火箭的可重复使用正在重塑全球商业航天的成本结构。2024年12月4日,SpaceX猎鹰9号一级火箭完成第24次发射,打破火箭复用次数纪录,复用间隔已从161天缩短至23天。2024年10月13日,星舰第五飞首次实现“筷子夹火箭”——用机械臂成功捕获第一级超重型火箭,在低成本可复用火箭技术上再进一步。发射入轨每公斤成本已从1960年代的25,000美元以上降至2020年前后的1,500美元。民银证券2025年科技展望报告认为,中国6款可复用火箭将于2025年底前首飞,可复用火箭技术将大幅降低卫星组网成本,加速中国商业航天发展。本文从技术路径、国际进展和中国布局三个维度,解析可复用火箭技术的突破与投资机遇。
发射成本从2.5万降至1500美元/kg——可复用的经济性革命
火箭回收和复用是降低发射成本的核心路径。CSIS数据显示,太空发射入轨每公斤成本已从1960年代的25,000美元以上大幅下降至2020年前后的1,500美元。SpaceX猎鹰9号内部发射成本已降至每次约1,500万美元(客户发射价格约6,700万美元),可重复使用是成本下降的核心驱动力。
重复使用运载器的回收方式分为三类:伞降回收(火箭子级借助降落伞减速回收)、带翼飞回(给火箭助推器装翅膀飞回)、垂直着陆回收(重启发动机减速垂直着陆)。其中垂直着陆回收是目前SpaceX采用的成熟方案,具有精度高、可复用次数多的优势。
液体火箭被广泛认为是未来发展趋势,其中液氧甲烷又凭借比液氧液氢更低的成本及比液氧煤油更好的可回收性,成为民营火箭公司的主要选择。SpaceX星舰的Raptor发动机、蓝箭航天天鹅系列、星际荣耀JD-2均采用液氧甲烷推进剂。
SpaceX的里程碑——猎鹰9号24次复用、星舰“筷子夹火箭”
2024年是SpaceX可复用火箭技术的里程碑之年。12月4日,一级助推器编号B1067.24的猎鹰9号火箭完成第24次发射,自2021年6月4日首飞以来创造了火箭复用次数新纪录。从回收到再次复用发射的间隔,已从首次的161天缩短至最新的23天(B1067火箭第23次发射时间为11月12日)。
10月13日,星舰第五飞首次尝试原位返回发射场并成功实现捕获第一级助推器超重型火箭B12,上演“筷子夹火箭”场景(用机械臂捕获火箭),同时实现第二级星舰飞船的精准再入和溅落。星舰项目负责人披露,如进展顺利,SpaceX计划2025年尝试原位捕获回收星舰飞船。
星舰系统的全部可回收设计,意味着未来发射成本有望进一步大幅下降。猎鹰9号仅实现第一级回收,而星舰设计为两级全部可回收,单位有效载荷发射成本有望降至数百美元/公斤量级。
中国6款可复用火箭2025年底前首飞——追赶进行时
中国可复用火箭技术正在加速追赶。2024年11月第十五届中国国际航空航天博览会(珠海航展)上,6款具备可重复使用能力的火箭产品宣布将于2025年年底前进行首飞:朱雀三号(蓝箭航天)、双曲线三号(星际荣耀)、智神星一号(星河动力)、力箭二号(中科宇航)、星云1号(深蓝航天)、引力二号(东方空间)。
主要民营火箭公司的技术路线均已明确向可复用方向布局。蓝箭航天朱雀3号采用液氧甲烷推进剂、天鹅系列发动机,设计为可重复使用;星际荣耀双曲线3号采用焦点2号(JD-2)液氧甲烷发动机,可重复使用;天兵科技天龙3号系列采用天火系列液氧煤油发动机,可重复使用。
海南商业航天发射场2024年11月30日首次发射成功,是我国首个商业航天发射场。两个中型液体工位已具备常态化高密度发射能力,按设计每个工位每年可发射16发火箭。商业化发射基础设施的完善,为中国可复用火箭的试验和运营提供了关键支撑。
成本下降驱动商业航天爆发——从“国家任务”到“商业运营”
可复用火箭技术的成熟正在将商业航天从“国家任务”驱动转向“商业运营”驱动。当单次发射成本降至1,500万美元量级,卫星组网的经济性大幅改善,商业卫星星座的商业模式得以成立。
成本下降的乘数效应显著。以SpaceX为例,猎鹰9号复用火箭的快速周转(复用间隔仅23天)使得单枚火箭可在一年内完成多次发射,大幅摊销了箭体制造成本。星舰一旦实现两级全复用,单位有效载荷成本有望再次下降一个数量级。
对中国而言,可复用火箭技术的突破将直接支撑千帆(G60)、国网(GW)、鸿鹄三号三个过万颗巨型低轨卫星星座的组网建设。当前千帆星座已进入常态化发射(54颗组网),但全部1.5万颗的部署仍需要高频次、低成本的发射能力。2025年6款可复用火箭的首飞结果,将决定中国商业航天的成本曲线和产业节奏。可复用火箭技术是实现大规模卫星星座部署的关键前提,技术突破将引爆卫星制造、发射服务和地面设备的全产业链需求。