批量化生產的優勢正進一步凸顯,衛星研制正從“少量定制模式”向“批產模式”轉變,像生產電腦一樣生產衛星正在成為可能。
——產業拉動力強。航天商業化后技術輻射面廣、關聯產業多,能夠快速鏈接上中下游關聯企業,產業鏈的拓展能力強。
長期以來,傳統航天的供應商和運營商相對固定,產業鏈相對封閉。隨著航天商業化,更多衛星和火箭從科研性質轉變為商品性質,生產制造體系轉向民用工業體系。這一轉變,將拓展產業鏈上中下游各環節,優化資源配置,提高產業鏈整體競爭力,實現低成本、高效益、可靠性的目標。
如今,我國已初步形成集火箭總裝總測、衛星研產、衛星數據應用為一體的產業鏈,市場規模逐年增長。
據中國航天工業質量協會統計,從2015至2020年,我國商業航天產值由3764.2億元突破至萬億,年均增長率達22%,預計2024年我國商業航天市場規模將達到23382億元。
——應對國際競爭。航天產業是各大產業高質量發展的重要驅動力,美、英等全球主要經濟體都在積極搶占這一賽道。
航天最為集中的近地空間,由于軌道和無線電頻率資源有限,目前的規則是“先到先得”。全球對低軌衛星的資源競爭非常激烈,美國、英國、加拿大、俄羅斯、德國、韓國等相繼規劃低軌互聯網衛星組網計劃。
我國入場商業航天的步伐亦在加快,產業體系和市場體系初步形成。2014年出臺的《關于創新重點領域投融資機制鼓勵社會投資的指導意見》,首次提出鼓勵民間資本參與國家民用空間基礎設施建設。2015年印發的《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃(2015—2025年)》,鼓勵社會資本步入航天領域,這一年被視為“中國商業航天元年”。2024年,“商業航天”被寫入政府工作報告,商業航天進入新一輪高速發展期。
政策利好下,商業航天活動更加踴躍。例如,藍箭航天的大型液氧甲烷可重復使用火箭朱雀三號,計劃于2025年實施首飛;星際榮耀的首款中大型可重復使用液體運載火箭雙曲線三號,預計2025年1月交付;長光衛星實現115顆“吉林一號”衛星在軌運行,打造全球最大的亞米級商業遙感衛星星座;銀河航天組建我國首個低軌寬帶通信試驗星座,構建星地融合5G試驗網絡“小蜘蛛網”。
在吉林省長春市,長光衛星技術股份有限公司科研人員將制作完成的多層隔熱組件包覆在衛星外殼部件上(2024年4月2日攝) 許暢攝/本刊
全鏈布局“問天之路”
根據商業航天的產業鏈劃分,上游是火箭制造、衛星制造及相關配套設備,中游為衛星發射、地面設備制造,下游為終端應用及服務市場。
總體看,我國商業航天創新步伐加快,市場活力激發,產業集聚效應凸顯,折射出我國商業航天已進入基礎設施和商業應用快速發展階段。
從制造端看,根植于我國強大的工業體系和龐大的市場需求,眾多制造主體加速入場,拓展產業鏈供應鏈。
當前,我國涌現出一批新興商業航天企業,諸如從事運載火箭設計與制造的藍箭航天、星河動力、星際榮耀;從事商業衛星設計制造的銀河航天、長光衛星、微納星空等。相關數據統計,近年來,全國新增商業航天相關企業呈逐年上升態勢,2023年新增注冊企業22769家,是2019年的5倍多。
更多企業的加入,助推商業航天全產業鏈延鏈補鏈強鏈。制造業體系與商業航天的融合碰撞,產生一系列“化學反應”,催生出新的工藝和模式,進一步提升創新和制造效率。
位于浙江的一家軸承加工制造企業,與銀河航天合作。為了實現低成本、輕量化,企業在軸承生產中應用新材料,助推工藝提升,實現高附加值產品的研發,開辟了新的業務線。
“這種合作模式,實現了商業航天牽引傳統工業開拓新業務、生產加工能力提質升級的目標。”銀河航天供應鏈總經理羅興睿說,銀河航天的供應鏈已經從2018年的100余家拓展到1000余家。其中超過一半是民營企業和中小企業。
從發射端來看,創新海上發射等發射方式,建設商業航天發射場,配套基礎設施不斷完善。
走進海陽市的東方航天港,發射船、港口、火箭總裝基地、零配件加工等,聚集在短短6公里的航天大道兩側。依托我國首座海上火箭發射母港,這里分布了商業航天所需要的幾乎全部產業鏈,形成天上有星、海里有船、陸上有箭的產業布局。
得益于靈活性、經濟性、安全性等特點,海上火箭發射與回收變得更加活躍。海上發射可以將火箭自身速度與地球自轉速度疊加,減少火箭燃料的消耗,有效節約成本。自2019年首次海上發射成功至今,我國海上發射開始逐步向常態化邁進。
在高密度高頻次的發射需求下,發射場成為商業航天領域的稀缺資源之一。當前,我國現有四大航天發射場進入滿負荷運轉狀態,加上發射場主要承擔太空探索、科研等任務,在安排發射計劃時,商業航天發射被排在次要位置。
海南省文昌市利用稀缺的航天發射場資源,于2022年7月6日起開工建設我國首個商業航天發射場——海南商業航天發射場,有望提升我國民商運載火箭發射能力。
落戶海南,得益于發射場的經濟性、安全性、多樣化優勢。業內專家認為,海南商業航天發射場距離赤道近、緯度低,可增強運載火箭的有效載荷,提高經濟效益。同時,從文昌發射的火箭射向范圍較寬,能發射多種不同軌道傾角的衛星,且射向范圍主要是海域,擁有較高的安全性。
從應用端來看,各行業、各領域對商業衛星服務的需求持續擴大,商業航天應用場景不斷拓展,加速賦能各行各業。
傳統應用場景包括通信、導航、遙感,新興應用場景包括衛星互聯網、太空旅行、太空采礦、深空探索等。降低制造和使用成本,讓新應用新服務走向普及性、普惠性,已成為業內共識。
衛星互聯網被認為是繼有線互聯、無線互聯之后的第三代互聯網基礎設施革命。低時延、低成本、廣覆蓋、高可靠的衛星互聯網,是未來通信的重要方式之一。
目前,我國規劃了3個“萬星星座”計劃,分別是千帆星座、GW星座和鴻鵠-3星座。GW星座計劃打造由1.3萬顆衛星組成的中國星鏈主體,千帆星座計劃實現1.5萬顆衛星組網,鴻鵠-3星座計劃在160個軌道平面上發射共1萬顆衛星。
龐大的市場需求,給上下游企業帶來更多機遇。對此,北京星河動力航天科技股份有限公司深有體會,其研發的谷神星一號運載火箭自2020年首飛以來,已經發射15次,發射次數在民營火箭企業中遙遙領先。
“除了第一次發射是試驗性的小衛星,此后都是商業訂單,發射次數的快速增長,說明市場有巨大的需求?!北本┬呛觿恿教炜萍脊煞萦邢薰径麻L劉百奇說,從產業發展前景來看,低軌衛星互聯網成為全球經濟發展熱點,數萬顆的發射需求將催生萬億元產業規模。
大步邁向萬億產業
未來的商業航天,將是一個巨大的藍海市場。
今年2月,由中國航天科技集團有限公司發布的《中國航天科技活動藍皮書(2023年)》顯示,2024年中國航天全年預計實施100次左右發射任務,我國首個商業航天發射場將迎來首次發射任務,多個衛星星座將加速組網建設,產業規模將突破2.3萬億元。
在大步邁向萬億產業過程中,我國商業航天配套政策和具體舉措還需要進一步完善,尤其要在市場準入、關鍵核心技術、探索商業化閉環等方面加快發力。
在市場準入方面,完善頂層設計和規劃引導,科學制定商業航天發展路徑與規劃,完善促進商業航天發展的政策法規,成為多數企業的共識。
“建設太空基礎設施,需要進一步放開市場準入?!便y河航天公共事務總經理徐穎說,可以通過商業合同、采購訂單支持商業航天參與國家重大工程和項目,加大力度出臺落地舉措,讓民營企業有更多機會參與或承擔國家層面的航天任務,構建更加開放包容和公平良性的市場環境。
與此同時,進一步簡化商業航天發射審批流程,在合理范圍內放寬審批權限,也是完善細化市場準入政策的關鍵一環。徐穎建議,支持商業發射頻軌申請與協調、簡化發射許可申請審批等方面,可以進一步出臺可實施操作的具體細則。
在關鍵核心技術攻關方面,目前國內可重復使用火箭仍處于攻關研制階段,仍然存在“星等箭”等瓶頸,制約著產業規模化發展。
“航天發展火箭先行,火箭發射成本是制約商業航天發展的核心問題?!北本┦锌莆?、中關村管委會北京新材料和新能源科技發展中心主任蔡永香說,目前我國商業火箭發射運力不足且成本高,難以支撐星網集團等大規模星座建設計劃。
為破解可重復使用火箭的技術難題,北京出臺了針對性舉措,包括提出突破液體發動機深度推力調節等關鍵技術的相關任務,加速可重復使用火箭研制,力爭率先實現火箭入軌回收復飛。同時,探索發射任務信息快速分配和項目群高效管理,為火箭航班化發射提供技術支撐。
關鍵核心技術的攻關,離不開試驗驗證的條件保障。以火箭為例,環境測試等試驗驗證平臺資源稀缺,測試服務供不應求。部分企業需要各自建設動力系統試車臺、貯箱靜力試驗臺等地面大型試驗設施,存在重復性投入和資金缺口大等問題。
蔡永香說,北京發揮航天基礎設施資源豐富的優勢,結合商業航天企業共性需求,正在布局火箭試驗驗證等一批共性技術平臺,推動重大科研設施設備開放共享,形成國內領先的航天基礎設施公共服務體系。
在商業化方面,商業航天重在商業化運作,但大多數企業還未形成可持續發展的商業模式,亟待加大對全產業鏈、全生命周期的投資培育力度。
“以火箭為例,在研發、試驗、生產等環節投入很大,目前大多數民營火箭企業處于研發試驗階段,還沒到大規模量產階段,未實現可持續的商業閉環。”在劉百奇看來,應從政策層面出臺金融政策,鼓勵更多社會資本投向商業航天領域,為培育產業生態注入金融活水。
對此,多地加快出臺相關細則,加大對商業航天的資金支持力度。6月,北京市設立“商業航天和低空經濟”政府投資基金,充分發揮財政資金對商業航天產業的引導支持作用,聚焦星箭總體及飛機整機、關鍵部組件、空天創新應用等領域開展股權投資,支持新質生產力發展。
展望未來,我國商業航天的任務將更密集、探索更深入、成就更可期,正在加速奔跑的商業航天,將以高質量創新引領高質量發展,探索太空的腳步將邁得更穩更遠。
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