“搭乘”一趟火箭,要花多少钱?
2024-01-15 15:12

“搭乘”一趟火箭,要花多少钱?

本文来自微信公众号:理念世界的影子(ID:spaceodyssey1968),作者:洞穴之外,原文标题:《洞穴之外|运载火箭价格理论研究》,题图来自:视觉中国

文章摘要
本文通过对火箭价格的研究,提出了火箭价格与运载能力的关系,并探讨了火箭行业的商业本质和技术先进性。同时,分析了火箭价格模型和火箭成本与换算价格的关系。

• 💰 运载能力提升一倍,火箭价格打八折的规律存在,并可以推导出火箭价格与运载能力的关系。

• 💼 火箭售价与理论价格的关系揭示了火箭行业的商业本质和竞争力。

• 🚀 火箭的运载系数越大,技术越先进,而火箭的重复使用将进一步降低价格系数。

最近发现一件有意思的事情,因此系统地梳理了一下。


曾统计过,运载能力提升一倍,单价打八折。



当时有人告诉我,其它行业也有这个规律。



一查有个莱特定律:产能提升一倍,单价打八折,因此后来文章就用了两个八折理论。



都说任何事情都有其根源,这个是必然的吗?思考了一下两个八折的确是有机联系的。


对于特定规模发射量,可以采用大运力少数次发射,或小运力多次发射实现(当然前提是单颗星打得动)。多次发射相当于提高了火箭产能,由莱特定律推导出火箭单价只有达到八折定律,在统计意义上才是经济的。一般而言,大火箭由于摊薄了固定部分成本,单价会便宜,那逻辑上是不是小火箭就没有前途了呢?显然不是,国内外还有那么多小火箭在飞。因为八折定律在起作用,如果不满足八折定律,小火箭加足马力像下饺子一样,价格一样能下来,而八折区间正好是大小火箭的平衡点。


因为八折是  ,再乘以重量本身,得到火箭总价正比于运力的2/3次方,因此火箭价格可以写为:



火箭分轨道,LEO和SSO轨道,不同火箭运载能力不同。对于LEO轨道,大约是7万元/kg,也就是咱们常说的1万美元/kg,这里隐含运力为1吨:



当x单位为吨时,价格的单位为亿元。也许你会说,1万美元/kg不是对应SSO运力吗?不要着急,后面会解释。


对国外火箭价格进行计算,其中美元和人民币换算汇率为7。



对国内火箭进行计算见下表:



国内真实的火箭价格我不太知道,但应该有人知道,欢迎留言评论。


再看SSO轨道。SSO轨道与LEO轨道不存在明显的换算关系。总体而言,火箭级数越多,SSO轨道能力与LEO接近程度越高。综合国内多型火箭情况,700km SSO能力约是LEO的65%,由于计算其与LEO轨道的换算关系为  倍,因此价格系数为1.33*0.7=0.93。


统计国内火箭700km SSO运力与价格见下表:



同理,500km SSO能力大约是LEO的75%,因此换算系数为0.85。 


由于国家队火箭很少使用500km SSO运力作为指标,而商业航天当前发射均以500km SSO为主,在拟合时发现中国商业航天相对便宜了20%,这里的商业航天不仅仅包括民营航天,也包括CZ-8等。即商业火箭已经将500km SSO单价打到八折(这个八折是不是背后有什么原因,我还不能把逻辑串起来),正好相当于以前LEO单价水平。 


统计国内火箭500km SSO运力与价格见下表:



不知大家看完什么感受?我的感受是这个公式有点准,而且公式揭示了火箭行业的两个本质。


本质之一是火箭售价和理论价格关系:如果火箭的售价高于理论价格,那么放到长期来看,这款火箭竞争力堪忧;如果售价低于理论价格,则火箭具有长期竞争力。


它对应火箭的商业本质,各行业都是为了挣钱,任何行业挣钱分为四个阶段:


第一阶段是垄断阶段,垄断是暴利的。对应没有龙飞船之前联盟火箭的宰人座位,或黑店ULA,想卖多少卖多少,这时候可以抛弃理论价格。


第二阶段是准入阶段,垄断的暴利刺激其他公司迅速进入并拉低价格(前提是自由市场)。对应SpaceX价格系数直接降50%,而目前的中国商业航天直接降了20%。


第三阶段是技术阶段,挣独特技术优势的钱,对应现在的猎鹰9回收,仍可以用常规价格卖火箭,剩下的都是赚到的。


第四阶段是内卷阶段,由于技术长期迭代进化后都会趋同,这时挣的只能是管理效率提升或其它隐形垄断(譬如同一单位内部流通)带来的辛苦钱,此时即使是垄断也是辛苦钱,因为挣的不会超出制度成本太多。对应现在中国大部分行业,都是白菜价在卷卷卷。


本质之二是火箭成本和换算价格关系:如果火箭成本在换算价格之上,公司就可以长期盈利;如果成本比不上换算价格,公司长期无法存活。这里成本对应的并不是售价,因为长期来看售价会趋向于理论价格,这也为火箭立项时成本核算提供了依据:对标理论价格研制火箭。


对应火箭的技术和管理先进性本质,其中技术先进性不体现在火箭新还是旧,也不体现在什么创新点上,只体现在运载系数(=运载能力/起飞规模)运载系数越大,技术越先进。在火箭基本不变的情况下,运载能力越大,则赚得越多。


以CZ-2C为例,最早CZ-2能力为1.8吨,现在提升到4吨,提升后火箭成本基本不变,但换算价格从1.0亿元提升到了1.76亿元,由于中国的报价体系,加量但从不加价,所以大家都说CZ-2C便宜,它便宜是因为它在改进,它是先进的,这种先进性无关新旧、无关用什么推进剂。就像猎鹰9便宜,它的最大原因是运载能力从v1.1版的10吨提升到了v1.2版的22.8吨,重复使用进一步加大了经济性但不是决定性的。


再看一下本文给出的价格理论模型:



商业航天直接打八折,即:



这个公式是基于统计长期有效的,我们肯定有很多现实的问题需要回答,其实这些问题的答案依然没有逃脱理论本身:


怎么以最低价发卫星?极小批采购,产量没上来,此外拼单会有时间成本、协调成本等不能完全满足的成本,这些都会折成价格,八折定律依然有效;大批量采购任务,谁单价便宜买谁的,自由市场上尽管压价,产量上来了,保证最后单价都是一样的,它反映的是八折定律的长期内涵。


商业火箭怎么便宜?商业火箭处于挣钱的第二阶段,目前国内商业火箭已经将价格系数打下了20%,商业的近期目标是通过管理能力和运载效率技术提升,进一步将价格系数继续打下50%,这可以类比于猎鹰9通过马斯克极强的成本控制手段和强悍的运载效率,在一次性火箭售价上已经将价格系数打下了50%。


重复使用怎么降低价格?重复使用将进一步降低价格系数,并未改变八折定律。当大家都能返回时,又将开启新一轮的卷卷卷。真正可怕的是Starship的全回收,它虽然不会改变八折定律,但它成量级地改变价格系数,当价格系数为0时,就不存在八折定律了。


中美火箭未来的战场在哪儿?在运载系数的先进性上,得承认我们有差距,但没关系,运载系数不够价格系数来凑,靠我们较为便宜的工业品价格,并创造更多的市场需求,降低价格系数一样可以低成本。中美未来真正的战场未必在一级回收,而是全回收,因为那时的价格系数,将是屠夫级的。


本文来自微信公众号:理念世界的影子(ID:spaceodyssey1968),作者:洞穴之外

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