刘洁 褚洪杰 丁洁 李翔宇
（1中国长城工业集团有限公司 2中国航天科技集团有限公司 3中国长城工业集团有限公司）
2014年以来，全球商业发射服务市场经历了明显变化，低轨商业发射尤其是小卫星发射需求激增，改变了此前静轨（高轨）高价值、大型通信卫星几乎独占发射服务市场的格局。低轨经济活动的兴起和繁荣从遥感小卫星星座发起，由通信小卫星星座计划迅速加强，而低轨空间试验、货物运输和旅游市场逐渐从能力建设向形成市场规模发展，正在带动低轨发射服务市场以前所未有的速度快速推进。
2013－2021年高轨商业通信卫星签约量趋势
高轨发射服务是商业发射服务市场的传统核心业务，但是由于高轨商业通信卫星制造订单持续减少，相应的高轨发射服务需求和市场规模也持续减少。2013年以来，全球高轨商业通信卫星签约数量持续降低，尽管2020年在美国补贴政策下有所增长，但2021年全球高轨通信卫星签约数量迅速回落到较低水平。
全球主要发射服务商阿里安空间公司（Arianespace）、国际发射服务公司（ILS）、海射公司（SeaLaunch）、长城公司（CGWIC）、三菱重工（MHI）、太空探索技术公司（SpaceX）、蓝源公司（Blue Origin）、洛马公司（LM）和联合发射联盟公司（ULA）在2006－2021年间签署的高轨发射服务数量从将近30次降低到10次以内，其中2019年最低，仅有3次。
2006－2021年全球发射服务商高轨发射合同数量/次
猎鹰－9（Falcon－9）火箭于2013年以明显低于传统发射服务商的价格进入高轨发射服务市场，让日渐狭小的市场空间更加拥挤，高轨发射服务合同越来越向欧美发射服务商集中。近5年来，仅有阿里安空间公司和太空探索技术公司每年均可以拿到商业高轨发射合同。
欧洲发射服务商阿里安空间公司仅剩下国际知名卫星通信运营商中的两家欧洲公司——欧洲卫星公司（SES）和欧洲通信卫星公司（Eutelsat）提供了订单支持，并对低成本发射服务提出了明确需求。2022年6月30日，欧洲航天局（ESA）局长在欧委会会议上表示：欧洲在7～10年前失去了发射服务的全球领导地位，必须客观评估差距，奋力追赶。
目前，低轨商业小卫星的在轨数量和年度发射数量居领先地位，随着现有商业小卫星计划的持续推进和新项目后续进入轨道部署阶段，低轨小卫星发射数量将继续快速增长。
代表性低轨星座项目已带动发射服务需求快速增长
“一网”（Oneweb）系统、“星链”（Starlink）计划和“柯伊伯”（Kuiper）项目这3项低轨卫星星座计划已经触发百亿美元级发射服务市场，其卫星组网、补网和星座升级将带来持续的商业发射服务需求。联合发射联盟公司、火箭实验室公司（Rocket Lab）、阿里安空间公司、蓝源公司和太空探索技术公司等欧美主要航天发射服务公司普遍看好低轨小卫星发射服务市场前景，重视建立高性价比和高密度的发射能力，同时加强供应链可靠性管理，积极推进火箭批量生产能力，采用回收和复用技术降低发射服务成本。
2022年4月，亚马逊公司（Amazon）从阿里安空间公司、蓝源公司和联合发射联盟公司采购了多达83次发射服务，以部署拟由3236颗卫星组网的柯伊伯巨型宽带星座项目，发射服务合同额高达数十亿美元，交易包括18次阿里安－6（Ariane－6）发射、12～27次“新格伦”（New Glenn）发射和38次“火神-半人马座”（Vulcan-Centaur）发射，这是航天界有史以来最大规模的一次发射服务采购。
2021年，我国商业卫星公司明确未来将部署800颗以上卫星，其中并未包括中国四维公司、二十一世纪空间公司等企业尚未公布的卫星部署计划。这些活跃在我国低轨卫星制造与运营领域的公司将在未来5年内带来丰厚的低轨发射服务合同。
低轨商业卫星发射服务需求特点
发射服务可靠性、价格和便捷发射能力是衡量发射服务竞争力的三个重要指标。对于高价值、技术复杂的高轨商业通信卫星，其质量在2000～6000kg之间，单星可提供稳定的运营服务并创造可观的市场收入，因此发射可靠性是比价格更优先考虑的因素。此类卫星研制周期通常超过两年，只能选择具备高轨发射能力的火箭，订购发射服务的时间较为宽裕；
卫星在轨工作时间超过15年，一次性采购多次发射服务的需求极少，因此没有明确的便捷发射服务诉求。而低轨商业小卫星星座项目对发射服务的需求则更加多样。
（1）便捷发射服务能力
低轨小卫星星座项目需要多星组网覆盖目标区域以构建业务能力，卫星的轨道高度和倾角分布分散，因此通常需要密集的多次发射才能实现多星组网。星座规模越大、轨道面分布越发散，则对便捷发射能力的要求越高。未来低轨卫星发射服务市场不仅要满足星座组网的发射需求，还承担星座补网和更新换代的规模化发射需求，这对高密度、快响应的便捷发射服务能力提出了更高要求。
2020年，美国太空探索技术公司的“星链”计划进入轨道部署阶段后，为其提供发射服务的猎鹰－9火箭发射密度显著提高，从每月进行一次发射提高到2022年每周发射一次的频度，大幅提升了承接临时小卫星搭载发射服务的能力。一网公司为确保一网系统尽早完成一期组网，在不能继续使用俄制“联盟”（Soyuz）火箭发射服务后，迅速在全球寻找可替代方案，以实现两年内完成一期星座部署，猎鹰－9成为首个可以承接今年搭载发射“一网”系统卫星的火箭。美国行星公司（Planet）则充分利用猎鹰－9高密度发射的搭载机会，进行星座补网和升级换代，每年计划发射整个星座1/3的卫星数量，3年完成一次星座的整体升级。同时，由于俄乌冲突期间高纬度地区卫星通信需求激增，为快速响应市场需求，增加星座通信容量，铱星公司（Iridium）2022年4月从太空探索技术公司订购了年内一次拼车发射服务机会，用于发射5颗地面备份星。
（2）价格
低轨小卫星星座计划始于商业风险投资，成本控制是关乎项目成败的关键因素。无论是21世纪初的全球星公司（Globalstar）、轨道通信公司（Orbcomm）、泰利迪斯公司（Teledesic）、铱星公司，还是2020年的一网公司，都因为系统建设资金规模庞大、卫星应用市场规模未达预期等原因遭遇资金链断裂，触发破产危机。目前，全球最为庞大的低轨星座计划，如“星链”计划、“一网”系统等成本为约百亿美元量级，包括卫星制造、发射服务和地面运营等构成。以“一网”系统为例，单星制造价格约100万美元，单星质量为148kg，单位质量卫星制造价格约合6757美元/kg。“联盟”火箭一次发射34颗“一网”卫星的价格为4800万美元，单颗卫星发射服务价格约合141万美元/颗，单位质量发射服务价格约合9539美元/kg。可见星座计划发射服务费用在整个计划的成本构成甚至高于卫星建造费用。
（3）可靠性
对高价值的航天器而言，可靠性是发射服务的第一要素。传统高轨大型商业通信卫星通常价值超过1亿美元，发射失利不仅带来昂贵的卫星研制成本损失，不能如期提供卫星服务还可能带来更为严重的运营损失。巨型星座组网阶段多星发射同样需要高可靠的发射服务解决方案。“一网”和“星链”卫星一批发射数十颗，卫星价值超过千万美元，带动着运营服务价值的快速提升，因此低轨卫星星座规模以上的发射任务对火箭的可靠性要求也非常高。
近年来，全球主要航天国家大中型火箭多面临换代升级，除美国太空探索技术公司的猎鹰－9火箭和我国的“长征”系列火箭，美、欧、日、印多型火箭减产，低轨卫星用户采购发射服务的选择非常有限，在发射服务市场供应不足的大环境下，卫星公司会降低对风险的厌恶，也会降低对价格的敏感度，积极采购市场一切可提供的发射服务方案。正是为此，发射成功率100%但价格昂贵的宇宙神－5（Atlas－5）火箭，以及价格也未必优惠的新兴火箭也赢得了不少订单。
美国ABL航天系统公司（ABL Space System）的RS1火箭、群星公司（Astra）的“3型火箭”（Rocket 3）、Vaya航天公司的“无畏”（Dauntless）火箭，德国奥格斯堡火箭工厂公司（Augsburg）的RFA－1三级火箭、萨尔宇航公司（Isar）的“谱系”（Spectrum）两级火箭，印度Skyroot宇航公司的Vikram－1火箭等新型火箭共同分享了2021年超过70余次低轨发射服务的订单。
猎鹰－9火箭已带动全球发射服务降价
传统发射服务商向来针对高轨和低轨发射需求提供不同型号、不同运力的火箭，太空探索技术公司则凭借复用猎鹰－9火箭的低成本优势、灵活的发射轨道策略、产能优势和商业发射管理模式，以一款火箭承揽多种轨道发射服务，大幅拉低了高轨和低轨发射服务价格。
2012年以来，猎鹰－9火箭高轨商业发射服务订单的实际签署价格从5400万美元下调到5000万美元以下，其火箭一级、整流罩回收已经成为常态。2022年，太空探索技术公司对猎鹰－9火箭太阳同步轨道200kg载荷拼车发射服务的标价为110万美元，在此基础上增加的质量价格为5500美元/kg（不含适配器、分离装置、线缆、卫星在场操作、加注、星箭对接、测控等一系列必要开支）。承揽猎鹰－9火箭拼车发射服务的航天飞行公司（Spaceflight）对5～450kg低轨卫星完整发射服务的标价为14.5～185万美元，可折算到该公司拼车发射服务单位质量价格约合0.62～2.9万美元，卫星质量越高，单位发射服务价格则越低。
航天飞行公司低轨拼车发射服务标价及折合的单价统计
在猎鹰－9火箭低价格发射服务冲击下，美、俄、欧等主要航天国家和地区的传统发射服务商普遍降低发射服务价格，并明确提出低成本运载火箭发展方向，坚持通过技术创新和管理创新推动运载火箭研制现代化进程，从而大幅降低发射服务成本，提高发射服务竞争力。新兴火箭公司则无一例外都旗帜鲜明地提出将发展低成本发射服务能力。
美国联合发射联盟公司通过重组裁员，减少固定资产维护费用，研制计划2022年底首飞的可复用的“火神”（Vulcan）火箭，以实现发射成本减半的目标；
阿里安空间公司计划于2023年首飞的阿里安－6火箭则要求单位质量成本较阿里安－5火箭减半，2022年7月15日首飞的织女星－C（Vega－C）火箭较之前的“织女星”火箭载荷容积增加1倍、运载能力提升1倍，700km太阳同步轨道运力可达2.3t，发射服务价格只比“织女星”火箭小幅增加，这意味着发射服务费用实现了减半。俄罗斯国际发射服务公司则通过开发高度标准化火箭模块开发整体低成本的“安加拉”（Angara）火箭以替换质子号（Proton）火箭，提升竞争力。
多型火箭发射服务价格统计（来源：航天基金会《2020年航天报告》）
续表
欧洲航天公司（Eurospace）2022年7月发布的数据表明，过去5年,全球发射服务平均价格为1.7万美元/kg，其中高轨卫星发射服务持续降价，平均价格为1.9万美元/kg。
发展低成本可复用技术成为降低发射服务价格的普遍选择
2022年初举办的卫星大会上，联合发射联盟公司、火箭实验室公司、阿里安空间公司、蓝源公司和太空探索技术公司介绍了两年内将相继推出的新火箭，除阿里安－6外全部采取可复用技术。针对多年来一直被诟病宇宙神－5的发射服务价格过高的问题，联合发射联盟公司明确表示，计划2022年首飞的可回收型“火神”火箭，将极大降低发射服务费用。火箭实验室公司低轨运载能力8～15t的“中子”（Neutron）可回收火箭计划于2024年实施首次发射。蓝源公司的“新格伦”火箭预计于2022年底进行首次发射，实施火箭一级回收，同时考虑整流罩回收。
在太空探索技术公司推进猎鹰－9火箭低成本可复用技术的开发和应用过程中，欧洲政府和企业界经过数年的讨论与博弈，逐渐达成将低成本复用技术作为未来火箭技术发展方向的共识，最终坚定了开发火箭可复用技术的决心。欧洲航天局计划为阿里安－6火箭开发液氢液氧版“普罗米修斯发动机”，该发动机将使用3D打印技术，成本目标为阿里安－5火箭使用的火神－2（Vulcan－2）发动机的1/10，是阿里安空间公司建立低成本、高效率、高可靠发射服务能力的重要依托。
随着低轨运载能力数百吨的“星舰”（Starship）全复用运载器投入使用，太空探索技术公司的发射服务价格将可能出现数量级降低。
近年来提供轨道转移器（OTV）技术的初创航天企业通过代理拼车发射服务成为新兴中介技术服务商，服务对象涵盖1kg的微纳卫星到百公斤级卫星，将其由火箭释放的最初轨道转移送至最终工作轨道。目前美国的航天飞行公司、莫门图斯公司（Momentus）和意大利的D-orbit公司已经开始通过代理猎鹰－9火箭的拼车发射服务空间向卫星用户提供直达工作轨道的一站式技术中介服务。截至2022年7月末，轨道飞行公司的“夏尔巴”（Sherpa）轨道转移器通过51次发射任务为32个国家提供了将553颗卫星送入目标工作轨道的服务，据称可在250～1400km范围内提供提升轨道或降低轨道服务，可广泛用于低轨、高轨卫星、月球轨道任务等。2023年，该公司将搭乘“猎鹰”重型火箭提供一次月球转移轨道发射任务，随后再降低轨道提供高轨搭载发射任务，预计全程只需15～60天。这与传统的先将卫星发射到地球转移轨道，再通过卫星电推力器进入高轨，相比周期大幅缩短。
自2018年以来，美国加快修订发射场管理规范，以促进商业航天发射创新发展，助推商业发射服务能力建设，指导企业建设航天发射运营能力。目前，美国所有军用和民用发射场都配备了服务商业航天发射的保障机制，政府授权的商业航天发射港和私营独家使用商业航天发射港则为加速火箭研发和应用、创新商业模式、丰富国家航天发射能力、增强国际航天合作关系提供了更多灵活的选择。随着企业自主的发射设施建设活动的活跃，美国航天发射设施和发射能力得到了迅速发展。
截至2022年7月，美国共有3个联邦政府授权的国家发射场，19个美国联邦航空管理局许可的商业发射场，2个美国联邦航空管理局许可的着陆回收场，以及3家企业独家运营使用的发射场。与此同时，美国多家火箭公司不断拓展海外制造、总装和发射能力，美国可用的海外发射场资源持续增加。继美国火箭实验室公司在新西兰常态化发射“电子”火箭，维珍轨道公司（Virgin Orbit）于2022年6月27日宣布已经获得在巴西开展航天发射活动的许可，6月28日宣布于9月在英国开展首次发射活动。丰富的发射场资源和灵活的运营机制为发射服务商实施高密度便捷发射提供了坚实保障。
近年来，新西兰、英国、日本、挪威、澳大利亚、巴西、瑞典、加拿大等国也开始推动本国商业航天发射场的建设。2022年7月21日，法国国家航天中心（CNES）宣布允许德国Isar公司于2024年开始从法属圭亚那航天中心开展“谱系”火箭发射活动，这是圭亚那航天中心首次向私营火箭公司开放，成为了欧洲发射场商业化的重要里程碑。
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