SpaceX猎鹰重型火箭发射成功 十张图让你看清全球火箭发射市场的现状与趋势

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20 朱茜 • 2018-02-09 18:21:05  来源:前瞻产业研究院 E4378G2

 北京时间2018年2月7日下午三时左右,太空探索公司Space X成功发射世界最强大现役运载火箭“猎鹰重型”(Falcon Heavy),并将一辆特斯拉跑车送入绕太阳飞行的轨道—马斯克还借机给自己打了个广告。此次发射成功标志着,首次由私企制造的火箭尝试将载荷舱送到地球轨道之外,打破了政府项目垄断的现状,同时也对未来月球和火星的探索意义重大。

而此次并非Space X公司2018年的首次火箭发射,早在北京时间2018年的1月8日上午,Space X公司成功完成了来自美国政府的秘密宇宙飞船Zuma搭载的2018年首个发射任务。截止到目前,Space X公司2018年已经完成了两次火箭发射任务,而其2017年全年一共完成了18次太空火箭发射任务,占据美国29次发射任务的62%的比重。

一、2018年是商业航天元年,火箭发射次数有望飞升

据美国卫星产业协会(SIA)统计,2012-2017年,全球世界运载火箭发射次数为78-94次,卫星发射市场空间保持在55-60亿美元之间,基本保持稳定。

2018年是商业航天的元年,商业发射、太空旅游、天地一体化里蕴藏着巨大的商机,全球的商业航天风生水起,各国都在这场商机中发力。2018年伊始,全球航天市场“爆炸性动向”应接不暇,继1月19日中国长征11号的“一箭六星”首次实现了全部商业发射之后,2月6日美国商业航天代表企业SpaceX以63.8吨的猎鹰重型火箭抢了全世界的头条,刷新了火箭的运载力与发射成本。

根据火箭发射“三巨头”的规划,2018年全球火箭发射次数在110次以上,其中仅中国便计划发射40余次,2018年头1个月便完成了6次。

图表1:2012-2018年全球火箭发射次数统计(单位:次,%)

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资料来源:美国卫星产业协会(SIA) 前瞻产业研究院整理

二、商业航天产业规模稳速增长,2017年约为2700亿美元

从全球火箭发射次数总规模来看,2017年90次,2018年仍将继续保持快速增长,可见,在下游卫星发射需求的带动下,全球火箭商业发射市场正在迎来爆发式增长。

据美国航天基金会发布的报告显示,2015年全球商业航天市场规模已经达到2455亿美元的规模,2016年和2017年商业航天发射活动热闹依旧,尤其是2017年各航天大国都在商业火箭发射领域发力,预计2017年商业航天市场规模将达到2668亿美元左右。

图表2:2014-2017年全球商业航天产业市场规模变化趋势(单位:亿美元,%)

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资料来源:美国航天基金会 前瞻产业研究院整理

三、中国火箭市场爆发,2018年将占据首位

从火箭发射国家来看,在2017年全球总共90次航天发射任务中,近四分之三的任务被中美俄包揽,世界航天领域正在上演“三国演义”:美国一直是全球火箭发射市场中最重要的国家,2017年火箭发射次数高达29次;其次是俄罗斯市场,发射次数达20次之多;中国2017年火箭发射次数为18次,但商业卫星数量总计只有8颗,我国商业小卫星的高密度发射在2018年伊始拉开序幕,2018年前两个月的6次火箭发射皆为商业卫星,在全球的17次发射中占比超过1/3。

图表3:2016-2018年主要国家火箭发射次数对比(单位:次)

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资料来源:前瞻产业研究院整理

图表4:2017年各主要国家火箭发射次数占比情况(单位:%)

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资料来源:前瞻产业研究院整理

在十九大报告中明确提出了建设航天强国的战略目标:到2020年,中国力争实现在轨航天器数量超过200颗,年均发射30次左右,基本达到世界航天强国水平。

通过各国公布的火箭发射规划来看,2018年中国火箭发射次数将在40次左右,美国、日本等2018年以来已发射2次,照此看来,2018年将是中国火箭发射市场的爆发年。

图表5:2013-2018年中国火箭发射次数及计划(单位:次)

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资料来源:前瞻产业研究院整理

四、美国运载火箭:商业化降低成本

与中国刚刚开启的商业航天不同,在地球另一端,航天技术长期保持世界领先的美国,从2010年就致力于推动和鼓励商业航天发展,其商业航天也同样处于领先地位,在中国努力突破技术瓶颈、实现更高运载力的同期,美国已经开始通过鼓励竞争降低商业成本。

美国运载火箭产业经了从多方混战、政府垄断、巨头竞争、巨头垄断再到开放竞争五个阶段,每个阶段的转变都由政府主导,政府政策对运载火箭产业影响非常大。

上世纪成功登月之后,NASA(美国国家航空航天局)开始主导研制在当时相对经济的航天飞机系统,并且在之后要求所有载荷使用航天飞机发射,这使得美国运载火箭一度停产,航天飞机垄断所有发射市场。直到1986年“挑战者”号航天飞机出现爆炸事故之后,美国政府决定鼓励火箭商业化,1989年火箭重新发射。其后在美国政府等方面的资助下,波音、洛克希德•马丁在此期间推出了德尔塔、宇宙神等运载火箭。

但其后,两家公司在2006年成立合资企业联合发射联盟(ULA),开始垄断美国的发射订单,80%以上的卫星发射市场被德尔塔、宇宙神占领,由于ULA垄断导致成本飙升,在美国政府政策支持和NASA 技术支持下,美国私营航天企业SpaceX、轨道ATK 公司大举进军商业发射市场并获成功。2010年,美国政府颁布的《美国国家航天政策》中还提出致力于鼓励和推动商业航天发展计划。

图表6:美国运载火箭发展历程

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资料来源:前瞻产业研究院整理

在2017年美国的29次火箭发射中,SpaceX的猎鹰9火箭贡献了18次,成为全世界发射频率最高的火箭,其中14次发射都在海上或陆上对第一级实施了回收,而且成功实现了第一级火箭的二次和三次复用,大大降低了火箭的发射成本,为开启星际大航海时代打下了的基础。

此次发射的猎鹰重型,已经将单位载荷成本降至1141美元/千克,对比此前数万美元/千克的价格,堪称“白菜价”。

图表7:2017年美国主要运载火箭型号发射次数(单位:次)

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资料来源:前瞻产业研究院整理

五、商业小卫星发射需求爆发,大推力火箭发射是主导力量

目前太空中运行的卫星中,商业卫星已占据了半壁江山,未来从卫星数量上看,商业小卫星将占据主导地位。美国商业航天发展迅猛,涌现出了一大批如OneWeb、SpaceX、LeoSat 等新兴商业航天企业,各自推出了数量巨大的卫星星座计划;中国商业航天已经起步,多家非传统卫星制造企业也纷纷推出了自己的商业卫星星座计划,部分公司已发射了数颗卫星。

据不完全统计,按照国内相关公司规划,未来三年内将有近300颗微小卫星的发射需求,假设每颗微小卫星的平均重量为100公斤,使用小型运载火箭发射卫星的价格为2万元美元/公斤,仅国内微小卫星发射市场空间就有望达到每年2亿美元。

图表8:美国部分低轨小卫星星座计划

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资料来源:前瞻产业研究院整理

图表9:中国部分低轨小卫星星座计划

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资料来源:前瞻产业研究院整理

而商业航天产业快速起势离不开大推力火箭发射市场的带动。大推力火箭显然在动力系统、零件系统等方面对产品的性能有更高的要求,因此其制造成本非常高昂,高昂的造价成本当然带来比较高的发射报价,而在发射次数逐年增多的基础上,它所带来的火箭发射规模也就越高。

从报价上看,中国的长征三号运载火箭看似略占优势,然而随着美国猎鹰号系列运载火箭箭体回收技术的研发成功,火箭箭体回收可以为猎鹰-9节约近30%的成本,从而使其报价降低至3700万美元左右,导致我国火箭商业发射报价优势荡然无存。

但综合来看,动力火箭发射仍然是全球火箭商业发射市场前进的最大动力。

图表10:大中型(推力)火箭发射报价情况及评价(单位:万美元,%)

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资料来源:前瞻产业研究院整理

六、 “猎鹰重型”火箭有效载荷首屈一指,LEO载荷高达63.8吨

火箭发射的有效载荷量的大小对于火箭商业发射市场的意义非凡。高载荷量的火箭不但可以携带更多卫星进入到外太空或者其他星际轨道完成各种任务,还可以实现地球与其他星球/星际轨道之间大质量货物传递目标以有效解决空间站等补给不及时或者不够的问题。

截止到2018年2月7日,Space X公司发射的猎鹰重型火箭的LEO有效载荷量高达63.8吨,载荷量高居全球火箭之首,比排在第二名的中国长征五号的25吨多出近40吨。而在GTO载荷量方面,其载荷量为26.7吨,比中国长征五号多出14吨。可见,在火箭发射有效载荷方面,美国仍占较大优势。

图表11:大推力火箭运载能力

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资料来源:前瞻产业研究院整理

图表12:中美大推力火箭运载能力对比(单位:吨)

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资料来源:前瞻产业研究院整理

随着美国Space X公司猎鹰重型火箭的推出,各国布置大中型火箭发射的计划也不断浮出水面,中国计划在2018年继续执行长征五号重型运载火箭的发射任务;美国航天局也将在2018年推出“太空发射系统”大推力运载火箭计划;美国的蓝色起源公司计划推出“新格林”火箭。总之,在未来的大推力火箭商业发射市场中,主要国家都在摩拳擦掌,竞争情形也将更加激烈。

图表13:大推力火箭发展计划

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资料来源:前瞻产业研究院整理

七、日本“SS-520”5号机发射成功,小型火箭发射市场潜力巨大

一直以来,小型火箭发射并未在火箭商业发射市场引起波澜,一是因为小微型卫星发射的趋势并不明朗,二是因为小型火箭发射的技术以及动力性能并不稳定。然而,2018年2月3日,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)从鹿儿岛县的内之浦宇宙空间观测站,发射了迄今全球最小型运载火箭“SS-520”5号机,约7分半钟后,该火箭上搭载的皮纳卫星TRICOM-1R分离并进入预定轨道。这一事件也意味小型火箭发射商业化市场仍具有开发的条件。

随着电子元器件朝着微型化方向发展,完成同样功能的卫星越做越小,因此小卫星乃至微卫星、纳卫星和皮卫星发展也很快,广泛应用于科研、技术试验、商业遥感等领域。比如,此次5号机上搭载的皮纳卫星重约3千克,主要用于地球影像拍摄和数据通信。

其实这并非全球第一个小型火箭的发射事件。此前,美国初创公司“火箭实验室”在新西兰成功发射了一枚搭载3颗超小型卫星的小型火箭,并将卫星送入预定轨道。这枚“电子”火箭长17米、直径1.2米,重10.5吨,最高载荷为225公斤。

综合来看,目前在小型卫星发射需求广阔的小型火箭发射市场仅日本和美国,市场潜力巨大。

图表14:全球小推力火箭发射情况

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资料来源:前瞻产业研究院整理

八、小型火箭发射成本低廉,市场前景可期

从成本来看,美国发射的小型火箭——“电子火箭”的成本仅490万美元远远低于大中型火箭动辄几千万美元的发射成本。而且随着皮纳卫星等小微型卫星市场的扩大,未来小型火箭发射市场的潜力巨大。

图表15:小推力火箭发射成本

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资料来源:前瞻产业研究院整理

以上数据及分析均来自于前瞻产业研究院发布的《2018-2023年高端装备制造产业发展前瞻与投资战略规划分析报告》。

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