長征八號“開門立戶”的背後：商業航天“大博弈”

　　01

　　長征家族的新“騾子”

　　2020年12月22日，長征系列運載火箭的新成員—長征八號，在海南文昌航天發射場順利起飛，將五顆衛星送入預定軌道，首次任務取得圓滿成功。

　　至此，第十三個五年計劃中航天領域規劃的新一代運載火箭已經全部亮相。

　　在新一代運載火箭譜系中，長征八號和此前亮相的長征七號同為中型運載火箭，箭體構型看上去也挺相近，事實上，長征八號本就脫胎於長征七號的發展型CZ-722S （HO）方案，可以通俗理解為長征七號的“簡配版”，去掉一半助推器，去掉新一代YF-115二級模塊，移植上一代長征三號火箭的YF-75氫氧子級。

　　既然如此，長征八號為什麼有資格“開門立戶”，成為一個全新的長征系列型號？

　　好飯不怕晚，最後亮相，技術上似乎也最不起眼的長征八號，卻可能是未來長征火箭家族中的絕對主力。

　　（官方介紹已經非常明確，“中低軌主流衛星發射任務將主要採用新一代中型運載火箭CZ-8完成。”）

　　之所以能獲得這樣的地位，就不能不談到長八的兩大特殊之處。

　　第一，填補能力斷檔。

　　“填補能力斷檔”是長征八號立項時就確定的目標，在當時，太陽同步軌道這類特殊軌道的發射需求，讓長征系列運載火箭應對起來頗為尷尬，中型火箭運力不足，大型火箭運力過剩，形成了性能覆蓋的“斷檔”，而太陽同步軌道的發射需求未來又非常巨大，根據立項時的估計，到2030年前後，國內還將會有200多次太陽同步軌道發射任務，占到所有航天發射計劃的一半以上。

　　為什麼這麼多衛星要扎堆在太陽同步軌道（SSO）？簡而言之，這類傾角大於90度，也就是看起來和地球赤道差不多垂直的軌道，通過高度和傾角的參數精心搭配，能夠實現這樣的一種效果，那就是衛星總在每天大體相同的時間掠過地面上的同一地點，這個特點意味着獲取的遙感數據有很好的可比性和規範性，對於對地觀（zhen）測（cha）和氣象預報，有着巨大的實用價值。

　　（太陽同步軌道的特點是與地球自轉赤道面近乎垂直，傾角大於90度）

　　在平時，太陽同步軌道衛星能夠以規律的間隔監測目標地區，離得近看得清，較低的軌道高度也使無論光學、紅外還是雷達等遙感手段，都能以更小的代價提供高分辨率數據。而在“有事”的時候，較低的軌道高度也使衛星入軌周期較短，能夠適應應急指揮或者臨時補網的需求，當天發射，當天就對目標地區實現觀測。

　　從以上描述不難看出，太陽同步軌道堪稱衛星對地遙感這一應用需求的“黃金軌道”，為此開發一款新火箭，十分必要，也非常值得。

　　（長征八號首飛的主要載荷，新技術驗證七號衛星，很可能是一顆陣面直徑10米左右的大型雷達偵察衛星）

　　如果把“精品”火箭長五、長七比作駿馬的話，那麼長八服役後，則將擔當起日常勞作的騾子角色，默默無聞服務好未來頻繁的太陽同步軌道中等運力發射需求，由於SSO軌道的特殊性，入軌必須克服地球自轉的影響，發射場緯度越高反而越有利，因此未來酒泉等高緯度發射場也會承擔長征八號任務。

　　從長征八號的騾子定位，也就自然延申到了這一型號的另一特殊意義，那就是為低成本火箭技術“探路”。

　　02

　　從科研生產到工業生產

　　說到低成本火箭，人們第一反應多半是當今正如日中天的SPACEX公司，運力又大，又能酷炫垂直着陸的獵鷹9火箭，在短短幾年內已經以超高性價比，在國際商業發射市場確立了絕對優勢地位，儼然已經成為美國技術領導力的新代言，在獵鷹系列的啟迪下，一直以來以低成本著稱的國內航天系統，也看到了技術創新在降低發射成本中的巨大潛力。

　　長征八號為低成本火箭技術“探路”，SPACEX公司火箭上的一系列可回收關鍵技術當然是重要參照，包括可大範圍調節推力的發動機、着陸緩衝裝置、回收制導控制系統，都已經列入長征八號回收型的研製規劃。

　　（長征八號可回收構型方案，與獵鷹重型不同，三個箭體連接在一塊垂直着陸）

　　而在媒體喧囂之外，SPACEX公司的生產流程創新同樣是低成本火箭技術不可或缺的組成部分，甚至意義較垂直回收路線的具體知識專利更為重大，就如同福特T型車之於現代汽車工業的意義，並不在於其性能本身，而在於其對生產流程的重大變革。

　　長期以來，無論國內還是國外，造火箭造衛星的生產流程都是以“科研”為中心，可以理解為類似土豪定製深度改裝跑車，一個有經驗有技術的成熟改裝團隊，可以不惜代價精雕細刻，把改裝車打造為獨一無二的性能怪獸，但顯而易見，這樣的生產模式很難應對需求規模的增長，如果同時有五輛、十輛車的改裝需求，“老師傅”們也不免會疲於奔命。

　　今年三四月份包括“金牌”火箭長三乙在內兩次發射失利，顯示出隨着發射任務的快速增長，這種傳統上“重設計，輕工藝，重科研，輕生產”的模式本就滿負荷的運轉再疊加疫情意外衝擊，已經隱隱觸及到了質量控制的效能極限。

　　長征八號項目未雨綢繆，正是意圖以新型號研製為牽引，摸索運載火箭生產流程、機制的重塑，實現從工匠作坊到現代化生產線的深刻轉型，按照規劃，上周首飛的長征八號基本構型又屬於“組合型”狀態，也就是硬件上先沿用繼承成熟產品模塊，先行革新總體研製流程，引進數字化設計與分析技術，精簡非必要、高成本的試製環節，同時引入了競爭性招標、集中談判等現代管理機制，已經具備競標條件的箭上電氣系統和地面測發控系統，通過新機制採購成本各節約了50%、60%。

　　下一步，長八就將開展“融合型”狀態研製，保持基本構型不變，開始在生產製造環節的革新，重構成品模塊，打通工藝、工序、工裝的卡點，初步帶動形成中大型火箭的數字化敏捷生產，零部件通用化標準化。

　　就像炒大鍋菜和做小炒的差別，哪怕不做部件和工藝的優化調整，按照現有技術狀態，批量生產較零散的科研生產也有明顯經濟性，根據運載火箭技術研究院所作的測算，一款火箭批量生產10發，通過熟悉工藝，節約工時，攤薄固定資產和研發費成本，就能夠比一次生產一枚的分散模式平均成本降低16%，如果生產批量達到50發，每發的成本會進一步降至初始水平的75%。

　　（長征八號成熟後，年批產量將達到數十發，有望真正牽引帶動中國航天實現運載火箭的批量生產轉型）

　　通過組合型、融合型、回收型的三步走，長征八號將小步快跑、從易到難、從量變到質變，牽引航天工業突破低成本火箭所必須的三大支撐要素：設計試驗方法、生產製造技術、回收復用技術。

　　03

　　別給中國人指路

　　埃隆·馬斯克曾經談及為何SPACEX公司不申請火箭技術專利，還和中國人扯上了關係，“我們不想給中國人知道關鍵，然後出現類似的產品競爭”（“we try not to provide a recipe by which China can copy us and we find our inventions coming right back at us。”）

　　不經意間，這位明星企業家對中國人在科技領域的趕超能力給予了變相的肯定。

　　其實在火箭垂直回收技術領域，SPACEX公司小步快跑、後發制人、聚焦集成創新的競爭風格，和中國航天人頗有異曲同工之妙，這或許也是馬斯克為何對中國同行如此戒備的原因吧。

　　80年代末期，美國戰略防禦計劃明確了建設低軌道反導攔截網的”智能卵石“方案，在太空中部署成千上萬顆殺手衛星待命，探測到蘇聯洲際導彈發射升空後，就在彈道中段變軌予以攔截，使美國本土”免疫“蘇聯核報復，獲得單方面的行動自由。

　　（智能卵石層層攔截蘇聯導彈設想）

　　為了部署如此多衛星，美國人提出了配套的低成本運載火箭開發需求，麥道公司承接了研製任務，項目代號三角快帆，計劃以單級入軌垂直回收的技術路線，實現低成本航天發射。

　　該項目的成果DC-X驗證機，在90年代初期即成功演示了火箭垂直懸停着陸的可行性，儘管單級入軌因技術過於超前而無法實現，但DC-X作為90年代一系列所謂後航天飛機時代新技術探索中最成功的項目，對千禧年後的商業航天產生了深遠影響。

　　（DC-X驗證機載入史冊的垂直起降跳躍試驗）

　　目前的全球第一第二大富豪，傑夫·貝佐斯和埃隆·馬斯克，2000年美股互聯網泡沫中不約而同開始投資商業航天，並且都試圖招攬DC-X研製團隊，掏錢更慷慨的貝佐斯笑到了最後，依託這支現成團隊組建了藍色起源公司，自成立起，藍色起源就是一派武林名門的打法，慢條斯理端出一個個與傳統巨頭的合作方案，彰顯了商業航天龍頭老大的地位，匯集業內菁華的藍色起源公司，在2006年成功試飛戈達德號垂直起降驗證火箭後，2010年又再接再厲提交了兩級運載火箭垂直發射，一子級海上平台垂直降落回收的重複使用方案，成為垂直起降可回收火箭（VTVL）演化史上的關鍵一步。

　　（慢條斯理的藍色起源公司，每次亞軌道垂直回收飛行器試驗，都會標上一隻烏龜自嘲）

　　至於馬斯克，揣着兩千萬美金去俄羅斯當倒爺，買三發退役洲際導彈發射火星探測器的短平快計劃失敗後，不得不在莫哈維沙漠的航天極客圈子裡東拼西湊，拉扯了一個好似墨西哥街邊樂隊（‘a mariachi band’）的草台班子自己搞火箭，好不容易做出來的獵鷹-1小火箭，前三次試射全部失敗，SPACEX的起步顯然遠不及藍色起源。

　　然而馬斯克“干中學，學中干”的競爭戰略最終使SPACEX後來居上，先整出小火箭，解決有無問題，隊伍練了手，有了些技術儲備，再上能力更高的平台，技術跨度太大的項目，拆解成一個個小模塊驗證，從縮比整體方案，到各個關鍵子系統，技術落實了，方案有底了，果斷開干……儘管技術基礎相差懸殊，但這麼一套與老美傳統風格大異其趣的科研方法和風格，中國人聽起來可能會覺得特別親切。

　　04

　　條條大路通羅馬

　　2015年，在與藍色起源的回收火箭專利撕逼獲勝後，SPACEX的獵鷹9可回收型正式開始了在商業發射市場的“大鬧天宮”，技術突破之後的快速迭代和媒體光環加持，使得在短短四五年之後，SPACEX就儼然從後發趕超的行業攪局者，變成了美國航天產業的霸主和科技能力代言。

　　（你打你的，我打我的，按自己的節奏做事，航天科技集團展示的可重複使用火箭三步走發展方案，最終實現全組合動力水平起降完全重複使用 ）

　　對照SPACEX公司的發展歷程，儘管中國人在可重複使用火箭的研究上剛剛起步，但中國航天的科研攻關作風與方法論，讓人對較短時間內迎頭趕上還是有信心的。

　　更重要的，也常常被媒體所忽略的是，垂直起降（VTVL）只是可重複使用火箭這一領域眾多技術路線里的一支，甚至遠遠不是低成本航天發射潛力最大的方向，在VTVL領域中國人虛心借鑑追趕的同時，在其他一些技術方向上中國人已經悄然走進了技術“無人區”。

　　（可重複使用航天發射載具，能夠依照回收的級數、回收的模式，每一級的動力這三個維度出發，形成不同的技術路線，結合水平起降模式的全部可回收路線成本優勢明顯，僅回收一級的模式下，獵鷹9系列已經接近理論成本下限）

　　反觀美國，可重用火箭中最“吃”老本，也就是傳統火箭姿控、動力、結構等技術積累的VTVL路線固然熱火朝天，但其他新技術方向則乏善可陳，與冷戰時期的研發規劃和勢頭比起來，甚至讓人有一蟹不如一蟹之感。

　　九十年代雄心勃勃的低成本單級入軌運載器X-33和三角快帆，都在NASA激烈的內部辦公室博弈中無疾而終，水平起降關鍵技術驗證平台X-34被扔進垃圾場任憑風吹雨打，千禧年後軍方與NASA眼花繚亂的高速平台及關鍵技術研究規劃，絕大部分甚至還不如九十年代的項目，起碼後者花了錢，多少總能見到些東西。

　　（根據美國軍方統計，高超音速領域的科研文獻中國人已經成為絕對貢獻者，斷檔的美國人甚至需要從中國同行的研究中汲取靈感和信息）

　　相比之下，中國人在“其他”可回收火箭技術路線上則穩紮穩打，這些路線所涉及的許多共性基礎技術，如熱防護材料、大氣高速再入、小翼展高速滑翔控制、火箭基/渦輪機組合循環動力裝置，中國人都已經有一些實用化的殺手鐧裝備亮相了，近日西安航天動力研究所甚至在世界上首次實現了火箭基組合動力的外場試飛，至於東風-17這樣的高超音速導彈，在美國軍界政界也引發了巨大的心理震撼。

　　（X-34，從可重複使用航天器先驅到垃圾場廢棄物）

　　按照目前在高超音速這一科技領域內中美俄三國的基礎和發展勢頭，儘管中國在部分可重用運載火箭這一領域需要埋頭追趕SPACEX，但在兩級可重用，組合動力重用這後續兩步上，完全有可能實現彎道超車，領先於美國人實現發射成本的跨越式進步。

　　（國內另一航天巨頭航天科工集團的兩級可重用水平起降發射載具）

　　05

　　蓄力已久的民營航天

　　長征八號作為低成本火箭技術的探路先鋒，前方的目標在哪裡呢？

　　早在2017年，也就是長征八號火箭立項之初，中國航天科技集團公司已經對外透露了我國商業航天發射的能力目標：每公斤有效載荷送入低地球軌道的價格約5000美元，發射準備周期一周；地球轉移軌道每公斤發射價格8000-10000美元；太陽同步軌道每千克發射價格5000-6000美元，發射準備周期10天，按照這個目標測算，主打太陽同步軌道任務的長征八號，單次發射報價大體會在2500-3000萬美元左右，這是一個非常有競爭力的價格，與以廉價著稱的印度極軌運載火箭PSLV相當，而運力則是PSLV的兩倍以上。

　　在航天科技集團等國有巨頭向商業航天邁出實質性步伐的同時，近年來大量湧現的國內民營航天企業積累和蓄力也即將迎來第一個爆發。

　　就在長征八號首飛的同時，位於浙江湖州的藍箭航天技術有限公司廠房內，中國民營航天的第一款大中型液體運載火箭——朱雀二號已經展開了一級動力系統集成試驗工作，預計來年朱雀二號就將進行首飛，作為民營航天的第一款液體動力火箭，朱雀二號箭體結構上借鑑了“國家隊”長征二號火箭的許多技術基礎，在繼承的基礎上更換全新研製的液氧甲烷動力。

　　（朱雀二號的系列化發展規劃）

　　儘管這個初啼的新生兒性能指標沒有什麼特別突出的地方，但正如SPACEX的第一款火箭獵鷹-1一樣，只要火箭從PPT變成了真東西，真的飛上了宇宙，就標誌着民營航天真正磨礪出了一隻能打硬仗的隊伍，這款“其貌不揚”的朱雀二號，由於大部分部件屬於成熟產品，在實現批量生產後有望將發射入軌成本降低到每公斤5000美元以下，而在新型動力系統得到檢驗後，將繼續快速迭代，組合出覆蓋各類運力需求的組合構型譜系，並且對箭體大幅動刀，沿着SPACEX業已探出的垂直回收重複使用技術路線發展，藍箭方面甚至表示，期望能將朱雀二號可回收版的發射成本，降到比獵鷹-9還低的水平。

　　（歐洲阿麗亞娜-6之後下一代型號的規劃，同步轉移軌道發射成本目標為5千美元每公斤）

　　06

　　空間應用浪潮

　　從目前各主要航天國家發展勢頭看，美國在低成本商業航天領域無疑處於領跑地位，而中國在第二梯隊中則處於前列，隨着長八，朱雀等國家或民間渠道低成本火箭的出現和成熟，中國有望在這一賽道上甩開其他競爭者，至少確保第二的排位，甚至與美國在航天低成本運力上一較長短。

　　之所以有這樣的信心，是因為單項技術上歐洲和日本或許有獨到之處，但低成本運載火箭只是商業航天圖景的其中一塊拼板，空間科學和應用的規模是另一個決定性因素，火箭再好，沒有東西可供發射，在國際市場上你死我活爭奪那點SPACEX漏下的殘羹剩飯，這樣的航天產業當然是無法維持的。

　　空間應用方面，中國恰恰有着巨大優勢，如果說歐洲日本俄國印度的火箭需要擔心怎麼招攬生意，填滿每年幾發火箭的閒置運力，那麼中國人則在擔憂國內火箭運力不夠，無法消化未來十年巨大的航天發射需求。

　　中國為什麼會有這麼大的航天發射需求？

　　首先，正如上文所述，未來面向對地遙感需求的太陽同步軌道發射任務將占據發射計劃的半壁江山，“高分”等對地遙感專項，只能說初步解決了對周邊地區偵察預警能力的有無問題，距離好用、耐用還有一定距離，重點地區的監測預警還有較大時間覆蓋漏洞，即便衛星觀察到的特定目標，完成整個星地通信，數據處理，跨部門交接，最後到達火箭軍等用戶部門單位，整個作業流程效率還較為局限。

　　未來面向國防等特殊需求的衛星，幾乎一定將出現成倍增長，在嚴酷的外部遏制壓力下，中國需要在太空偵察體系上儘快補課，補上乃至反超與美俄兩國在軌軍事資產存量的差距。

　　另外呢，在國民經濟中，對空間的需求也越來越大，馬斯克規模宏大的STARLINK互聯網星座已經開始大規模部署，而中國的類似巨型系統也已經醞釀多時，在我國《科技創新2030》規劃中安排的十五個重大專項中，就包括了天地一體化信息網絡，不僅想實現與星鏈類似的網絡通信服務，還有規劃基於對地觀測設備，實現城市管理的空前精細化和透明化。

　　至於美國人還沒有實質涉足的領域，中國人一樣在周密布局，在重慶璧山，中國首個空間太陽能電站實驗基地建設項目已經啟動，未來成百上千噸的太空發電站，對於發射運力的需求同樣饑渴。

　　07

　　太空紀元的臨界點

　　（我們不知道產業爆發的臨界點在哪裡，但無疑正加速接近它）

　　航天發射成本為什麼如此關鍵？

　　物流成本是理解人類文明史和政治史一個隱秘而重要的線索，中古時代的文明地理界限，往往取決於物質流與信息流能夠以什麼樣的成本傳送到什麼距離，從18世紀中後期英國對印度的征服，到19世紀中期對大清王朝的大規模遠征，大分化後的西方文明躍出其傳統地理邊界，向東投送力量，帶來三千年未有之大變局的過程，幾乎與同時期遠洋航海的物流成本下降同步。

　　第一次鴉片戰爭之前的半個世紀裡，英國到東方的單位船運成本下降了幾乎三分之二，使英國棉布和鴉片能夠以決定性的規模湧入中國市場，改寫了貿易平衡，激起大清朝廷對通貨外流的巨大焦慮，而海運成本的下降，也同樣使英國的大規模武力投送越過了成本效益的臨界點（TIPPING POINT）。

　　在此之前，英國人對大清官民充滿通商做生意的“單純和善意”，希望一個個攜帶珍奇禮品的使團能夠感動韃靼人皇帝，賜予英國人更大的通商便利，而在武力投送具備現實可能後，英國人對大清的觀感就發生了翻天覆地的變化，從1830年代英國社區中風靡一時的威力展示論調（用三四艘風帆護衛艦截斷兩廣到長江口海運），到1840年規模龐大的“懲罰性遠征”，英國人的政策隱隱然也與物流輸送成本有着同步變化。

　　航天發射成本，也就是向太空的“物流”成本，同樣隱隱有着逼近臨界點的兆頭。在跨過臨界點後，許多之前無法設想的空間利用形式，以及這些新形式所帶來的國家間力量變化，會不會也有重新打亂百年來秩序邊界，影響整個世界地緣權力再分配的可能？

　　至少美國人已經用行動做出了回答，2019年，特朗普在白宮親自授旗，成立了美國第五個軍種—太空軍，在太空軍的指導綱領中，赫然寫着要對地月行星間的所有空間實現監視乃至控制，並且排斥任何其他國家實現同樣的目標。

　　只要有一絲太空紀元“大分化”的現實可能性，中國就不可以在這場商業航天的大潮中掉隊，甚至必須分析向第一名的位置掙扎。

　　08

　　奔騰的後浪

　　每每回顧SPACEX發展史，都不能不讓人對美國雄厚的科技基礎印象深刻，哪怕NASA這樣曾經引領時代的機構已經完全官僚化，以分肥預算為己任，哪怕波音這樣的航天業巨頭已經墮落到只要合同撥款不斷，哪管項目生死成敗，但百足之蟲死而不僵，埃隆·馬斯克在莫哈維沙漠的航天極客里拉扯出來的SPACEX團隊，只要領導有方組織得當，仍然能拿出令人刮目相看的成績，大名鼎鼎的的默林發動機，甚至誕生於工程師湯姆·穆勒的自家車庫，純手工DIY作品。

　　即便是衣食無憂節奏“散漫”的藍色起源公司，其重型可回收運載火箭“新格倫”也已經整裝待發，在新一代火箭發動機、登月飛船等領域，以“烏龜”自居的藍色起源公司，也已經對美國整個航天產業開始發揮有力的帶動作用。

　　相比之下，中國建設航天強國的追趕之路則因為技術基礎的差距，顯得總有些跌跌撞撞，也總是擔心剛剛拉近某個領域的距離，懶散的美國人從故紙堆里翻出些東西一整合，又能立刻拉開差距。

　　這恐怕是在飛速崛起的中國，一整代中青年面對美國不可避免的深深自卑，畢竟在他們的青少年時代，美國還是那麼如日中天的國家，中美之間的國力差別大到喪失了嚴肅探討的意義，即便我們已經飛速追趕了上來，望其項背乃至與美國在一些領域並駕齊驅，但是，這種刻在院認知中的印記是難以改變的，不過，希望已經到來了。

　　今年8月，《北京青年報》報道了一位南京航空大學的00後大學生，在疫情期間自製火箭的新聞，全憑對航天的愛好，以及把這種愛好付諸實踐的行動力，這位叫劉上的年輕人靠自學點亮了機械設計、3D建模、固體燃料發動機、TVC矢量推力控制、飛控算法等技能，最終成功讓自己雙手創造的小火箭飛上天空並傘降回收，這不能不讓人想起《十月的天空》，想起片中描繪的五十年代美國小鎮少年，這些對太空對宇航懷着澎湃熱情的後生們，其後成為了美國航天黃金時代的伎倆。

　　如果你打開B站，搜索自製火箭，可以看到不少類似的航天愛好者，甚至是初中生，在鍥而不捨自製火箭，有的已經達到了相當高的水平。

　　如果說莫哈維沙漠裡的火箭老男孩們代表着美國冷戰年代硬核航天文化的落日餘暉，那麼這些00後乃至10後中國航天迷，則昭示着一個中國人的太空紀元曙光。