运载火箭的水平代表着自主进入空间和利用空间的能力。近年来，在发射市场需求旺盛和航班化运输理念兴起的影响下，世界主要航天大国均越来越重视和推动降低进入空间成本的研究。特别是美国通过培育、扶持太空探索技术（SpaceX）公司，在国际商业市场和媒体上以极低的价格抛出了“猎鹰”9运载火箭，从而引起行业内外的广泛关注。新时期，我国也在对如何统筹好航天产品的技术、经济和质量进行了深入研究，在确保产品质量和可靠性的同时，对运载火箭的高效益、低成本和可持续发展等提出了更高要求。在此背景下，有必要分析梳理国内外运载火箭研制及发射服务价格的客观、准确情况。
本文通过调研国内外运载火箭当前阶段的发射服务价格，并以单位载荷发射服务价格为参考标准，按照轨道类型对比分析了我国现役运载火箭与国外主流运载火箭的发射服务价格水平，结合当前国际发射服务市场的发展趋势，提出了后续工作的改进方向，为我国运载火箭领域未来发展提供参考。
一、国外火箭情况
长期以来，一次性运载火箭由于具有不可回收、小批量生产、风险高等特点，发射服务价格水平始终较高。一般将运载火箭单位载荷发射服务价格作为表征运载火箭性价比的首选指标，该指标由发射服务价格除以运载火箭的运载能力得出。以“宇宙神”5、“阿里安”5、“联盟”2等为代表的传统一次性运载火箭高、低轨任务的发射服务价格水平分别在8万元/千克和5万元/千克以上（按2021年美元兑换人民币的平均汇率1：6.45计算）。近年来，美国“猎鹰”系列火箭通过重复使用技术的成熟应用，大幅降低了发射服务价格水平，抢占了国际商业市场的大部分任务份额。
（一）美国
美国实施一次性运载火箭和可重复使用运载火箭并行的发展策略，构建了较为完整的运载火箭型谱，具有发射方式多样、进入空间能力覆盖全面的显著特点。美国现役主力火箭运载能力可覆盖低轨（LEO）63.8t、地球同步转移轨道（GTO）26.7t。继“土星”5和航天飞机之后，下一代主力重型运载火箭“航天发射系统”（SLS）的研制已接近尾声，其最大构型LEO运载能力可达130t。在可重复使用领域，美国处于主导地位，“猎鹰”9运载火箭已实现常态化可重复使用，极大提高了进入空间的效率和效益。
图1 美国“宇宙神”5运载火箭
1.一次性运载火箭
目前，美国主力一次性运载火箭主要有“宇宙神”5和“德尔他”4两个系列。“宇宙神”5系列由洛马公司负责研制，采用通用化的设计模块，通过捆绑不同数量、不同类型的助推器，可实现GTO运载能力8.9t。“德尔他”4系列是由波音公司负责研制的全氢氧动力火箭，通用芯级捆绑构型的“德尔他”4H火箭可实现LEO运载能力28t、GTO运载能力14t，在大型运载火箭发射服务市场上占主要份额。
“宇宙神”5、“德尔他”4H火箭执行LEO轨道单位载荷发射价格分别约合人民币5.6万元/千克和8万元/千克，执行GTO轨道单位载荷发射服务价格分别约合人民币12万元/千克和16万元/千克。
2.可重复使用运载火箭
“猎鹰”9火箭是美国近年来发射频度最高的运载火箭，也是全球唯一常态化重复使用的运载火箭，各项数据不断刷新纪录。2021年实现了单一型号年度31次发射，入轨载荷总重345t，占全球发射质量的53%，平均单次发射载荷质量11.13t。“猎鹰”9火箭一级回收成为常态，发射成功回收已超100次，其中有3枚一级箭体复用次数更是达到了13次。
“猎鹰”9火箭凭借重复使用技术有效降低了进入空间成本，增强了其在发射服务市场定价的话语权，LEO轨道和GTO轨道发射服务公开报价约合人民币2.6万元/千克和7.8万元/千克，均低于美国同等能力一次性运载火箭。调研同时发现，其承担的军方和政府的项目平均价格比官网报价高约30%以上，这也反映出军方和政府对SpaceX公司的潜在支持。
（二）欧洲
欧洲运载火箭一直坚持固液并存的发展方向，整体构型较为精简，目前还在服役的主要有“阿里安”5和“织女星”两型运载火箭。“阿里安”5火箭LEO运载能力为21t、GTO运载能力为10.5t；“织女星”火箭主要执行太阳同步轨道（SSO）发射任务，500km高的SSO轨道运载能力2.2t。“阿里安”5火箭一直都是商业通信卫星发射市场的常客，凭借精准市场定位、较高的发射成功率和可靠性占据了较大的市场份额，高轨发射服务公开报价约合人民币8.4万元/千克，相比“猎鹰”9火箭仍有差距。
图2 欧洲“阿里安”5运载火箭
（三）俄罗斯
俄罗斯运载火箭以液体构型为主，延续其传统优势，重点发展基于液氧煤油动力的技术方向。主力火箭一直是“联盟”系列和“质子”系列两条主线。“联盟”火箭LEO运载能力为8.2t、GTO运载能力为3.25t；“质子”火箭主要执行GTO任务，运载能力为6.27t。“质子”火箭曾一度占据国际商业发射市场半数份额，但近年来由于连续出现失利，成功率走低，虽然高轨单位发射服务价格低至6.7万元/千克，但因可靠性差难以得到市场认可；“联盟”火箭高、低轨发射服务价格都比较高，分别约合人民币16万元/千克和6.3万元/千克，目前主要以执行载人飞船任务为主。
表1 国外主流运载火箭发射服务价格汇总表
注：本表格数据来源于中国长城工业集团有限公司和北京航天长征科技信息研究所，此外均选取各自火箭对应其发射场的最大运载能力进行分析。
二、我国火箭现状
（一）总体水平
我国运载火箭经过了60多年的发展，从常温推进到低温推进、从串联到捆绑、从近地到深空，构建了以“长征”系列运载火箭为主的型谱，为我国带来巨大的社会效益及战略支撑作用，奠定了我国航天大国地位。
我国运载火箭经历了三代发展：基于弹道导弹技术研制的第一代火箭现已退役；自20世纪90年代以来，采用常规推进剂的第二代运载火箭一直活跃在军、民、商发射市场，同时为我国载人航天、探月、“北斗”等多个重大工程的顺利实施贡献了重要力量；近年来，按照型谱发展规划，以提升效能、绿色环保为主要特征的第三代运载火箭先后完成研制，并陆续进入应用发射阶段，目前与第二代运载火箭共同作为我国实现进入空间能力的主力军，支撑着新时期航天事业的发展。
第二代运载火箭包括“长征”二号C、“长征”二号D、“长征”二号F、“长征”三号A系列、“长征”四号B、“长征”四号C等常规型号。“长征”二号F火箭主要执行载人航天任务，“长征”三号A系列火箭主要执行高轨任务，其他火箭主要执行低轨任务。LEO最大运载能力为8.6t，GTO最大运载能力为5.5t。
第三代运载火箭包括“长征”五号系列、“长征”六号、“长征”七号系列、“长征”八号、“长征”十一号等新一代型号。新一代运载火箭采用无毒无污染推进剂，性能更优、可靠性更高，发展了液氧煤油发动机及较上一代更大推力的氢氧发动机，将芯级箭体直径从传统的3.35m增大到5m、助推器直径由2.25m增大到3.35m，将LEO运载能力提高到25t、GTO运载能力提高到14t。
20世纪末至21世纪初，我国第二代“长征”火箭在国际市场上凭借运载能力和价格的优势赢得了以“铱”星、“亚太卫星”等为代表的多个订单。近年来，随着第三代“长征”火箭批产能力和模块化水平的不断提高，经济性将进一步提升，未来仍具备较高的国际市场竞争力。
（二）“长征”火箭与国外火箭价格对比分析
1.分析边界条件
运载火箭发射服务价格：国外运载火箭的发射服务价格是指火箭的发射服务合同价格，比如美国航空航天局（NASA）的发射服务合同包括发射服务、载荷处理、星箭对接、特殊任务支持四部分；国内“长征”系列运载火箭的发射服务价格为运载火箭价格与发射测控费用之和，其中运载火箭价格与NASA发射服务合同中发射服务（除发射场支持）、星箭对接和特殊任务支持三个部分的内容相对应，发射测控费用则对应了NASA发射服务合同中发射场支持和载荷处理这两部分的内容。因此，国外主力运载火箭的发射服务价格与国内“长征”系列运载火箭的发射服务价格内涵一致，具有对比分析的基础。
单位载荷发射价格：一般将发射服务价格除以运载火箭的运载能力，得到运载火箭单位载荷发射价格。各型一次性运载火箭按照平均合同价格进行测算，运载能力按照满载最大运载能力进行测算；“猎鹰”9火箭运载能力按照重复使用状态最大运载能力进行测算，发射服务价格以SpaceX公司官网报价为主。
对比轨道选择：按照国际惯例，一般以LEO和GTO轨道作为标称轨道表征运载火箭性能；SSO轨道作为一种特殊的LEO轨道，其对应的运载能力一般不独立体现，我国“长征”四号火箭主要专用于SSO轨道任务，未纳入对比分析范畴。
汇率：美元与人民币汇率按照1:6.45换算（2021年平均汇率水平）。
2.低轨任务分析
主要结论：“长征”系列火箭执行低轨任务整体发射服务价格水平与“猎鹰”9火箭相当，低于其他主流一次性运载火箭。
（1）“长征”二号C/D、“猎鹰”9、“长征”五号B、“长征”七号、“长征”八号等火箭处于第一梯队；“宇宙神”5、“联盟”2、“德尔他”4H火箭处于第二梯队，单位载荷发射服务价格均高于5万元/千克。
（2）“猎鹰”9火箭为两级串联全液氧煤油火箭，二级发动机推力较大的优势可以得到发挥，适于低轨发射任务；而我国第三代火箭末级发动机推力较低，执行低轨任务在性价比上略低于“猎鹰”9运载火箭。
3.高轨任务分析
主要结论：“长征”系列火箭执行高轨任务发射服务价格整体低于国外运载火箭。
（1）“长征”三号B、“长征”五号等火箭处于第一梯队；“质子”M、“猎鹰”重型、“猎鹰”9、“阿里安”5火箭处于第二梯队，单位载荷发射服务价格6万~10万元/千克；“宇宙神”5、“联盟”2、“德尔他”4H火箭处于第三梯队，单位载荷发射服务价格12万~16万元/千克。
（2）执行高轨发射任务需要达到较高的速度增量，必须采用高比冲推进剂获得更高运载效率。“猎鹰”9火箭采用全液氧煤油推进剂，与我国“长征”三号B、“长征”五号等末级采用高比冲氢氧动力的运载火箭相比，发射高轨任务的优势相对较小，单位载荷发射服务价格较高。
（三）小结
调研结果表明，我国“长征”系列运载火箭当前发射服务价格水平远低于国外主流一次性运载火箭。与SpaceX公司的“猎鹰”系列火箭比较，“长征”火箭原有价格优势逐渐被削弱，但当前“长征”火箭在发射市场的价格水平仍具备一定的优势或与其相当。
三、思考与启示
一是国外发射服务价格整体往下走但幅度有限。受“猎鹰”9火箭重复使用后成本及价格降低的影响，国外其他主流火箭的发射服务价格也随之降低。但主流的一次性火箭由于自身产品特点和研制产业属性，决定了其发射服务价格的下降空间有限。
二是通过重复使用技术有效降低发射成本已逐渐成为各航天大国的普遍共识。SpaceX公司的成功实践表明，火箭可重复使用是降低成本最有效的技术途径。目前，各航天大国开始加快或即将完成具有重复使用特征的运载火箭甚至重型运载火箭的研制，支撑本国航天活动向更大规模、更高频次、更远距离发展。我国运载火箭重复使用技术尚处于攻关研制阶段，距离工程化应用仍有较大差距，需尽快加大攻关力度和投入，加快突破以动力、控制等为代表的关键技术，推进重复使用的工程化应用，支撑我国未来参与国际市场竞争和航天强国建设。
图3 “长征”五号运载火箭
三是不断提升运载能力是拓展利用空间的重要基础。与美国相比，我国运载火箭的最大运载能力还存在较大差距。目前，我国重型运载火箭关键技术攻关和方案深化论证工作已完成，需加快推进工程立项和研制进程，早日实现100吨级运载能力，大幅增强我国进入空间和利用空间的能力。
四是通过现役运载火箭效率效益提升工作，更好地满足新时期发射服务市场的新要求。我国现役运载火箭在相当长一段时间内仍是进入空间的主力，要持续开展性能和可靠性提升、测试流程优化、产品状态统型等工作，提高批量化生产效率，降低发射成本，稳步实现现役运载火箭效率和效益的双提升，为各类航天器提供更高质量的发射服务。
本文刊载于《中国航天》2022年8期
中国航天科技集团有限公司：乔夏君 商显扬 罗恒 马昆。
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本文转载自“中国航天”，原标题《国内外运载火箭发射服务价格分析及启示》。
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