八載春秋,商業航天逐鹿中原
2023年,商業航天迎來爆發時刻:
一邊是玩家們接連創造了“史詩級”突破:
4月,天兵科技天龍二號成功入軌,打敗世界範圍內液體火箭首發失敗的魔咒,星際榮耀雙曲線一號遙六火箭成功復飛;7月,中國液氧甲烷火箭朱雀二號全球成功首飛······
(雙曲線一號發射現場 圖源:星際榮耀)
一邊是需求端熱鬧非凡,低軌衛星資源爭奪戰迫在眉睫:在能夠實現實時通信、功能更全的低軌衛星中,好位置越來越少。
與此同時,汽車、手機廠商紛紛與衛星“捆綁銷售”,在內卷中尋求突破口:
8月29日,華爲Mate 60 Pro成爲全球首款支持衛星通話的大衆智能手機,即使在沒有地面網絡信號的情況下,也可以撥打、接聽衛星電話;除此之外,蘋果、摩托羅拉和中興通訊等手機廠商已經推出了兼容手機產品。
9月1日,極氪發佈全球首款衛星互聯網乘用車。在即將量產交付的極氪001 FR上,率先實現車載衛星通信功能,提供雙向衛星消息與衛星通話服務。
基於此,業內紛紛預測,2023是中國商業航天的元年:技術、供應鏈、新需求皆在“發力”。
通過覆盤美國商業航天發展歷程發現,火箭頻繁上天並非技術“一人之功”,而是新需求、政府支持、技術的“共同繁榮”。
星際榮耀科技有限責任公司副總經理陳曙光表示,想要趕超SpaceX,除了技術之外,商業生態繁榮度、供應鏈的成熟度也尤爲重要。
儘管現階段,我國火箭仍面臨成本高企,產能匱乏的難題,衛星進程仍較爲緩慢。但在供給端,商業航天已然釋放出不少利好信號:在單個火箭降本層面,星際榮耀、天兵科技等廠商即將會有火箭回收技術的突破;在整體降本層面,共享模式在持續進行中,多個衛星可通過競標,拼單上天。
本文,將覆盤成熟玩家半個世紀的商業航天羅曼史,以窺探中國商業航天的成熟度,並依託於現有技術進度,探索中國商業航天景氣度將延續到何時。
01半世紀的航天羅曼史
成熟玩家美國的商業航天事業,已悄然走過半個世紀。綜合市面上資料,我們大體可將其分爲3個時代:
美國商業航天1.0時代的玩法是,國家提供資金,NASA負責管理,商業公司負責研發製造。
在國家任務下,大公司框架下,波音、洛馬、休斯、雷神、諾格以及通用動力等商業公司,研發了從火箭、航天飛機到衛星的各類航天產品。
優勢在於,有夠硬的靠山,生產效率沒話說,也捨得用頂尖材料去提高性能:商業公司們共生產5架航天飛機,能夠飛出大氣層且無限飛行。
但底氣太足的B面是,成本問題難以規避:135次任務,花費超過2000億美元,平均下來每次飛行花費近15億美元,這大部分都來自於美國政府資金支持。
後來的故事,大家也都知道了:隨着“阿特蘭蒂斯”號升空,美國航天飛機項目畫上句號。停筆的原因很簡單——燒不動了。
1.0時代,雖資金驅動是關鍵詞,但技術驅動的種子,正悄然萌芽:在“體制外的創新工場”——臭鼬工廠(洛馬公司核心研發部門)正哐哐開工。在這裡,創新管理守則+技術爲先理念,能創造143天內生產一臺新型噴氣式戰機的奇蹟。
技術、產業鏈的積累和自由的管理制度,是該奇蹟能夠誕生的關鍵因素,年輕的設計師凱利·約翰遜在缺少人員、沒有場地之時,手頭只有一張空頭支票——“照你自己的想法來幹”,緊接着著名的14條臭鼬工廠管理守則應運而生。
2.0時代,以通信巨頭摩托羅拉爲代表衛星運營企業,向低軌衛星發起進攻。爲實現通信網絡的全覆蓋,銥星公司隨即成立,提供移動電話、尋呼和數據傳輸等業務。商業航天2.0時代,被下游需求——通信拉開帷幕。
需求驅動的弊端在於,忽略技術。一個血淋淋的現實是,銥星一方面在燒掉鉅額資金,另一方面效果不佳:定位失誤等問題頻發,故,歷經11年的漫長建設後,也僅僅存活15個月,以負債破產告終。
問題的癥結在於,銥星本身不具備把技術轉換成可以滿足客戶需求的能力,對於航天這一高科技產業來說,無疑是在“拔苗助長”。在航天領域,下游的需求,並不能快速催熟上游製造。“15個月”也能證明,沒有掌握核心技術的玩家,是一盤散沙,風一吹就散了。
時間來到21世紀,以SpaceX爲代表的衆多技術玩家開啓了商業航天3.0時代。此時不再是單一的因素驅動,而是多因素的融合。
在該階段,政府的支持仍十分給力:除了提供技術還提供場地,主打一個可靠。
SpaceX在火箭、飛船、衛星等各方面都得到了NASA的技術支持,且技術成果屬於公司產權;
SpaceX的三個主要航天發射工位均租借於美國政府,相比自建發射臺,租賃方式更加經濟,而且能夠利用空軍和NASA提供的各位支持服務,這對於早期的SpaceX來說無異於雪中送炭。
(NASA對Space X的扶持 圖源:國海證券)
主角們SpaceX、Oneweb、Blue Origin等也都以技術爲先,佈局低軌衛星。儘管近日SpaceX星艦首飛失敗,但不可否認的是,其實現了推力結構、發動機技術、控制輔助系統設計等多種技術創新。
除此之外,新需求的誕生也助推了一把,大到俄烏軍事作戰,小到手機直連衛星。
截止今日,美國商業航天3.0時代,已然形成了“新需求誕生-商業公司主導研發-國家輔助支持”的全民產業。
1.0時代與3.0時代的蓬勃發展無一不印證着,技術驅動是基石。
02中國跨級3.0時代
對於一般產業,其爆發往往源於需求、技術、政策等某一方面的突破。例如新能源汽車,歷史上的三次繁榮,皆由單一因素引發:
而通過覆盤美國航天事業發展史發現,對於難上青天的航天事業來說,需要這三方面的共同突破,方可迎來爆發時刻。
相比之下,中國商業航天的爆發來得更早——只走了8年,源於其在一開始就玩上了成熟的模式,政策在層層落實、技術在持續迭代,需求也迎來井噴時刻。
首先來看國家政策層面,自衛星互聯網納入十四五基建之中後,其具體部署已然從中央傳導至各地方政府:
濟南制定空天信息產業發展五年規劃,加快打造衛星總裝和火箭發動機制造兩大基地;
重慶提出,到 2025 年,構建空天地一體化、通導遙深度融合的空天信息服務體系,創建國家級衛星互聯網產業創新中心;
河南省推進衛星及應用產業發展,打造航空港區北斗+智能製造示範基地,培育金水區地理信息導航產業;
同時,技術層面有多個“史詩級”突破:
首先是液體火箭技術得到驗證。今年4月2日,天龍二號成功入軌,打敗了世界範圍內液體火箭首發失敗的魔咒,同時也開闢了我國商業航天從固體向液體運載火箭跨越的新時代。
我們需要知道的是,在此之前的近20年時間裡,全球共有 8 款液體火箭首飛失敗,包括國外的 SpaceX(天空探索)、Rocket Lab(火箭試驗室)、Virgin Orbit(維珍銀河)、Astra Space(羣星公司)、ABL、Firefly(螢火蟲航天)、Relativity(相對論航天),以及中國藍箭航天(Landspace)的朱雀二號。
(全球液體火箭首發對比 圖源:華泰研究)
其次,是火箭回收技術得到突破:
7月25日,星河動力航天公司宣佈取得了基於縮比平臺的火箭末段垂直回收控制技術先期試驗驗證的階段性進展。據公司官方介紹,他們在這次試驗中成功完成了預裝最優下降軌跡的跟蹤着陸試驗。
而這一系列的突破的背後,是新需求在不停地敲響警鐘:低軌衛星的好位置已然不多。
低軌衛星的好處在於,比高軌衛星傳得更快,且能夠實現在線遊戲或視頻聊天等基於實時數據傳輸的應用,而高軌衛星僅能提供基本語音和低容量的數據業務。
可以發現,航天技術強勢的美國,近幾年來瘋狂發射衛星,搶佔優質資源:截至2022年底,美國在軌航天器4731個佔總數的65.5%,大幅領先其他國家。截至2022年4月10日,美國已申請低軌衛星超5萬顆,已佔用低軌衛星通信的黃金頻段(Ku頻段)。
這是因爲,軌道和頻譜不可再生,“先佔永得”:根據《無線電規則》等適用於衛星頻率和軌道資源管理的國際規則規定,各國需按照規則向ITU申報其需要的衛星頻率和軌道資源,依申報順序獲得優先使用權。
衛星的可用頻段可劃分爲L、S、C、V、X、Ku、Ka等頻段,其中優質頻段Ku、Ka大部分已經被星鏈搶佔(Ku頻率高,增益高,天線尺寸要求比較小,方便小型地面接收設備使用、Ka頻段頻率更高,可用頻段帶寬也更大),我國目前申請佔據的是V、Ku頻段。
這也就意味着,形勢嚴峻時,佔領更優位置與更多位置的國家,可形成“太空封鎖”,影響我國正常的宇航活動。一個近期的例子是,Starlink在俄烏戰場鋒芒畢露,這類精確制導武器在俄烏戰爭中均被雙方投入使用,其綜合利用高精度探測、多模式制導技術,實現對目標要害的精確打擊。
以上是形勢愈發嚴峻的國運之爭。除此之外,手機廠商們也打響了衛星通信的內卷之爭:
衛星連接可以幫助填補地面蜂窩網絡的空白,利用衛星互聯網爲手機提供服務已成爲電信公司、手機制造商和衛星運營商頗爲關注的領域,多家廠商積極佈局手機直連衛星的業務與產品。
(多家移動終端廠商佈局手機直連衛星 圖源:國盛證券)
國運之爭也好,手機廠商內卷也罷,低軌衛星的優質資源,亟需多方勠力同心,畢竟,留給我們的好位置真的不多了。
03熱度能維持多久?
2023年是商業航天的元年已然毋庸置疑,我們需要進一步探討的是,這樣的熱度是否會繼續持續下去。
換言之,現階段的商業航天,是否能有效解決成本、產能難題,並在短期內起效。
現如今,我國火箭運力與美國相距甚遠,成本高昂是癥結所在。2020-2021年,各國載荷發射格局穩定,美國處於絕對優勢地位,載荷發射數量佔比超60%;而我國僅佔6%左右。
儘管中國商業航天進度迅猛,要素齊全,但由於起步較晚,降本仍然與SpaceX有較大的差距:
火箭發射成本方面,我國民營航天企業每公斤發射成本超過15,000美元,是SpaceX獵鷹九號發射成本的5倍,根據Visual Capitalist官網的數據,作爲SpaceX(未上市)發射成本最高的獵鷹九號運載火箭每公斤發射成本依然低於世界任何國家,約爲3000美元。
據華泰證券報告顯示,有效降低火箭成本的三種途徑爲:一是火箭回收與重複使用;二是垂直整合產業鏈與自主研發核心技術;三是採用通用化設計,使用市場貨架產品。其中,火箭可回收技術是降低成本最核心且有效的方式:僅一級火箭部分的成本就佔到了火箭製造總成本的60%左右。
關於火箭可回收技術先進與否,我們無從知曉,不過從各家所釋放出的消息來看,降本並不遙遠:國內星際榮耀、天兵科技等民營公司有關火箭回收技術的進度,較爲樂觀。
星際榮耀正攻克完整的回收技術體系,目前取得了實質性進展。其中,回收試驗箭SQX-2Y正在中國酒泉衛星發射中心開展測試,將向國內首個全尺寸一子級的垂直回收試驗發起衝鋒,預計月底發射。
除此之外,在2025年年底,面向巨型星座等大規模空間應用載荷的發射需求,星際榮耀將發射雙曲線三號大型液體可回收火箭。
據星際榮耀透露,其已完成關鍵技術攻關,突破了以可重複使用運載火箭的總體設計、深度變推發動機、多機並聯動力冗餘、在線軌跡優化與智能控制、故障診斷與重構技術爲代表的成體系的回收技術,現在已轉入詳細的分系統方案設計階段。
(星際榮耀型號體系 圖源:星際榮耀)
據天兵科技介紹,其2024年5月首飛的天龍三號火箭,一子級具備重複使用的功能,可以自主返回,由於其運力大,可以實現“一箭60星”的羣打能力。而且由於其採用新型的4代燃料,發射成本比最具性價比的獵鷹9號預計還要低——其成本能控制在它的十分之一。
我們可以預見的是,單個火箭降本進度指日可待,而一些政府和國家隊的舉動,讓降本更爲迅速與切實。
現如今,多地佈局衛星產業基地,推動衛星產能提升與成本下降。衛星批量生產不僅能使成本大幅降低、生產效率大幅提升。
(衛星產業基地製造擴張 圖源:國盛證券)
除了提供場地之外,近些年來,國家隊成員還給出了一套“拼單”方案。
例如今年4月,航天科技集團發佈了2023和2024年度運載火箭“搭載”和“共享火箭”發射機會清單。包括本次發射在內,共有9次發射任務,面向國際、國內市場提供長征火箭的“整箭發射”“搭載發射”和“組網發射”等不同方式的發射服務。
具體來說就是,雙曲線一號500公里軌道,能發射300公斤有效載荷。如果主星只有100多公斤,剩餘的就會找其他衛星共享。總的來說,對於火箭,多了客戶羣體;對於衛星,找到了分享夥伴。
政策、技術、需求的三輪驅動,使得中國航天越跑越快。對於現階段商業航天的成熟度,星際榮耀給出了自己的判斷:如果成熟度分成5級,目前處於第3級。
在衛星市場和火箭技術的共同牽引下,成熟度的迭代會越來越快。
鑑於2024年仍有“里程碑”事件發生,國家隊與地方政府給出了一系列“量產、共享”等切實有效降本方案,同時衛星基地仍在火速建設中,我們可以保守估計,商業航天將很快邁入第4級別,其景氣度在近三年內,只升不降。
04空間段起飛、地面段待機
談到衛星,人們往往聚焦於在空衛星的個數,與火箭發射的成敗。
而事實上,整個衛星產業盤子極大,環節繁雜,涉及廣泛:衛星產業鏈自上而下分別是衛星製造、衛星發射、衛星地面設備製造及衛星服務與應用,按照空間來劃分,前兩個歸屬於空間段、後兩個歸屬於地面段。
(衛星產業鏈構成 圖源:國盛證券)
縱觀全球航天產業,是地面設備與衛星服務而非衛星製造、發射佔了大頭:2021年全球衛星產業產值達2794美元,其中衛星製造產業佔4.9%,發射產業僅佔2%。“硬件”猛虧錢,“軟件”狂賺錢的道理,在航天產業中,依然適用。
(2021全球衛星產業產值分佈 圖源:國盛證券)
那麼,哪些環節在何時有所機會?哪些公司更具潛力與價值?這裡,我們基於產業發展規律,以及現階段玩家運營情況,給出一些Tips可供參考。
在現如今的中國,空間段仍佔領着絕大部分的比重:
(2020-2030年中國衛星互聯網各細分市場規模預測 圖源:微信公衆號:馭勢資本)
而在空間段之中,衛星製造國家隊頗多,商業航天公司僅在部分環節有所佈局,例如姿軌控系統、遙感測控系統、數據管理系統等,商業航天玩家發展空間較小;
(衛星總裝環節玩家現狀 圖源:華泰研究)
而在發射環節,商業航天佈局頗多。在這之中,火箭回收、液體火箭運力及動力等多個技術成熟度,成爲衡量其優質與否的關鍵性因素。
與此同時,多元佈局的廠商能講出更爲“動聽”的航天故事:除了火箭發射之外,星際榮耀還佈局了探空火箭產品、防務產品,以及申報小專項、慧眼行動多項與火箭相關的課題。
而當天上衛星多了之後,按照全球衛星市場的發展規律,地面段市場5年過後就會快速爆發:可以看到更爲成熟的市場,地面設備製造、衛星運營及服務佔大頭。
(A股衛星產業鏈公司梳理 圖源:信達證券研發中心)
而在地面設備與終端環節,就目前的運營狀況來看,擁有全頻段覆蓋的無線通信與全產業鏈佈局的北斗導航裝備的海格通信、與從事北斗衛星導航“元器件—終端 —系統應用”全鏈條核心產品的研製、生產及銷售運營的振芯科技擁有更爲優異的表現。
也就是說,“全產業鏈、全鏈條”將成爲在該環節的玩法。
同樣的,在衛星運營與服務環節,聚焦通信廣播的中國衛通、聚焦汽車智能化賽道的四維圖新運營狀態更佳。也就是說,定位更爲精準,垂直的廠商,經過長久的佈局以及持續的技術迭代,能夠奪得更多的金子。
蒼穹中,日月同輝,漫步其中。商業航天事業,是浪漫且激進的,亟需各位航天玩家有雄心,但不失分寸,有定力,但不失靈力。
2025年前,衛星上天將成爲各大平臺的“霸榜神器”,火箭回收、一箭多星等降本技術的“史詩級”突破將持續上演。
而2025年之後,天上的衛星足夠閃耀之時,地面上較爲“沉寂”的運營端將釋放其潛力,迎來爆發時刻。