长征八号火箭开门立户的背后：商业航天大博弈

　　长征八号“开门立户”的背后：商业航天“大博弈”

　　01

　　长征家族的新“骡子”

　　2020年12月22日，长征系列运载火箭的新成员—长征八号，在海南文昌航天发射场顺利起飞，将五颗卫星送入预定轨道，首次任务取得圆满成功。

　　至此，第十三个五年计划中航天领域规划的新一代运载火箭已经全部亮相。

　　在新一代运载火箭谱系中，长征八号和此前亮相的长征七号同为中型运载火箭，箭体构型看上去也挺相近，事实上，长征八号本就脱胎于长征七号的发展型CZ-722S （HO）方案，可以通俗理解为长征七号的“简配版”，去掉一半助推器，去掉新一代YF-115二级模块，移植上一代长征三号火箭的YF-75氢氧子级。

　　既然如此，长征八号为什么有资格“开门立户”，成为一个全新的长征系列型号？

　　好饭不怕晚，最后亮相，技术上似乎也最不起眼的长征八号，却可能是未来长征火箭家族中的绝对主力。

　　（官方介绍已经非常明确，“中低轨主流卫星发射任务将主要采用新一代中型运载火箭CZ-8完成。”）

　　之所以能获得这样的地位，就不能不谈到长八的两大特殊之处。

　　第一，填补能力断档。

　　“填补能力断档”是长征八号立项时就确定的目标，在当时，太阳同步轨道这类特殊轨道的发射需求，让长征系列运载火箭应对起来颇为尴尬，中型火箭运力不足，大型火箭运力过剩，形成了性能覆盖的“断档”，而太阳同步轨道的发射需求未来又非常巨大，根据立项时的估计，到2030年前后，国内还将会有200多次太阳同步轨道发射任务，占到所有航天发射计划的一半以上。

　　为什么这么多卫星要扎堆在太阳同步轨道（SSO）？简而言之，这类倾角大于90度，也就是看起来和地球赤道差不多垂直的轨道，通过高度和倾角的参数精心搭配，能够实现这样的一种效果，那就是卫星总在每天大体相同的时间掠过地面上的同一地点，这个特点意味着获取的遥感数据有很好的可比性和规范性，对于对地观（zhen）测（cha）和气象预报，有着巨大的实用价值。

　　（太阳同步轨道的特点是与地球自转赤道面近乎垂直，倾角大于90度）

　　在平时，太阳同步轨道卫星能够以规律的间隔监测目标地区，离得近看得清，较低的轨道高度也使无论光学、红外还是雷达等遥感手段，都能以更小的代价提供高分辨率数据。而在“有事”的时候，较低的轨道高度也使卫星入轨周期较短，能够适应应急指挥或者临时补网的需求，当天发射，当天就对目标地区实现观测。

　　从以上描述不难看出，太阳同步轨道堪称卫星对地遥感这一应用需求的“黄金轨道”，为此开发一款新火箭，十分必要，也非常值得。

　　（长征八号首飞的主要载荷，新技术验证七号卫星，很可能是一颗阵面直径10米左右的大型雷达侦察卫星）

　　如果把“精品”火箭长五、长七比作骏马的话，那么长八服役后，则将担当起日常劳作的骡子角色，默默无闻服务好未来频繁的太阳同步轨道中等运力发射需求，由于SSO轨道的特殊性，入轨必须克服地球自转的影响，发射场纬度越高反而越有利，因此未来酒泉等高纬度发射场也会承担长征八号任务。

　　从长征八号的骡子定位，也就自然延申到了这一型号的另一特殊意义，那就是为低成本火箭技术“探路”。

　　02

　　从科研生产到工业生产

　　说到低成本火箭，人们第一反应多半是当今正如日中天的SPACEX公司，运力又大，又能酷炫垂直着陆的猎鹰9火箭，在短短几年内已经以超高性价比，在国际商业发射市场确立了绝对优势地位，俨然已经成为美国技术领导力的新代言，在猎鹰系列的启迪下，一直以来以低成本著称的国内航天系统，也看到了技术创新在降低发射成本中的巨大潜力。

　　长征八号为低成本火箭技术“探路”，SPACEX公司火箭上的一系列可回收关键技术当然是重要参照，包括可大范围调节推力的发动机、着陆缓冲装置、回收制导控制系统，都已经列入长征八号回收型的研制规划。

　　（长征八号可回收构型方案，与猎鹰重型不同，三个箭体连接在一块垂直着陆）

　　而在媒体喧嚣之外，SPACEX公司的生产流程创新同样是低成本火箭技术不可或缺的组成部分，甚至意义较垂直回收路线的具体知识专利更为重大，就如同福特T型车之于现代汽车工业的意义，并不在于其性能本身，而在于其对生产流程的重大变革。

　　长期以来，无论国内还是国外，造火箭造卫星的生产流程都是以“科研”为中心，可以理解为类似土豪定制深度改装跑车，一个有经验有技术的成熟改装团队，可以不惜代价精雕细刻，把改装车打造为独一无二的性能怪兽，但显而易见，这样的生产模式很难应对需求规模的增长，如果同时有五辆、十辆车的改装需求，“老师傅”们也不免会疲于奔命。

　　今年三四月份包括“金牌”火箭长三乙在内两次发射失利，显示出随着发射任务的快速增长，这种传统上“重设计，轻工艺，重科研，轻生产”的模式本就满负荷的运转再叠加疫情意外冲击，已经隐隐触及到了质量控制的效能极限。

　　长征八号项目未雨绸缪，正是意图以新型号研制为牵引，摸索运载火箭生产流程、机制的重塑，实现从工匠作坊到现代化生产线的深刻转型，按照规划，上周首飞的长征八号基本构型又属于“组合型”状态，也就是硬件上先沿用继承成熟产品模块，先行革新总体研制流程，引进数字化设计与分析技术，精简非必要、高成本的试制环节，同时引入了竞争性招标、集中谈判等现代管理机制，已经具备竞标条件的箭上电气系统和地面测发控系统，通过新机制采购成本各节约了50%、60%。

　　下一步，长八就将开展“融合型”状态研制，保持基本构型不变，开始在生产制造环节的革新，重构成品模块，打通工艺、工序、工装的卡点，初步带动形成中大型火箭的数字化敏捷生产，零部件通用化标准化。

　　就像炒大锅菜和做小炒的差别，哪怕不做部件和工艺的优化调整，按照现有技术状态，批量生产较零散的科研生产也有明显经济性，根据运载火箭技术研究院所作的测算，一款火箭批量生产10发，通过熟悉工艺，节约工时，摊薄固定资产和研发费成本，就能够比一次生产一枚的分散模式平均成本降低16%，如果生产批量达到50发，每发的成本会进一步降至初始水平的75%。

　　（长征八号成熟后，年批产量将达到数十发，有望真正牵引带动中国航天实现运载火箭的批量生产转型）

　　通过组合型、融合型、回收型的三步走，长征八号将小步快跑、从易到难、从量变到质变，牵引航天工业突破低成本火箭所必须的三大支撑要素：设计试验方法、生产制造技术、回收复用技术。

　　03

　　别给中国人指路

　　埃隆·马斯克曾经谈及为何SPACEX公司不申请火箭技术专利，还和中国人扯上了关系，“我们不想给中国人知道关键，然后出现类似的产品竞争”（“we try not to provide a recipe by which China can copy us and we find our inventions coming right back at us。”）

　　不经意间，这位明星企业家对中国人在科技领域的赶超能力给予了变相的肯定。

　　其实在火箭垂直回收技术领域，SPACEX公司小步快跑、后发制人、聚焦集成创新的竞争风格，和中国航天人颇有异曲同工之妙，这或许也是马斯克为何对中国同行如此戒备的原因吧。

　　80年代末期，美国战略防御计划明确了建设低轨道反导拦截网的”智能卵石“方案，在太空中部署成千上万颗杀手卫星待命，探测到苏联洲际导弹发射升空后，就在弹道中段变轨予以拦截，使美国本土”免疫“苏联核报复，获得单方面的行动自由。

　　（智能卵石层层拦截苏联导弹设想）

　　为了部署如此多卫星，美国人提出了配套的低成本运载火箭开发需求，麦道公司承接了研制任务，项目代号三角快帆，计划以单级入轨垂直回收的技术路线，实现低成本航天发射。

　　该项目的成果DC-X验证机，在90年代初期即成功演示了火箭垂直悬停着陆的可行性，尽管单级入轨因技术过于超前而无法实现，但DC-X作为90年代一系列所谓后航天飞机时代新技术探索中最成功的项目，对千禧年后的商业航天产生了深远影响。

　　（DC-X验证机载入史册的垂直起降跳跃试验）

　　目前的全球第一第二大富豪，杰夫·贝佐斯和埃隆·马斯克，2000年美股互联网泡沫中不约而同开始投资商业航天，并且都试图招揽DC-X研制团队，掏钱更慷慨的贝佐斯笑到了最后，依托这支现成团队组建了蓝色起源公司，自成立起，蓝色起源就是一派武林名门的打法，慢条斯理端出一个个与传统巨头的合作方案，彰显了商业航天龙头老大的地位，汇集业内菁华的蓝色起源公司，在2006年成功试飞戈达德号垂直起降验证火箭后，2010年又再接再厉提交了两级运载火箭垂直发射，一子级海上平台垂直降落回收的重复使用方案，成为垂直起降可回收火箭（VTVL）演化史上的关键一步。

　　（慢条斯理的蓝色起源公司，每次亚轨道垂直回收飞行器试验，都会标上一只乌龟自嘲）

　　至于马斯克，揣着两千万美金去俄罗斯当倒爷，买三发退役洲际导弹发射火星探测器的短平快计划失败后，不得不在莫哈维沙漠的航天极客圈子里东拼西凑，拉扯了一个好似墨西哥街边乐队（‘a mariachi band’）的草台班子自己搞火箭，好不容易做出来的猎鹰-1小火箭，前三次试射全部失败，SPACEX的起步显然远不及蓝色起源。

　　然而马斯克“干中学，学中干”的竞争战略最终使SPACEX后来居上，先整出小火箭，解决有无问题，队伍练了手，有了些技术储备，再上能力更高的平台，技术跨度太大的项目，拆解成一个个小模块验证，从缩比整体方案，到各个关键子系统，技术落实了，方案有底了，果断开干……尽管技术基础相差悬殊，但这么一套与老美传统风格大异其趣的科研方法和风格，中国人听起来可能会觉得特别亲切。

　　04

　　条条大路通罗马

　　2015年，在与蓝色起源的回收火箭专利撕逼获胜后，SPACEX的猎鹰9可回收型正式开始了在商业发射市场的“大闹天宫”，技术突破之后的快速迭代和媒体光环加持，使得在短短四五年之后，SPACEX就俨然从后发赶超的行业搅局者，变成了美国航天产业的霸主和科技能力代言。

　　（你打你的，我打我的，按自己的节奏做事，航天科技集团展示的可重复使用火箭三步走发展方案，最终实现全组合动力水平起降完全重复使用 ）

　　对照SPACEX公司的发展历程，尽管中国人在可重复使用火箭的研究上刚刚起步，但中国航天的科研攻关作风与方法论，让人对较短时间内迎头赶上还是有信心的。

　　更重要的，也常常被媒体所忽略的是，垂直起降（VTVL）只是可重复使用火箭这一领域众多技术路线里的一支，甚至远远不是低成本航天发射潜力最大的方向，在VTVL领域中国人虚心借鉴追赶的同时，在其他一些技术方向上中国人已经悄然走进了技术“无人区”。

　　（可重复使用航天发射载具，能够依照回收的级数、回收的模式，每一级的动力这三个维度出发，形成不同的技术路线，结合水平起降模式的全部可回收路线成本优势明显，仅回收一级的模式下，猎鹰9系列已经接近理论成本下限）

　　反观美国，可重用火箭中最“吃”老本，也就是传统火箭姿控、动力、结构等技术积累的VTVL路线固然热火朝天，但其他新技术方向则乏善可陈，与冷战时期的研发规划和势头比起来，甚至让人有一蟹不如一蟹之感。

　　九十年代雄心勃勃的低成本单级入轨运载器X-33和三角快帆，都在NASA激烈的内部办公室博弈中无疾而终，水平起降关键技术验证平台X-34被扔进垃圾场任凭风吹雨打，千禧年后军方与NASA眼花缭乱的高速平台及关键技术研究规划，绝大部分甚至还不如九十年代的项目，起码后者花了钱，多少总能见到些东西。

　　（根据美国军方统计，高超音速领域的科研文献中国人已经成为绝对贡献者，断档的美国人甚至需要从中国同行的研究中汲取灵感和信息）

　　相比之下，中国人在“其他”可回收火箭技术路线上则稳扎稳打，这些路线所涉及的许多共性基础技术，如热防护材料、大气高速再入、小翼展高速滑翔控制、火箭基/涡轮机组合循环动力装置，中国人都已经有一些实用化的杀手锏装备亮相了，近日西安航天动力研究所甚至在世界上首次实现了火箭基组合动力的外场试飞，至于东风-17这样的高超音速导弹，在美国军界政界也引发了巨大的心理震撼。

　　（X-34，从可重复使用航天器先驱到垃圾场废弃物）

　　按照目前在高超音速这一科技领域内中美俄三国的基础和发展势头，尽管中国在部分可重用运载火箭这一领域需要埋头追赶SPACEX，但在两级可重用，组合动力重用这后续两步上，完全有可能实现弯道超车，领先于美国人实现发射成本的跨越式进步。

　　（国内另一航天巨头航天科工集团的两级可重用水平起降发射载具）

　　05

　　蓄力已久的民营航天

　　长征八号作为低成本火箭技术的探路先锋，前方的目标在哪里呢？

　　早在2017年，也就是长征八号火箭立项之初，中国航天科技集团公司已经对外透露了我国商业航天发射的能力目标：每公斤有效载荷送入低地球轨道的价格约5000美元，发射准备周期一周；地球转移轨道每公斤发射价格8000-10000美元；太阳同步轨道每千克发射价格5000-6000美元，发射准备周期10天，按照这个目标测算，主打太阳同步轨道任务的长征八号，单次发射报价大体会在2500-3000万美元左右，这是一个非常有竞争力的价格，与以廉价著称的印度极轨运载火箭PSLV相当，而运力则是PSLV的两倍以上。

　　在航天科技集团等国有巨头向商业航天迈出实质性步伐的同时，近年来大量涌现的国内民营航天企业积累和蓄力也即将迎来第一个爆发。

　　就在长征八号首飞的同时，位于浙江湖州的蓝箭航天技术有限公司厂房内，中国民营航天的第一款大中型液体运载火箭——朱雀二号已经展开了一级动力系统集成试验工作，预计来年朱雀二号就将进行首飞，作为民营航天的第一款液体动力火箭，朱雀二号箭体结构上借鉴了“国家队”长征二号火箭的许多技术基础，在继承的基础上更换全新研制的液氧甲烷动力。

　　（朱雀二号的系列化发展规划）

　　尽管这个初啼的新生儿性能指标没有什么特别突出的地方，但正如SPACEX的第一款火箭猎鹰-1一样，只要火箭从PPT变成了真东西，真的飞上了宇宙，就标志着民营航天真正磨砺出了一只能打硬仗的队伍，这款“其貌不扬”的朱雀二号，由于大部分部件属于成熟产品，在实现批量生产后有望将发射入轨成本降低到每公斤5000美元以下，而在新型动力系统得到检验后，将继续快速迭代，组合出覆盖各类运力需求的组合构型谱系，并且对箭体大幅动刀，沿着SPACEX业已探出的垂直回收重复使用技术路线发展，蓝箭方面甚至表示，期望能将朱雀二号可回收版的发射成本，降到比猎鹰-9还低的水平。

　　（欧洲阿丽亚娜-6之后下一代型号的规划，同步转移轨道发射成本目标为5千美元每公斤）

　　06

　　空间应用浪潮

　　从目前各主要航天国家发展势头看，美国在低成本商业航天领域无疑处于领跑地位，而中国在第二梯队中则处于前列，随着长八，朱雀等国家或民间渠道低成本火箭的出现和成熟，中国有望在这一赛道上甩开其他竞争者，至少确保第二的排位，甚至与美国在航天低成本运力上一较长短。

　　之所以有这样的信心，是因为单项技术上欧洲和日本或许有独到之处，但低成本运载火箭只是商业航天图景的其中一块拼板，空间科学和应用的规模是另一个决定性因素，火箭再好，没有东西可供发射，在国际市场上你死我活争夺那点SPACEX漏下的残羹剩饭，这样的航天产业当然是无法维持的。

　　空间应用方面，中国恰恰有着巨大优势，如果说欧洲日本俄国印度的火箭需要担心怎么招揽生意，填满每年几发火箭的闲置运力，那么中国人则在担忧国内火箭运力不够，无法消化未来十年巨大的航天发射需求。

　　中国为什么会有这么大的航天发射需求？

　　首先，正如上文所述，未来面向对地遥感需求的太阳同步轨道发射任务将占据发射计划的半壁江山，“高分”等对地遥感专项，只能说初步解决了对周边地区侦察预警能力的有无问题，距离好用、耐用还有一定距离，重点地区的监测预警还有较大时间覆盖漏洞，即便卫星观察到的特定目标，完成整个星地通信，数据处理，跨部门交接，最后到达火箭军等用户部门单位，整个作业流程效率还较为局限。

　　未来面向国防等特殊需求的卫星，几乎一定将出现成倍增长，在严酷的外部遏制压力下，中国需要在太空侦察体系上尽快补课，补上乃至反超与美俄两国在轨军事资产存量的差距。

　　另外呢，在国民经济中，对空间的需求也越来越大，马斯克规模宏大的STARLINK互联网星座已经开始大规模部署，而中国的类似巨型系统也已经酝酿多时，在我国《科技创新2030》规划中安排的十五个重大专项中，就包括了天地一体化信息网络，不仅想实现与星链类似的网络通信服务，还有规划基于对地观测设备，实现城市管理的空前精细化和透明化。

　　至于美国人还没有实质涉足的领域，中国人一样在周密布局，在重庆璧山，中国首个空间太阳能电站实验基地建设项目已经启动，未来成百上千吨的太空发电站，对于发射运力的需求同样饥渴。

　　07

　　太空纪元的临界点

　　（我们不知道产业爆发的临界点在哪里，但无疑正加速接近它）

　　航天发射成本为什么如此关键？

　　物流成本是理解人类文明史和政治史一个隐秘而重要的线索，中古时代的文明地理界限，往往取决于物质流与信息流能够以什么样的成本传送到什么距离，从18世纪中后期英国对印度的征服，到19世纪中期对大清王朝的大规模远征，大分化后的西方文明跃出其传统地理边界，向东投送力量，带来三千年未有之大变局的过程，几乎与同时期远洋航海的物流成本下降同步。

　　第一次鸦片战争之前的半个世纪里，英国到东方的单位船运成本下降了几乎三分之二，使英国棉布和鸦片能够以决定性的规模涌入中国市场，改写了贸易平衡，激起大清朝廷对通货外流的巨大焦虑，而海运成本的下降，也同样使英国的大规模武力投送越过了成本效益的临界点（TIPPING POINT）。

　　在此之前，英国人对大清官民充满通商做生意的“单纯和善意”，希望一个个携带珍奇礼品的使团能够感动鞑靼人皇帝，赐予英国人更大的通商便利，而在武力投送具备现实可能后，英国人对大清的观感就发生了翻天覆地的变化，从1830年代英国社区中风靡一时的威力展示论调（用三四艘风帆护卫舰截断两广到长江口海运），到1840年规模庞大的“惩罚性远征”，英国人的政策隐隐然也与物流输送成本有着同步变化。

　　航天发射成本，也就是向太空的“物流”成本，同样隐隐有着逼近临界点的兆头。在跨过临界点后，许多之前无法设想的空间利用形式，以及这些新形式所带来的国家间力量变化，会不会也有重新打乱百年来秩序边界，影响整个世界地缘权力再分配的可能？

　　至少美国人已经用行动做出了回答，2019年，特朗普在白宫亲自授旗，成立了美国第五个军种—太空军，在太空军的指导纲领中，赫然写着要对地月行星间的所有空间实现监视乃至控制，并且排斥任何其他国家实现同样的目标。

　　只要有一丝太空纪元“大分化”的现实可能性，中国就不可以在这场商业航天的大潮中掉队，甚至必须分析向第一名的位置挣扎。

　　08

　　奔腾的后浪

　　每每回顾SPACEX发展史，都不能不让人对美国雄厚的科技基础印象深刻，哪怕NASA这样曾经引领时代的机构已经完全官僚化，以分肥预算为己任，哪怕波音这样的航天业巨头已经堕落到只要合同拨款不断，哪管项目生死成败，但百足之虫死而不僵，埃隆·马斯克在莫哈维沙漠的航天极客里拉扯出来的SPACEX团队，只要领导有方组织得当，仍然能拿出令人刮目相看的成绩，大名鼎鼎的的默林发动机，甚至诞生于工程师汤姆·穆勒的自家车库，纯手工DIY作品。

　　即便是衣食无忧节奏“散漫”的蓝色起源公司，其重型可回收运载火箭“新格伦”也已经整装待发，在新一代火箭发动机、登月飞船等领域，以“乌龟”自居的蓝色起源公司，也已经对美国整个航天产业开始发挥有力的带动作用。

　　相比之下，中国建设航天强国的追赶之路则因为技术基础的差距，显得总有些跌跌撞撞，也总是担心刚刚拉近某个领域的距离，懒散的美国人从故纸堆里翻出些东西一整合，又能立刻拉开差距。

　　这恐怕是在飞速崛起的中国，一整代中青年面对美国不可避免的深深自卑，毕竟在他们的青少年时代，美国还是那么如日中天的国家，中美之间的国力差别大到丧失了严肃探讨的意义，即便我们已经飞速追赶了上来，望其项背乃至与美国在一些领域并驾齐驱，但是，这种刻在院认知中的印记是难以改变的，不过，希望已经到来了。

　　今年8月，《北京青年报》报道了一位南京航空大学的00后大学生，在疫情期间自制火箭的新闻，全凭对航天的爱好，以及把这种爱好付诸实践的行动力，这位叫刘上的年轻人靠自学点亮了机械设计、3D建模、固体燃料发动机、TVC矢量推力控制、飞控算法等技能，最终成功让自己双手创造的小火箭飞上天空并伞降回收，这不能不让人想起《十月的天空》，想起片中描绘的五十年代美国小镇少年，这些对太空对宇航怀着澎湃热情的后生们，其后成为了美国航天黄金时代的伎俩。

　　如果你打开B站，搜索自制火箭，可以看到不少类似的航天爱好者，甚至是初中生，在锲而不舍自制火箭，有的已经达到了相当高的水平。

　　如果说莫哈维沙漠里的火箭老男孩们代表着美国冷战年代硬核航天文化的落日余晖，那么这些00后乃至10后中国航天迷，则昭示着一个中国人的太空纪元曙光。