就在前几天,印度的大火箭GSLV MkIII,一次性把英国一网公司的36颗卫星送入轨道,此次发射,也是一网公司低轨互联网卫星星座,第一期项目的最后一次组网发射。这些年来啊,低轨星座的数量猛增,许多国家以及商业航天公司都在抓紧发射低轨小卫星,其中大家最熟悉的就是Space X的星链,计划部署上万颗小卫星。
那么这么多小卫星,像撒土豆一样发射到太空中,到底要花上多少钱?卫星的发射成本如何计算?一般收费标准又是怎么制定的呢?
现代运载火箭发射成本并不算太便宜。一次发射需要数十吨乃至数百吨的燃料,加上火箭设计和制造成本、发射场地费用、测控费用等等。另外不同的卫星、或者不同轨道的卫星发射费用也不相同。一般而言,低轨发射相对相便宜一些,也有些小卫星可以搭顺风车发射,价格也要低一些。
现在欧美的常规运载火箭,一次发射的总报价,基本都已经超过1亿美元。例如美国宇宙神5和欧洲航天局的阿里娅娜5,发射报价分别为1.5和1.6亿美元,美国的德尔塔4重型运载火箭更是达到3.5亿美元。俄罗斯的运载火箭发射报价要便宜一些,但是一次发射的价格也基本超过5000万美元。
至于印度,虽然商业发射频率并不高,但价格比俄罗斯还要稍低一些。据说GSLV MkIII运载火箭给出的报价是4300万美元,这个数字大约只相当于欧美同类型火箭的三分之一,如此低廉的价格,应该是英国一网公司选择用GSLV MkIII火箭发射小卫星的主要原因。
国内外航天业内一般将运载火箭单位载荷价格作为关键指标,也就是将发射一公斤载荷需要多少钱作为计算和对比的依据。
美国主流运载火箭发射低轨道卫星的价格,大致处于5至8万元(人民币)之间,高轨道卫星大约是这个价格的2倍,最高接近16万元/公斤,这个价格可不便宜。
欧洲航天局的阿里娅娜运载火箭相对便宜一点,高轨道卫星报价不到10万元/公斤,正是因为有成本优势,因此在一段时间里,阿里娅娜运载火箭几乎垄断了国际通信卫星发射市场。
俄罗斯的运载火箭更低,综合算下来只有7万元/公斤,一度能和欧洲航天局分庭抗争,但是俄罗斯火箭的可靠性不佳,加上俄罗斯与西方关系变差,俄箭也就逐渐退出了国际航天发射市场。
在航天发射成本里,运载火箭的费用是大头,不论载荷多少,这个费用都要算上。这样为了降低成本,在情况允许的情况下,一枚运载火箭会尽量多带几枚卫星,尽量“满载起飞”。例如星链组网的时候,曾经创造过一次发射143颗卫星的记录。
由于发射成高昂,发射提供商也在绞尽脑汁的利用运载火箭运力,还提出了拼车服务,发射大型卫星的时候,利用乘余空间和运力让微小型卫星搭顺风车。
现在运载火箭大多是一次性的,加上许多系统和设备又是专用专造,导致运载火箭发射成本很难大幅度下降。如果运载火箭的主要零部件能够重复使用,这样就能大幅度降低发射成本。
Space X的猎鹰9和重型猎鹰火箭就具备重复使用的能力,从而大幅度降低了发射成本。猎鹰9和重型猎鹰火箭的单价只有美国同行的一半,比曾经的性价比火箭,欧洲航天局的阿里娅娜5也要低20%左右。
需要特别强调的一点是,美国政府和军方在使用猎鹰火箭时,不但不享受折扣,还比商业报价多给30%的钱,变相用政府资金补贴Space X,提升私营火箭公司的竞争力。正是凭借低廉的价格,太空叉在国际发射市场的份额正在不断扩大,已经抢占大部分欧洲阿里娅娜火箭的份额。
Space X对于中国的长征系列运载火箭也产生了冲击。此前中国长征系列运载火箭以发射成本低著称,不过长征系列火箭毕竟属于一次性火箭,发射成本继续下探的空间有限。而猎鹰9、重型猎鹰运载火箭凭借重复使用,还能进一步把价格往下压。
因此从未雨绸缪角度出发,我们也需要继续探索如何降低运载火箭的发射成本。现阶段最有效的手段还是实现运载火箭的重复使用,从而减少单位发射费用,再加上我们人力成本低和产业链完整的优势,就能把运载火箭发射价格降下来。
有消息说,中国长征8号运载火箭就是一种重复使用火箭,它采用可回收式设计,实现了芯一级和固体助推器的回收,可以极大地减少火箭发射的成本,同时还大大缩短发射周期。按照技术人员的说法,长征8号运载火箭将会在2025年之前完成主要部件的回收和重复利用,从而成为中国商业航天发射的主力军。
除了重复使用火箭,我国还有另一条低成本的太空发射路线。经初步论证,我国亚轨道运输系统的运载能力达到了60吨级,具有小时级洲际到达能力,可复用100 次以上,单位质量载荷运输成本不超过一次性运载火箭5%,可靠性不低于 0.997。也就意味着,国产亚轨道运输系统,发射单价可以从平常的5万元降低到2000元左右。
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