SpaceX星艦二次發射在即為何說它是「全村的希望」?
被稱為「人類史上體積最大、推力最強運載火箭」的SpaceX星艦(Starship)超重型火箭即將迎來二次發射。根據SpaceX日前宣布,星艦最快將在當地時間11月17日(週五)發射。美國聯邦航空管理局(FAA)之前已完成發射許可的安全性審查工作,還需等待最終許可。而馬斯克最新表示,星艦預計在周五發射前及時獲得發射許可。
星艦火箭之前在今年4月底首次試飛慘遭折戟,這次將是第二次嘗試發射。馬斯克6月曾表示,星艦計畫已完成1,000多處改進,二次試飛成功率可望達60%。
事實上,星艦最初是由馬斯克火星殖民計畫演變而來,在發射衛星的同時,也承載著後續探索宇宙重任。為實現前往火星,甚至木星、土衛二、木衛二、土星的願景,星艦經歷多次更新迭代,目前星艦已衍生出測試(原型機)、登月、環月旅行、貨運、加油、衛星平台、洲際旅行等多個版本,其中已進入試飛測試階段的為測試版星艦。
為何星艦發射備受外界關注,為何其能被稱為「人類史上體積最大、推力最強運載火箭」?整體而言,星艦的意義主要可以歸結為兩方面:可重複用性與運力。
▌可複用性
可以說,星艦承載了馬斯克對「火箭完全重複使用」的厚望——其目標是兩級運載火箭皆可回收並重複使用。若此目標實現,星艦將取代SpaceX的其他所有運載火箭和太空船(獵鷹9號、獵鷹重型火箭與龍飛船),接續衛星發射與載人運輸的重擔,甚至在未來飛向月球與火星。
而之前的獵鷹9號,則僅能回收一子級。根據數據,該系列火箭在13年中(截至2023年10月10日)已發射263次,其中261次成功,一子級成功回收219次,復用一子級發射194次。
而運載火箭可重複使用技術創新正是SpaceX火箭低成本的主因。山西證券便指出,這項技術推動了發射成本實現數量級上的降低,SpaceX透過突破引擎重啟與推力控制技術、火箭下降控制系統技術及重複使用火箭著陸系統技術,實現了火箭的垂直回收。
從成本結構來說,硬體設備價值在單一火箭中佔比較高。以ULA公司的Altas V-401型火箭為例,數據顯示,將發射過程中人力成本、基礎設施成本、測控成本等項目剔除之後,其一級火箭中,發動機成本佔據總成本的54.20%,箭體結構佔23.60%,推進劑僅佔0.70%;而在二級火箭中,二級發動機、箭體機構和電氣設備所佔的比重均為28%左右,推進劑佔比僅0.20%。
中信證券11月7日報告顯示,SpaceX在回收一級和整流罩後的複用火箭,單次發射成本僅為全新火箭的30%。一二級火箭均呈現硬體成本佔比高、推進劑佔比低的特性。若在實現可回收的條件下,火箭可重複使用的次數足夠多,那麼硬體成本分攤到單次發射的成本將會明顯下降。
▌運力
雖說數據顯示,發射服務產值在整個航太產業中僅佔1.5%-2%,但運載是進入太空空間的入口,也是連接衛星製造與衛星應用的中樞環節。隨著國內外推出規模不一的星座計劃,衛星發射需求也不斷成長。
在這種情況下,火箭運力便成為了限制星座大規模部署的主要瓶頸。
誠然,復用火箭能在某種程度上提高整體運力規模,但火箭本身的運載能力同樣關鍵。
星艦的近地軌道運載能力約為150噸;在不考慮回收的情況下,其有效載重高達250噸-300噸。
這些荷載數字是什麼概念?SpaceX的獵鷹9號最大運載能力為22.8噸,獵鷹重型火箭最大運載能力64噸,而星艦的運載能力較它們實現了數倍提升。飛行驗證成功後,星艦有望成為運力最大的運載火箭。
▌全球衛星互聯網建設可望加速
不難看出,有了可複用性與運力兩大優勢在手,星艦發射成功後,可望進一步加速全球衛星網路建置。
華泰證券便指出,星艦強大的運載能力及低廉的發射成本或將服務於各大星座的部署,進而加速全球衛星互聯網建設,推動手機、汽車等終端直連衛星。此外,作為NASA月球登陸器唯一得標方案,星艦有望服務阿爾特彌斯計劃,美國航太能力提升將促使其他航太強國在航太領域投入更多關注和資源,或將加速全球航太競賽。
民生證券11月13日報告則認為,若星艦本次試飛成功,將意味著SpaceX解決了4月份試飛中導致發動機艙燃油洩漏和起火的問題,並證明了SpaceX已經提高了猛禽發動機的可靠性。雖然星艦二次試飛能否成功仍存在較多不確定性,但無論從設計理念及後續產業發展方向上,都將對全球商業航太事業發展產生正面影響。
分析師進一步指出,衛星互聯網可望開啟並引領下一輪通訊板塊基礎建設,當前我國衛星互聯網的發展雖尚處早期起步階段,但發展進程已提速顯著。短期來看,前端衛星生產製造環節將可望依托衛星發射進程提速率先受益,中長期維度隨著技術設施建設的逐步完善,下游衛星互聯網應用側相關環節將迎來黃金發展階段。