商业运载火箭专题报告：商业运载火箭发展提速，打破商业航天运力瓶颈.pdf

上传者：新加坡
时间：2023/11/03
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商业运载火箭专题报告：商业运载火箭发展提速，打破商业航天运力瓶颈。商业航天发展的瓶颈在火箭运力。商业航天产业链总体包括四个环节： 1）电子元器件、材料及燃料厂商；2）卫星研制商、发射服务提供商和地面设备制造商；3）卫星运营商与卫星应用服务提供商；4）终端用户（政府、企事业单位、个人）。运载是进入空间的入口，是连接卫星制造及卫星应用的中枢环节，对比 spaceX 的运载能力，我国现役运载火箭运载能力偏低，急需大力发展中大型可重复使用液体运载火箭，来满足星座大规模部署所需的“低成本、高可靠、高频次”发射能力。

发展航天，动力先行。火箭研发的瓶颈在发动机，动力系统直接决定了火箭推力与运载能力。目前液体和固体火箭发动机是火箭发动机中最基本、应用最广泛的两种发动机。固体火箭具有系统简单、发射准备周期短、发射点选择灵活等特点，在快速组网和补网等方面具有独特优势，但当需要大推力火箭来发射更重的载荷时，固体火箭发动机的技术难度和成本就会爆发式增长，固体火箭更适合于追求快速发射的小卫星需求。

液体火箭发动机是目前运载火箭主级或上面级的主要动力。液体火箭发动机动力路线的选择主要从三方面考虑，即推进剂类型、推进剂供应方式与泵压式系统的循环方式。目前液体火箭发动机的推进剂组合主要包括液氧/ 液氢、液氧/煤油和液氧/甲烷。液氧/液氢比冲最高，性能优异，是无毒、绿色环保推进剂组合，但液氢温度极低，易泄露，混合空气后易爆炸，所以导致液氢液氧火箭发动机系统复杂，成本较高，不适应低成本发射需求的商业运载火箭。液氧/甲烷和液氧/煤油相比，液氧/甲烷发动机不易结焦积碳，具有低成本、使用维护方便、适于重复使用、比冲较高等特点，更加适宜于重复使用、低成本运载器的使用要求，已成为下一代液体运载火箭的理想动力选择。液氧甲烷发动机的概念早在 20 世纪 60 年代就已提出，但是航天大国苏联和美国的研究重点分别放在液氧煤油和液氧液氢发动机上，并没有给予足够重视。近年来随着可重复使用运载器动力需求的提出，更适宜重复使用的液氧/甲烷发动机受到商业航天公司的青睐，并涌现出一批不同成熟度的代表型号。

美国 SpaceX 凭借独一无二的火箭回收复用技术与高效运营，坐稳了全球运载第一把交椅。SpaceX 公司用了 16 年时间，先后研制成功“猎鹰”-1、 “猎鹰”-9 和“猎鹰”重型系列运载火箭，同时已经成功为 NASA 执行了多次国际空间站货运补给和载人航天飞行任务。猎鹰 9 系列火箭在 13 年中（截止 2023 年 10 月 10 日）已发射 263 次，其中 261 次成功（任务成功率 99.2%），一子级成功回收 219 次，复用一子级发射 194 次，“猎鹰”系列火箭以出色的性能和低廉的价格，给世界航天带来大幅冲击和震动。SpaceX 低成本火箭的研发成功促成了“星链”计划的大规模建设，而“星链”计划的可观收入又将用于支持 SpaceX 未来火星探索和移民计划的巨大投资。“星链”星座补齐了 SpaceX 商业闭环，后续实践明显有助于军事利用。