2021年5月9日SpaceX历史性创下复用火箭最新纪录:一箭十飞十回收!不禁让人再度聚焦「火箭复用路径图」,就此牵出一连串问题。
●问题之一:猎鹰9号火箭复用极限是多少?
马斯克最近表态:「一箭十飞并非上限,更不是什么极限数字。只要火箭条件允许就会一直飞下去,直到报废为止。」这就意味着猎鹰9号火箭重复使用没有明显限制,发射上百次在理论上也是可能的。
四年前,即2018年5月11日首次启用猎鹰9号B5款型火箭之时,马斯克当时放出豪言壮语:未来目标是一箭百飞,现阶段目标是一箭十飞。
SpaceX再创复用里程碑:一箭十飞十回收!复用无上限,直到报废
●问题之二:SpaceX复用火箭需要哪些前提条件?
简单来说分为如下七步:①一级火箭实现软着陆、整流罩安全回收(二级火箭/上面级还不能回收复用);②陆路运输至德州麦格雷戈火箭测试基地进行复查、翻新、测试;③主要是对9台梅林发动机进行脱油清理,采用煤油+液氧作为推进剂的梅林发动机不可避免地产生老毛病:积碳问题,需要耗时耗力拆装涡轮机才能彻底清理干净;④需要对箭体本身、燃料罐/液氧罐、栅格翼、着陆腿、整流罩等硬件进行全面检查,包括X射线复检,试图发现潜在裂缝或者其他异常;⑤重新装配一级火箭,执行静态点火测试;⑥由火箭测试基地再次运抵发射场,一二级火箭+整流罩/有效载荷进行水平整合;⑦发射前执行一系列复检,视情况而定是否执行发射台静态点火测试(事实上每次试射都会不可避免地对发动机造成损耗),之后整装待发,既定发射。
经过这些繁复而必要的程序后,我们再看看复用一级火箭以及整流罩成绩单:
▲SpaceX复用回收统计表·三体引力波制图
★复用一级火箭:从2017年3月30日第一次重复使用一级火箭发射至今,截至目前(2021年5月11日)已经复用63次。同枚一级火箭最高使用次数:十次(B1051.10)。一级火箭两次发射间隔即最快周转时间:27天4小时4分钟(B1061.4~B1061.5)。复用一级火箭最大耗时过程就是翻新处理梅林发动机,从最初几个月现已压缩到数天内完成。顺便提下,星舰系统采用燃烧更干净、也更充分的猛禽发动机,理论上会比梅林发动机复用翻新容易得多,不需要拆装涡轮机,因此复用效率、次数有望大幅提升。
★复用整流罩:从2019年11月11日发射首批1.0版星链以来,截至目前(2021年5月11日)已经重复使用整流罩:19次、复用片数:33片。其中7次使用三手整流罩、两次使用四手整流罩、10次使用二手整流罩。同一片整流罩最快周转时间:41天(2021年3月24日~2021年5月5日)。
▲全球主要火箭发射价对照图(发射均价/每公斤载荷运价)
●问题之三:SpaceX复用发射到底节省多少$?
首先需要说明的是,SpaceX属于私营太空公司,而非IPO公开募股上市公司,因此没规定、没义务、没可能向外界披露相关财务信息。不过我们还是可以简单粗略做些统计。
从2017年首次复用火箭算起,SpaceX迄今总计发射过63次复用火箭。如果按照每枚6200万美元新火箭发射价累加的话,63次发射总价超过39亿美元。事实上照此单价的话,SpaceX根本也不会发射这么多次数。毕竟,这些发射订单大部分都是靠「低价、高效」策略才会取得。
根据不完全统计,从2017年首次复用火箭一直到2021年1月,至少已经为SpaceX节省超过14亿美元。(信息源:Primal Space制作出品视频)
由于SpaceX没有义务向外界披露财务信息,所以这一数据是由专业机构依照公开可循信息估算出来的。事实上这笔精算账目远比想象得复杂,下面我们就会略知一二。
●问题之四:SpaceX发射价是如何构成的?
▲全新猎鹰9号火箭发射价格构成图·三体引力波制图
根据最近相关信息披露,大抵可以绘制一张全新火箭发射价构成饼状图:一级火箭生产成本约为3000万美元,占比48%;二级火箭生产成本约为1000万美元,占比16%;整流罩生产成本约550万美元(新版整流罩最初600万)占比9%;燃料费、发射场地费及其他费约为500万美元,占比8%;商业发射毛利润1150万美元,占比19%。
请注意,这只是全新猎鹰9号火箭商业发射价构成图,并不适用于更为复杂核算的复用发射价。那么猎鹰9号火箭复用发射价格又是如何构成的?
●问题之五:SpaceX复用发射价如何构成?
根据马斯克给出的复用边际成本(Marginal Cost)~1500万美元,即发射一次复用火箭所需的增量成本,这当中包括回收、翻新一级火箭费用25万美元(你没看错只有25万$);二级火箭制造成本同样还是1000万美元;燃料费、发射场地费及其他费约为500万美元,以及回收检修整流罩费用(几乎可以忽略不计)。
▲复用猎鹰9号火箭商业发射价格构成图·三体引力波制图
这张复用火箭发射价构成饼状图:一级火箭回收翻新成本仅有25万美元,仅占发射价1%;二级火箭生产成本还是1000万美元,占比37%;回收检修整流罩费用几乎可以忽略不计,不妨计入燃料费、发射场地费及其他费当中,约为500万美元,占比18%;商业发射毛利润约为1200万美元,占比高达44%——前提是这笔复用发射订单需要来自外部商业客户买单,否则为自家星链任务发射,不可能按照这个毛利润进行财务核算。
这意味着什么?
至少意味着前两次商业发射之后,从第三次一直到第五次发射自家星链的话,从发射成本核算角度衡量:全是免费的。
这笔账目其实很简单:前两次商发由外部客户全部买单,总发射收入为1.12亿美元(第一发:6200万美元+复用第二发5000万美元),而SpaceX总成本仅为6500万美元(第一发发射成本5000万美元+第二发边际成本1500万美元),所以两次发射后SpaceX会赚得4700万美元利润,这笔收入至少可以支付三次Starlink星链发射费用(三次复用边际成本1500万×3=4500万美元),不仅免费还有结余。
整个航天产业能够如此精于此道者,不仅无出其右,甚至都没有近身模仿者。
●问题之六:一箭十飞复用发射价又是如何核算的?
▲图表数据信息源:elonx.net、wikipedia.org
为了更便于理解这张一箭十飞核算发射价表,我们不妨还得了解下几个前提条件:
①二级火箭制造成本保持不变:1000万美元;整流罩制造成本保持不变:550万美元;回收检修整流罩费用几乎可以忽略不计;一级火箭回收翻新成本不变:25万美元;燃料费、发射场地费及其他费不变:500万美元。按照SpaceX不断削减成本的惯性做法,事实上这些成本还会随着时间逐步降低,此处为了方便核算,暂且忽略。
②整流罩按照复用一次的简单方法核算,事实上如上所述,整流罩使用从全新到二手再到四手都有,此处为了方便核算,仅以一手、二手交替使用为例。
③目前一枚复用火箭发射外部商业客户最多4次(B1046、B1058),再加上从发射成本核算角度来看,一枚复用火箭只要承接过4次商业发射任务,其余6次发射自家星链任务都属于免费午餐。
事实上,SpaceX正是按照这个「免费套餐」不断部署一批批星链的。刚刚实现一箭十飞的B1051.10,看似只完成三次商业发射(载人龙飞船DM-1、RCM、SXM-7),但是承运NASA商业载人发射包括试飞任务,发射价远高于一般商业发射价,发射利润足够支持多次星链任务。
如果排除国家战略、政府投入、不正当竞争等因素,纯粹从商业成本核算上做下对比,那些正在或者打算部署全球巨型星座的竞争者们,比如光头贝旗下的柯伊伯星座、英伦政府背景的一网星座、加国政府背景的Telesat星座等等,要想试图直接PK星链星座,最好先看看这份复用发射价格表,好好掂量一下自身实力……
由SpaceX开创的火箭复用模式,从最初被业界所不齿,一直到如今被效仿,短短几年工夫彻底改写全球航天发射领域市场格局、发展趋势。相比之下,其他发射商不管是国家队还是新老劲旅,至少需要5~10年才能初步掌握回收/复用火箭技术。
到那时,一路遥遥领先的SpaceX不再仅仅是个地球圈的「价格屠夫」,很可能已经成为深空界的「世外高人」,早已娴熟掌控星舰系统,在地球编织点对点的全球一小时交通网;在地月之间构建繁忙的载人月球航班;在地火之间打造定期的火星运输线……这一切不再是白日梦,不再是马斯克一个人梦想,而是人类跨出母星摇篮、构建跨星球文明、开启大航天时代的现实写照。
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