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深度解码SpaceX:发射成本、星舰进展和竞争格局

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上周Elon Musk在美国德州的SpaceX星城发表全员演讲,给出了人类成为星际文明的具体路径,非常振奋人心。

虽然马斯克和Tesla家喻户晓,但是其创办的SpaceX却是一家非常神秘的公司。

它没有上市,但它的估值已经达到1800亿美金,超过了美国历史上任何一次IPO。

如果把SpaceX和S&P 500的巨头放在一起,它仍然处于“力速双A”的第一象限。


由于SpaceX的部分业务涉及军工,其经营数据一直处于高度保密状态。

而在上周,Morgan Stanley发布了SpaceX的超级深度报告,对其进行了CT扫描式分析,披露了不少重要情报,是一份非常宝贵的研究资料。

下面我给大家解读一下这篇大报告。

SpaceX的核心Fact Sheet

首先给大家分享一组SpaceX的关键数据,让大家对这个神秘公司有个定量认知:

  • 2024年SpaceX预计收入可达130亿美金,同比增长54%,预计2035年可达1000亿美金

  • SpaceX目前已经处于盈利状态,具体利润规模未知

  • SpaceX的发射成本比竞争对手低5-10倍

  • 2023年,SpaceX平均每3天发射1枚火箭

  • 到24年底,SpaceX的卫星约占到全球所有运作中卫星总数的60%

  • Starlink目前拥有约260万名付费用户,每周增长约2.5万

  • Starlink的“in-situ”卫星通讯网络在俄乌战争中起到了决定性的作用

  • SpaceX是唯一一家将宇航员送入国际空间站(ISS)的私营发射承包商

  • SpaceX有大约1.3万名员工

  • 2023年12月,SpaceX的估值达到1800亿美金,23年夏季SpaceX的估值曾为1500亿美金,增长迅速

  • 根据SpaceX 25年预测收入,其估值约10x PS

SpaceX = Launch + Starlink

Elon Musk在2002年创办了SpaceX,旗下主要有两大业务板块:发射(Launch)与星链(Starlink)。

发射业务致力于将有效载荷送入太空轨道。通过可复用的火箭,SpaceX的发射成本比竞争对手低5-10倍,具备显著竞争优势。

基于自家强大的发射能力,SpaceX已将数千颗卫星送入太空轨道,构建了星链,向用户提供基于卫星互联网的通信服务。


星链是全球最大的卫星互联网,截止目前已包含5600颗运作中的低轨卫星,占全球卫星总数的60%以上。

星链的客户包括个人、企业、政府、军队,可以为船只、飞机、无人机等终端提供稳定的互联网通信支持。

时至今日,地球表面仍有90%的区域没有手机通信服务,全球仍有27亿人口无法访问互联网。SpaceX的星链服务未来有望成为全球通信的重要基础设施。

SpaceX盈利的关键:复用性

SpaceX为其商业及政府客户提供发射服务,帮助他们将载荷运输到太空中,比如将卫星送入轨道、将宇航员送上国际空间站、将军事设备部署到太空等。

SpaceX发射业务的定价取决于载荷重量以及运输距离,平均下来每次发射的定价约为6200万美金


复用性(Re-Usability)是让SpaceX的发射业务盈利的关键。

根据SpaceX官方的描述,相比那些在重返大气层时燃烧殆尽的传统火箭而言,具备复用性的运载火箭可以将太空旅行的成本降低100倍。


2015年,SpaceX首次在火箭回收方面取得了重大成功,当时Falcon 9的第一级成功在地面着陆。迄今为止的315次发射中,Falcon 9共完成了260次重复发射,充分体现了复用能力的经济价值。


Falcon 9只有第一级可以回收再利用。为了提升运载效率和重复利用率,SpaceX正在设计研发星舰(Starship),以实现运载火箭第一级+第二级的完全重复利用。

为了让运载火箭具备复用性,SpaceX运用了以下重要技术:

(1)着陆腿(Landing Legs):Falcon 9第一级使用了四条碳纤维着陆腿,在接近地面时展开。

(2)网格鳍(Grid Fins):网格鳍此前主要用于军事导弹。Falcon 9第一级在大气中下降时,网格鳍能够有效控制推力矢量,从而实现精确着陆。

(3)可重启动的点火系统(Restartable Ignition Systems):Falcon 9的第一级可以重新点燃9个Merlin引擎,以便在重返大气层和着陆期间进行减速和重定向。

(4)无人船(Autonomous Spaceport Droneships):如果运载火箭在下降过程中偏离了目标着陆点,它可以选择降落在海面的无人船上。每艘无人船可以通过星链进行通信,确保其处于精确的对接位置。

SpaceX目前拥有3艘无人船,它们各自都有一个有趣的名字:

  • 无人船1号的名字是“当然我仍然爱你”(Of Course I Still Love You)

  • 无人船2号的名字是“只需阅读说明”(Just Read the Instructions)

  • 无人船3号的名字是“重力不足”(A Shortfall of Gravitas)

主力运载机型:Falcon 9与Falcon Heavy

SpaceX目前有两款在运营中的运载火箭型号:Falcon 9以及Falcon Heavy。

Falcon 9是一个可部分复用、中等推力的两阶段运载火箭,从2010年开始服役至今,是SpaceX的主力火箭型号。名称中带有“9”,是因为其配备了9个Merlin引擎,能提供超过170万磅的推力。

Falcon 9的第一级被称为助推器(Booster),推动运载火箭进入太空,随后与第二级分离。将有效载荷送入轨道后,第二级在重返大气层的过程中燃烧殆尽,而第一级能够顺利着陆并重复利用。

Falcon 9的有效载荷为22.8吨,目前已经累计完成了超过300次发射任务,占到SpaceX总发射任务的95%以上。

Falcon 9有着极高的发射成功率,在服役期间仅有2次发射失败记录,上一次发射失败还是在2016年,总成功率超过99%,是人类历史上可靠性最高的运载火箭。

Falcon Heavy是一个可部分复用,具备超强推力的两阶段运载火箭,从2018年开始服役至今。

Falcon Heavy有着3个Falcon 9引擎核心,即27个Merlin引擎,能产生500万磅的推动力,总有效载荷63.8吨,约为Falcon 9的三倍。

尽管Falcon Heavy性能强大,截至目前它只发射了9次。Falcon Heavy的发射中约有一半需求来自美国军方,包括X-37间谍机等,这是因为军事载荷体积较大,更适合大型运载火箭。

星舰Starship:人类有史以来最强的运载火箭

接下来我们重点讲讲SpaceX的星舰Starship。

星舰(Starship)是一种完全可复用的两级超重型运载火箭,能够产生超过1600万磅的推力,是Falcon 9的10倍,是NASA太空发射系统火箭的2倍。

Starship高约400英尺,能够支持100-150吨的有效载荷,差不多是Falcon 9的4倍以上。

Starship目前仍处于测试阶段。一旦投入使用,它将是人类有史以来最强大的运载火箭。

到目前为止,Starship已经进行过3次测试,每次测试都取得了里程碑式的进展。最近的一次测试发生在2024年3月14日,Starship在热分级、有效载荷舱门测试、推进剂转移、一级回收等重要领域取得了重要突破,未来可期。

星舰由两部分组成:超重型助推器(Super Heavy Booster)、星舰上层(Starship Upper Stage)。二者结合起来,形成了完整的(或者说“集成的”)星舰。

超重型助推器是第一级,包含33个猛禽发动机(Raptor Engine),其中13个位于中心,20个位于周边。

星舰上层是第二级,包含3个针对海平面优化的Raptor 2引擎和3个针对太空环境优化的Raptor Vacuum引擎。

在发射过程中,超重型助推器提供升空时所需的动力。一旦超重型助推器的燃料耗尽,它就会从星舰上层分离并返回地球。

这时星舰上层(第二级)会抛弃超重型助推器(第一级)并点燃自己的发动机将自身推入轨道,继续行驶并将有效载荷运送到目的地,最后返回地球并降落在地面上。

随着未来星舰正式投入使用,SpaceX能够把更大规模的Starlink V2卫星送入近地轨道,并实现第二代星链的部署。

除此之外,星舰还有潜力让SpaceX提供地对地高速旅行的商业服务,以及推进人类对月球及火星的探索。

SpaceX还在开发一种专门用来给其他星舰加油的星舰,让星舰在出发去火星之前,能够在近地轨道(LEO)加满油再出发。

可以说,星舰承载了马斯克星际探索的梦想和决心。


发射频率节节攀升,美国政府是最大客户

2018年时,SpaceX平均每月进行2次发射。目前SpaceX每个月进行10 次发射,即每周约2次。2024年3月的第一周,SpaceX在24小时内进行了3次单独发射,发射频率节节攀升。


随着SpaceX的发射频率越来越高,它还希望能够扩大每次发射运载的有效载荷。随着未来Starship投入正式运营,单次发射任务的有效载荷能够从现在Falcon 9的22.8吨提升至100-150吨。


SpaceX的发射业务主要服务三类对象:商业客户、政府客户、以及SpaceX自己的星链业务。

迄今为止,SpaceX所有发射任务中有46%都是在为建设自家的星链而发射卫星,这个占比未来还将继续提升。

SpaceX的商业客户包括SES、Eutelsat、EchoStar、Inmarsat、Intelsat、Telesat等,占SpaceX发射总量的28%,这些商业发射任务主要是把卫星送入轨道。有趣的是,SpaceX也为其竞争对手提供发射服务。

SpaceX发射业务最大的客户是美国政府,包括NASA, Space Force, Air Force等,约有21%的发射任务涉及美国政府的载荷,包括国际空间站 (ISS) 补给任务(~9%)和国际空间站机组人员运输(~3%)。


2023年,SpaceX通过Falcon 9和Falcon Heavy共计完成了96次发射任务,并且没有一次失败。其中有63次是将Starlink卫星送入轨道,27次是将第三方的卫星送入轨道,另外有5次是为美国政府服务,其中包括3次为国际空间站运输补给品、2次运送机组人员到国际空间站、1次运输X-37B间谍机。

强大的动力引擎:从Merlin到Raptor

星舰的第一级和第二级都用到了Raptor猛禽引擎,其推力是上一代Merlin引擎的2倍。

Merlin引擎使用精炼煤油作为燃料,Raptor引擎则使用低温液态甲烷 + 液氧的混合物作为燃料。

Raptor引擎于2014年开始研发,并于2023年4月正式开始使用。

Raptor Vacuum引擎 (RVAC) 是Raptor的变体,具有更大的排气区域和膨胀喷嘴,为太空环境中的星舰提供动力。

几年以来,Raptor引擎进行了多轮迭代。SpaceX于2022年发布了Raptor 2,并于2023年发布了Raptor 3。每次迭代都对引擎的主要部件进行了简化,降低重量并提升推力,很符合马斯克的第一性原理。

Raptor 3的重量约为1400公斤,与初始的Raptor 1的2000公斤相比,减少了30%,推动力从185吨提升到了269吨。

主要竞争对手:贝索斯的Blue Origin

在运载火箭发射领域,SpaceX具备压倒性的竞争优势,目前其主要竞争对手是Blue Origin。


Blue Origin(蓝色起源)是由Amazon的创始人Jeff Bezos在2000年创立的,总部位于华盛顿州肯特郡。

Blue Origin完全由Bezos本人出资。据Ars Technica估计,Bezos已投资100-200亿美元。

Blue Origin目前有两种运载火箭型号:New Shepard,New Glenn。

New Shepard是一种亚轨道、可复用、可载人的运载火箭,既可以用作太空旅游,也可以运输有效载荷。其名称源于第一位进入太空的美国宇航员Alan Shepard。

New Shepard从2010年正式开始研发,并于2015年开始测试。自2015年以来,New Shepard已经完成了24次亚轨道飞行,其中有6次是载人任务。

在2022年9月的一次发射任务中,New Shepard的发动机喷嘴出现结构性故障,导致发射失败。

New Glenn是Blue Origin正在开发的一款重型推力、可复用、可载人的运载火箭。凭借7米长的整流罩,它能够向近地轨道(LEO)运载高达45吨的有效载荷。作为对比参考,这个数字对于SpaceX的Falcon 9而言是22.8吨,对于Space的星舰而言是100-150吨。

New Glenn也是一款两级火箭,第一级由7台BE-4引擎提供动力,其使用液氧和液化天然气作为燃料。

Blue Origin表示New Glenn将于24年下半年进行首次发射,将NASA的研究机器人运送到火星。


除了Blue Origin之外,其他潜在竞争对手包括Arianespace,Rocket Lab,United Launch Alliance (ULA)等。

以上我们对SpaceX的发射板块进行了全面解读。

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