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    《電子技術應用》
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    商業化,航天的必由之路

    2022-09-06
    來源:投資界
    關鍵詞: 商業航天 火箭

    本篇是險峰商業航天系列的首篇,按慣例先拋幾個問題:

    1、火箭在整個商業航天市場中的占比很小,但為什么大部分風險投資卻都流向了這一領域?

    2、我們總看到民營火箭發射失敗的新聞,民營公司的技術到底如何?

    3、為什么中國商業航天領域會有所謂的「固液之爭」?

    4、為什么說「商業化」是航天產業的必由之路?

    這個2022的秋日里,讓我們一起來聊聊火箭,聊聊商業航天的現狀和未來。

    2014年諾蘭的滿分神作《星際穿越》里,地球陷入末日危機,人類面臨肆虐的沙塵暴和大饑荒,眼看走向滅亡,只能向外太空尋找新的家園……

    最終,引力方程被破解,愛和人性戰勝了一切,全人類因移民太空而獲救。

    諾蘭用一個peace & love的結尾,討巧地實現了最后的大團圓,卻把他真正想表達的意思,藏在一段不起眼臺詞中:

    劇中的人類早早放棄對外部資源的求索,從此走上了內卷的不歸路,即便沒有后來的自然災害,其最終命運也早已注定。

    “不要溫和地走進那個良夜,老年應當在日暮時燃燒咆哮,怒斥,怒斥光明的消逝”。

    縱觀今天太空探索領域,全球也只剩下中 美兩個選手,背負著人類命運孤獨前行。

    火箭是一門怎樣的生意?

    整體來看,今天全球商業航天基本上只屬于兩強的競技場。

    自2012-2022的10年間,全球商業航天中3/4的風險投資都來自于中 美兩國,遙遙*于英國法國印度等一眾傳統或新興航天大國。

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    (圖:中 美兩國占據了總投資的3/4;數據來源:Space Capital)

    從垂類來看,2021年全球航天市場總規模約為3860億美元,這里面的大頭是衛星,占比72%(約2790億美元),剩下部分除去測運控,最后才是火箭,大概只占3%-5%,因此火箭的實際市場規模其實要比衛星小得多。

    但與之相反的另一個數據是:過去十年,全球VC對商業航天的投資中,70%都流向了火箭制造與發射領域。

    這兩個看起來矛盾的結果,其實也很容易理解:要想富先修路,火箭是整個航天產業最重要的基礎設施,沒有足夠數量的火箭,其他一切的太空服務都是不存在的,就像當年沒有大型帆船,人類也到不了新大陸。

    因此,火箭發射雖然只占了幾個點,卻是一個強勢的賣方市場,尤其是在中國。

    究其原因,這幾年中國的航天產業飛速發展,國家每年立項的衛星、飛船和空間站任務越來越多,而火箭運力和發射場都有限(目前只有四個:酒泉、太原、文昌、西昌),這里面還能對外提供商業服務的就更少了,導致下游很多衛星公司都需要排隊等發射,一般6-12個月起步,所以哪怕是用靜態眼光來看,火箭的潛在市場需求也是非常確定的。

    此外,火箭也是典型的供給拉動型行業:先要有足夠的供給,才會誕生各種應用和需求。

    舉個例子,京滬高鐵剛修通的時候,一張票五百多塊,車廂也坐不滿,當時就有聲音質疑是不是我們的高鐵計劃太激進了,但10年過去,京滬高鐵已經成為中國最繁忙的線路之一,甚至已經在討論是不是要再修一條京滬二線。

    所以這類偏基礎設施的產業,供需都會有一定滯后性。比如當初也有人質疑馬斯克搞星鏈是畫餅,屬于“沒有需求就自己創造需求”,但今天SpaceX年營收已經30億美元了,星鏈之外還開發出了太空旅游業務,把4位普通人送上了太空。

    因此,只要能把火箭的價格降下來,即使馬斯克自己不做星鏈,也會有其他人來做類似的業務,而新需求會反過來刺激火箭公司繼續降本增效,整個正循環也就運轉起來了。

    多說一句,去年以前,輿論普遍還認為星鏈是個花架子,沒什么實際意義,直到2021年12月,中國空間站兩次緊急規避星鏈碰撞的新聞被爆出,很多人才意識到星鏈潛在的軍事作用。

    特別是2022年俄烏沖突爆發,馬斯克高調宣布星鏈將為烏克蘭政府提供一切網絡支持,這也成為商業衛星在軍事領域的*亮相。

    事實證明,在地面通訊已經被切斷的情況下,烏軍依然可通過星鏈進行戰場溝通,指揮無人機打擊俄羅斯坦克和水面艦艇部隊,引導精確制導武器攻擊關鍵軍事目標。

    一個弱國可以憑借一家商業公司(而非國家)提供的信息服務和超級軍事大國打的有來有回,這在人類歷史上是從未出現過的,可以說商業衛星已經徹底改變了現代戰爭的游戲規則。

    隨著單位衛星數據成本的降低,全球對「高分辨率圖像數據」的需求會持續擴大,這一塊將成為未來衛星市場的主要增量。

    對于俄烏戰爭這類局部沖突,只需要200顆遙感衛星,就能做到每天在同一個地方拍攝兩張高清照片,這個時候戰爭的形態其實已經發生了改變,交戰雙方都屬于“開圖”的狀態——我知道你的所有部署,你也知道我的所有部署,后面就看誰的導彈火箭彈更多、打得更準了。

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    (圖:中國“海絲一號”SAR衛星曾拍到安多諾夫機場附近俄軍集結;資料來源:天儀研究院)

    可以想象,如果未來有足夠多的遙感衛星,那么南海上任何一艘軍艦調動、任何一架飛機起飛,都可以進行實時跟蹤;哪里森林發生了火災,在剛冒出一個起火點的時候,就可以及時撲滅。

    而這些愿景的實現,全部有賴于火箭成本的降低。事實上,中國作為電子制造業大國,中 美在衛星制造方面的差距并不太大,我們*的短板就是「投送能力」——也只有補齊了火箭這塊短板,把足夠多的衛星低成本地送上天,我們才能登上下一個文明等級的臺階。

    為什么說「商業化」是航天的必由之路?

    在傳統觀念看來,航天由政府主導似乎是天經地義,然而從成本和效率來看,「商業化」卻是近年來全球航天業演化發展的「共識」。

    以美國為例:在1960年代美蘇太空競賽的背景下,為集中力量推廣自家的航天飛機項目,美國政府曾一度利用行政手段,強制要求所有太空發射任務都必須使用航天飛機。

    至八十年代初期,美國各大火箭生產商紛紛因缺乏訂單而停產,由NASA主導的“國營”航天飛機開始壟斷全美發射市場。

    不過,隨著1986年挑戰者號爆炸失事,航天飛機的經濟性和安全性開始遭到廣泛詬病,美國政府不得不宣布航天飛機退出商業發射市場;然而面對大量積壓、等待發射的衛星訂單,1969年就實現了載人登月的美國航天業,此時國內卻再也找不出一家能發射火箭的商業公司了。

    為激發市場活力,里根政府于80年代中期簽署了《商業太空發射法案》,允許私營企業有償為政府提供地外貨運發射服務,同時暗中資助波音、洛克希德馬丁等航空巨頭研發火箭技術。

    經過20年的發展,由波音、洛馬開發的“德爾塔”、“宇宙神”系列火箭逐步占據了美國發射市場80%的份額,形成了「雙寡頭」的行業格局。

    然而好景不長,獲得壟斷優勢的波音和洛馬,并未如NASA想象中一樣選擇互相競爭,而是各自出資一半,成立了一家名為「聯合發射聯盟(ULA)」的合資公司,兩大寡頭聯手形成了新的價格同盟。

    到90年代末21世紀初,面對波音、洛馬的一次次聯合漲價,NASA終于忍無可忍,開始有意識地扶植一批新興的民營小型航天企業,今天我們熟悉的SpaceX、藍色起源等公司,都是誕生于這一時代背景下。

    自此,美國航天業也正式進入了百家爭鳴、自由競爭的完全市場化時代。

    美國商業航天發展歷程

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    從實際效果來看,美國20年來推動「航天商業化」的*成果,就是「大幅降低了發射成本」。

    舉個例子,傳統航天飛機一次發射的成本約為5億美元(含維修保養+耗材燃料等),但如果算上整個航天飛機項目的研發制造費用,分攤到單次發射里的綜合成本高達17億美元。

    要知道這可是70-80年代的美元,當時的可口可樂市值也才41億美元,相當于每兩次發射就燒掉一家上市公司;此外,5架服役的航天飛機里最終墜毀了3架,導致14名宇航員喪生,如果把這些全部計算在內,真實成本已接近天文數字。

    而后來雙寡頭時代的波音和洛馬,盡管被各種詬病利用壟斷地位不斷提價,其單次發射報價也從未超過4億美元。

    相比之下,誕生于完全商業化時期中的SpaceX,旗下獵鷹9號火箭的*發射報價僅為6200萬美元,復用*發5000萬美元,相當于直接把價格砍到了1.5折。即便如此,SpaceX依然也還能保有40%以上的毛利率(*發射成本5000w+二次復用成本1500w)

    而這樣的成績,馬斯克只用了十幾年就做到了,除了美國龐大的航天人才儲備和他本人出色的企業家才能外,市場化的巨大威力也可見一斑。

    究其原因,商業航天和傳統航天的運行邏輯非常不同。NASA的機制是項目制,“先有方案再批經費”——只要項目預算被國會通過,后續每一步花多少錢、怎么花,就都是定好的,各參與方只需要按部就班執行就好,這樣的好處是一旦出問題,可以很清晰的追責,但缺點是不夠靈活。

    當年阿波羅登月的時候,NASA的口號是“Failure is not an option”(失敗不是我們的可選項),而后來SpaceX則針鋒相對的喊出了“If things are not failing, you are not innovating enough”(如果你沒有經歷過失敗,說明你創新得還不夠)。

    技術上看,航天的迭代邏輯就是「以失敗換創新」,再以創新換長期的成本下降、可靠性增長。比如有項新技術可以將某個部件成本降低30%,但是由此可能導致失敗風險上升10%(未來改進后會下降),馬斯克會認為這是門好生意,值得試一試,但在NASA體系下,工程師們卻很難選擇冒險。

    從這個角度來說,盡管今天中國航天已經是全球*,日益成為人類太空探索領域中不可或缺的中流砥柱,但在一些需要經歷小型失敗、快速迭代的技術創新領域,民營航天公司依然還有著非常大的發展空間。

    固液之爭:相同現實下的不同選擇

    簡單來說,火箭和洲際導彈本質上是同一種東西(火箭是向上打,導彈是向前打),它們的共同“祖先”都來自二戰期間德國的V2飛彈,使用酒精和液氧作燃料,因此*代火箭無一例外都是液體火箭。

    不過液體火箭有個缺點,就是燃料非常難保存(比如液氧需要零下183度),只能在發射前臨時加注,因此這些導彈平時只能靜靜地躺在發射井中,一旦開戰,很有可能被對手先手打掉。

    于是冷戰期間,固體火箭開始取代液體火箭逐漸成為主流。它的原理有點像“竄天猴”——就是預先把鋁粉和其他氧化劑混在一起,整體澆筑在一個藥筒里,平時可以由發射車或潛艇拉著到處跑。

    這樣的好處是隨用隨發、神出鬼沒,不受地形和環境限制,且性價比極高(成本只有液體的1/10),但缺點是這種火箭只能「一燒到底」,發動機一旦點火,中途不能停車,也無法調節推力,所以不能做成可回收。

    在SpaceX巨大成功的影響下,今天VC對商業航天有兩個基本共識,*是一定要做可回收(這樣才能降成本),*是一定要做大火箭(性價比更高,市場更大)。而中國的火箭技術由于也是源于軍事,此前的技術積累主要在固體領域,因此現實之下,國內的創業公司也分成了兩大流派:

    一派的想法是先做固體,利用國內固體火箭的人才優勢,迅速形成發射能力拿訂單;由于國內火箭整體上是賣方市場,訂單是不缺的,等有了源源不斷的現金流,再集中力量搞液體可回收。

    另一派的想法是,做固體未來不可避免地會和國家隊直接競爭,創業公司不一定有優勢,那不如彎道超車、一步到位,直接做液體可回收。

    這就有點像打《星際爭霸》,對面是一臺超級電腦,一上來兵力和科技都是你的兩倍,這時你是先暴兵,頂住*波后升科技反打?還是直接跳科技,靠操作拖到*兵種成型?

    兩種路線本身沒有優劣之分,就像面對同一場比賽,同一種局面,不同選手也會有不一樣的理解和打法。

    比如險峰的兩家被投企業,其中「深藍航天」專注于液體火箭,是國內*家成功完成公里級垂直回收試驗的商業航天公司,技術水平大致相當于2014年的SpaceX,已經在今年連續完成了多輪大額融資;而2020年剛剛成立的「東方空間」,選擇的則是“先固后液”,其研發的6.5噸固體火箭已進入商業準備流程,是目前國內民營航天公司在研運載能力*的火箭,計劃于2023年中發射。

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    固液之后,再向下分一層是「燃料選擇」:

    比如同樣是做液體可回收火箭,燃料是燒液氫、煤油還是甲烷?也有三個不同的分支。

    其中,液氫的燃燒效率*(比沖極值532秒),但氫的問題是在高溫環境中容易氣化引發爆炸,對隔熱的要求非常高,所以選擇這條路徑的商業公司并不太多。

    相比之下,煤油和甲烷的燃燒效率基本一樣(差距在10%以內);技術難度方面,甲烷高于煤油(煤油只需常溫保存);使用成本方面,煤油又高于甲烷(煤油需要提純,成本高且容易有殘留)。

    簡單來說就是各有利弊,所以當年SpaceX也是選了“雙修”的路子——既有使用煤油的“獵鷹”系列,也有使用甲烷的“猛禽”系列。

    長期來看,如果只是在地球上承擔發射任務,煤油基本上夠用了;但如果要進行往返地球與火星之間的星際旅行,那么甲烷更代表著未來。

    理性看待失?。翰环炼嘁稽c耐心

    從商業模式來看,火箭和發快遞一樣,都是要把一定量的載荷從A點送到B點,因此衡量火箭的指標主要有三個:

    第一是「成本」,即要花多少錢送到;第二是「時間」,“下單”之后多久可以送到;第三是「可靠性」,能不能安全準確地送到。

    從結果來看,目前民營航天的整體成績確實不盡如人意——比如2021年,中國共發射火箭52次,成功了49次,其中的3次失敗全部來自于民營火箭公司。

    但是正如我們在前文中提到的,商業航天的基本邏輯就是用失敗換成本下降,如果民營火箭公司只是按部就班把體制內的事情copy一遍,這樣確實可以提高成功率,但又有什么意義呢?而如果創新太多,導致失敗太多,市場失去信心融不到錢,這樣的企業也很難走到最后。

    因此作為民營火箭公司的創始人,需要不斷在兩者之間“踩鋼絲”,反復平衡。這是一個非常痛苦的過程,因為在真正形成發射能力之前,公司的營收幾乎是零,不僅要承受失敗的風險,而且還要持續的融資投入。

    造火箭和造車都屬于高投入+慢回報的行業,不同之處是,火箭的集成度更高、難度更大,比造車還要難上一個數量級,需要更大體量的資金投入和更長的研發周期。

    當年馬斯克拿著從PayPal套現的1億美金,也只夠承受三次發射失敗,如果第四次還是失敗,公司就會直接破產。所以選擇了科技創業,本身也就是選擇了做難而正確的事,硅谷鋼鐵俠也是經歷過那段人生的至暗時刻,才能一路走到了今天。

    在這個過程中,我們其實也可以更寬容地看待那些中國航天創業公司的失敗——道阻且長,不妨多一些耐心。


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