SpaceX如何降低火箭发射价格

最近，埃隆·马斯克（Elon Musk）直言不讳地表示，SpaceX的发射比波音/洛克希德的服务便宜得多，您可以为此制造一颗人造卫星。

2014年，审计办公室发布了一份报告，评估了美国空军发射秘密卫星的计划的成本，这些计划是由ULA独家发射的。 由于定价缺乏透明度，因此很难将价格标签与SpaceX的报价相匹配。

无论发射的是哪种火箭，政府都会向ULA支付固定金额的费用-无论是Atlas V，Delta IV还是Delta IV Heavy。 此外，还有一项EELV发射能力（ELC）合同，根据该合同，ULA每年将获得8.6亿美元，即使没有发射也可以进入太空。 此外，ULA还获得了总计50亿美元的其他费用，这些费用与用于生产火箭的设备有关。

当SpaceX开始为国家安全而发起的有效载荷发射之战时，ULA的垄断结束了。 根据国家情报局的命令，今年5月以NROL-76秘密卫星的形式进行了首次发射。 政府表示，与ULA直接比较，发射SpaceX的成本大大降低。

例如，在14个月前，美国空军与SpaceX签署了一份价值8300万美元的合同，以发射GPS 3卫星，并于2017年3月赢得了另一份合同，以发射另一颗价值9650万美元的GPS 3卫星。 这是政府将支付的全部发射费用，无法与单次发射的4.22亿美元相比，后者是空军2020年预算中规定的。

竞争对手会回答什么？

接下来，我们将研究发射成本如何变化，以及猎鹰9号竞争者之间的变化，发射服务市场的参与者将采取哪些步骤，以免在阳光下失去自己的位置。

蓝色起源

PH新格伦。 资料来源：蓝色起源

该公司创始人Jeff Bezos的目标绝不是从发射商业卫星中获利，而是要为千百万人提供在太空中生活和工作的机会，他也没有雄心勃勃地发射政府和军事卫星，只打算为新的运载火箭提供BE-4发动机（ PH）ULA火神。 由液氧和液化天然气混合气驱动的BE-4火箭发动机于2011年开始研发，已投入超过10亿美元的开发费用，应ULA的要求，BE-4推力已提高到550tf。

计划在新的Blue Origin New Glenn火箭的第一阶段中使用相同的发动机，并且首次发射将在2020年之前进行。NewGlenn（NG）的发射价格尚不清楚，但可以预计成本与Falcon 9相当，运载能力为13吨进入地球过渡轨道（GPO）。

考虑到新谢泼德垂直起飞和着陆系统的亚轨道发射经验，当同一阶段发射5次而没有重大修改时，这种经验将使NG首次发射后几年内可以进行第一阶段的着陆。

ULA

火神助推器。 资料来源：ULA

政府和商业负载的发射价格有很大不同。 面具在听证会上的压力很大，建议禁止在俄罗斯的RD-180上驾驶Atlas 5 LV，而放弃完全无利可图的Delta IV，这得到了回报。 他们决定放弃引擎，并投入大量资金来制造替换引擎。 当在AR1和BE-4之间为其新的Vulcan LV选择发动机时，ULA倾向于第二种。 AR1在开发方面落后了数年，并不意味着可重复使用，并且开发公司主要依靠公共资金，这与私人BE-4不同。

一级SMART发动机的抢救计划。 资料来源：ULA

ULA引入了节省一级引擎和SMART航空电子设备（敏感，模块化，自主返回技术）的概念。 在第一级和第二级分离之后，发动机与加速器分离。 揭示了一种可充气的保护装置，这有助于减缓发动机缸体在超音速以下的下落，然后，被降落伞的缸体由直升机在空中保存。

在不增加发布频率的情况下，该公司看不到可重用性方面的便利。 总节省额将高达30％，但是技术开发将需要大量资金。 ULA将朝这个方向前进，但首次试飞将在2024年之前进行。

由于围绕发射价格的炒作，ULA创建了Atlas 5火箭设计者网站robotbuilder.com 。 据说，一枚轻型火箭的造价为1.09亿美元，最重的有五个加速器，能够为GPO带来8856公斤，1.57亿美元的收入，间接地，从2010年开始，在52次发射中，自2010年以来只有4枚是商业化的。 ULA首席执行官托里·布鲁诺（Tori Bruno）强调说，在短短几年内，最低价格已从1.91亿美元降低到1.09亿美元。

欧洲航天局（ESA）

阿丽亚娜6号运载火箭资料来源：空中客车公司赛峰运载火箭（ASL）

欧洲航天局目前正在发射Vega和Ariane 5运载火箭，其组成部分在整个欧盟国家中生产，并得到了慷慨的补贴。 同时，阿丽亚娜5号的商业发射成本为180-2.4亿美元，但一次发射2颗重卫星（总计10吨），因此市场需求很大。

作为现有Ariane 5的继任者，Ariane 6的设计于2012年提出，计划于2020年首次发射。最初，该设计在第一阶段包括3个固体燃料助推器，在第二阶段包括一个向GPO输出6,500千克的固体燃料助推器。 该开发项目由欧空局赞助（该项目价值40亿欧元-现在减少到24亿欧元），Airbas赛峰发射器（ASL）被选为主要承包商。 随后，由于SpaceX的扩展（直接竞争商业发射），该设计进行了修改，以提高成本效益。 最终设计涉及2个版本：Ariane A62和Ariane A64 c，带有两个和四个固体燃料助推器。 GPO的价格和有效载荷分别为5000公斤（7500万欧元）和10500公斤（9000万欧元）。 由于生产重组，人员数量从8,000人减少了30％，使用了3D打印并放弃了垂直组装，因此应降低启动成本。 火箭将在Le Mirabeau上水平组装，然后运到法属圭亚那进行加速器和有效载荷的整合。 计划在2023年之前输入每年11-12次发射的时间表。

ESA已分配了第一笔8000万欧元的资金，用于制造由甲烷+液氧燃料对驱动的新型Prometeus可重复使用火箭发动机。 一台发动机的成本将为100万欧元-仅是阿丽亚娜5型第一阶段Vulain2氢能发动机的十分之一。燃烧测试将于2020年开始，并于2030年进行首飞。

罗斯科莫斯

为了保持竞争优势，“质子”的价格已根据市场情况而变化。 因此在2014年，成本为1.15亿美元，现在减少到7000万美元，因为固定价格为6250万美元的Falcon 9。

尽管Proton会一直飞行到2025年，但还是决定在2020年之前制造更便宜的Proton Medium和Proton Light。 决定扩大第一和第三阶段的坦克，并完全摆脱第二阶段。 结果，GPO上的有效载荷将与Falcon 9相当。 Khrunicheva认为，与Proton-M LV相比，火箭的成本可以降低25％，这将使发射成本接近50-5500万美元。

修改“质子”的比较。 资料来源：ILS

在与YuzhMash的关系破裂之后，Zenit中型运载火箭的重量是同类产品中价格最低的，而且也许是受Elon Musk的启发而开发的，这是Phoenix开发和开发项目的一部分。 新的Soyuz-5运载火箭，又名Sunkar，将在拜科努尔和海上发射浮动平台上使用Zenit发射台。 根据Roscosmos的文件，Sunkar的飞行测试应该在2024年开始。 并且已经计划在2025年开始Sunkara的商业运营。 在接受采访时，埃隆·马斯克（Elon Musk）说，猎鹰9号（译为“猎鹰”）之后他最喜欢的火箭是“天顶”。 Sunkar从哈萨克语翻译为“猎鹰”。 巧合吗？

可重用的系统呢？ LV“ Rossiyanka”于2007年推出。该项目的一个特点是第一阶段的返回和着陆，并重复使用标准发动机。 GRC他们。 Makeeva作为主要表演者，将制造具有可重复使用的第一阶段的超轻型运载火箭的演示器。 计划根据TsNIIMASH的职责范围在2016年进行这项工作。

2011年12月12日GRTS他们。 Makeeva在Roscosmos竞赛中推出了Rossiyanka运载火箭，以开发第一阶段的可重复使用的火箭和太空系统（MRKS）。 但是，根据比赛结果，GKNPC收到了开发MRSK的订单 赫鲁尼切娃（Khrunicheva）与“贝加尔—安加拉（Baikal-Angara）”项目合作。
演示器未制造。 计划通过可重复使用的第一步对运载火箭进行设计和探索性研究。 结果将是制定技术提案和概念草案，以发展俄罗斯撤军设施系统，直至2035年。

氢氧发动机RD0162D2A。 资料来源：俄罗斯国家石油公司

作为同一MRKS计划的一部分，沃罗涅日化学工程设计局正在开发推力为85吨的RD0162D2A氢氧发动机。 2016年宣布了8亿卢布。 该合同的设计期限为3年，可以连续使用。 将来，将为MRKS生产最大200吨推力的中飞发动机。 同年12月，是成功的测试引擎演示者。 进行了10次发动机启动。

Jaxa

当前和未来的日本运载火箭。 资料来源：JAXA

2014年，日本航天局（JAXA）与三菱重工（MHI）签署了一项合同，用于制造新一代H-3运载火箭，该运载火箭将于2020年首次发射，该运载火箭包括2个氢氧阶段和最多4个固体推进剂助推器。 在第一阶段，根据配置，将安装2或3台LE-9发动机，每个发动机的推力为1470 kN，比冲击力为426秒。 GPO的最大有效载荷将为6.5吨，最轻的配置旨在将4吨重物运送到太阳同步轨道，2015年估计成本为50亿日元（4400万美元）。

此外，与目前的H-2A运载工具相比，为了将发射成本降低一半，已经进行了三年的工作，同时每年发射次数增加了一倍，达到每年8次。 新的发射槽将集中在使用商业卫星的发射上。 第一次商业发射是在2015年11月，当时H2-A将加拿大电信卫星Telstar 12 Vantage送入了轨道。 计划在2018年和2020年再发射2次。

RVT飞行中。 资料来源：ISAS

值得注意的是，从1998年到2003年，JAXA进行了可重复使用的垂直起降系统的研究，这是日本北部野代空火箭试验中心的太空与航天科学研究所（ISAS）的可重复使用车辆测试（RVT）项目的一部分。 为地面和飞行测试构建了4个测试样本。 样品得到了许多改进：空气动力学壳体，使用氮气的位置监控系统，用于存储氢气和氧气的复合储罐，GPS导航系统以及在飞行中重启发动机的能力。 在飞行中，飞机达到了42米的高度，着陆精度为5厘米，因此建议将所有研发成果应用到下一代飞机上，这可以将100公斤的有效载荷带到100公里的高度。 尽管技术前景广阔，但该项目还是关闭了。 尽管现在它比以往任何时候都更加重要，但没有关于JAXA是复制SpaceX方法还是提高其旧成就的信息。

总结

SpaceX对手的反应有些迟来，这可以用航天工业的保守主义来解释。 到2020年至2021年，许多决定将会实现：这是Proton Light，Vulcan（ULA），New Glenn（蓝色起源）和Ariane 6（Arianespace）。 它将是更具成本效益的媒体，但SpaceX不会闲置。 该公司今年进行了10次发布，并计划再进行12次发布，并计划在2019年发布52次发布，这是不可思议的数字。 该指南是领导层设定的很高的水平，通常是无法实现的，但是他们的信心可以得到解释：到年底，Falcon 9 Block 5将会飞行，其设计目的是使第一阶段能够以最少的维护启动10次，而无需更换基本组件。 同样在2018年，他们承诺将节省整流罩，其成本估计为5-6百万美元。使用过的第一阶段的第一次重启已经花费了建造一个新整流罩的一半的费用，虽然不是运载火箭的成本脱颖而出，但是它的可用性开始加载。 即使仅重新启动第一阶段，可用航母的船队仍增加了2倍。 现在，SpaceX的发射清单中有50多个订单，竞争对手已经计划了未来2-3年的所有计划-现在发生的事情只会在几年后产生后果。 但是现在我们可以说，在没有发生事故的情况下，猎鹰9号（SpaceX）将占领商业发射的大部分市场。

UPD：在各种运载工具的显示的质量和价格上添加了摘要表。
感谢表@ voyager-1 。

现有火箭：

计划：