文/田丰

2020年6月13日，美国太空探索技术公司（SpaceX公司）使用旗下猎鹰 9火箭执行第九次“星链”发射。不同以往的是，此次发射整流罩内除星链组网星外，还有3颗美国行星实验室公司的天星遥感卫星“搭车”发射。因为火箭整流罩内空间限制，加之天星遥感卫星单星重120千克，运力触限的火箭只得将载荷中的星链组网星从以往60颗缩减为58颗。“行星实验室”称此次搭车合同签订后仅6个月就执行了发射。

▲ 端坐在星链组网星上面的三颗天星遥感卫星

▲ 黑色天空公司的2颗“搭车”卫星

▲ “拼车”任务徽章

一个月之后的8月7日，“星链”组网“班车”再次“发车”。与上一次发射类似，此次载荷除57颗星链组网星外，还有2颗来自黑色天空公司的遥感卫星。星箭分离时，两颗遥感卫星先行释放，随后星链组网星再释放。

8月18日，在后续第11次“星链”发射中又有3颗行星实验室公司的天星遥感卫星成功“搭车”。

至此，太空探索技术公司凭借猎鹰9火箭一级和整流罩的回收复用，降低了发射成本，提高了发射能力，并支撑起星链计划的高密度组网任务。随之而来的定期搭车任务也正式运营，目前已有上百颗卫星有意搭车相关发射，成为微小卫星发射领域的一匹“黑马”。

猎鹰9火箭最初只是一款以向国际空间站发射货运飞船为设计目标的中型运载火箭。然而在火箭首飞至今的10年时间和90次发射（截至8月18日）中，太空探索技术公司一步步切入微小卫星发射领域，直到今天成为众多小型运载火箭的“眼中钉、肉中刺”。这个过程是如何发生的？并不成功的早期尝试利用运载火箭的额外运力来搭载微小卫星入轨，通常是一件“箭星双赢”的好事，因此太空探索技术公司早在2010年龙货运飞船首次轨道测试任务中就搭载了9颗立方星。据统计，“猎鹰9”从2010首飞到2017的7年间，发射任务主要分为静止轨道通信卫星和国际空间站的货运任务两部分。几乎每次龙货运飞船发射，都会有数量不等的立方星“搭车”。由于龙货运飞船一直未能满载，因此搭车发射的边际成本极低。但搭车载荷多为重量10千克级别的试验性的立方星，因此这阶段并无利润可言。

然而微小卫星市场（100～1000千克）在近年间不断发展和成熟，自2012年至今入轨量总体呈增长态势。尤其是2017～2019年间，600千克以下卫星年平均入轨量均高于300颗，其中近地轨道微小卫星入轨量占比最大，2017年50千克以下卫星占比高达74.1%。业界预测未来5～10年微小卫星的发射占比还将进一步提高，反观以往作为猎鹰 9火箭利润主要来源的静止轨道卫星近年来则订单量基本稳定，个别年份甚至略有萎缩。

因此，太空探索技术公司意图将目标转向更有利可图的微小卫星搭载业务，谋划在已有任务中选择主载荷轻、体积小、轨道相对通用的任务做一次“小卫星公交”。首次正式的商业化搭载任务是福卫5任务，主星仅重450千克，运力余量充足。太空探索技术公司委托卫星代理太空飞行公司采用Sherpa小卫星分配器代理此次任务。按计划将有多达64颗卫星“搭车”此次任务，同时刷新人类“一箭多星”纪录。然而事与愿违，由于主载荷研发进度拖沓，搭车载荷产生了大量预期外的协调、沟通、排期问题，使得该任务日期一推再推。而“压垮骆驼的最后一根稻草”是2016年9月的阿莫斯-6爆炸事故。

事故使得发射进一步推迟，之后所有56颗“搭车”载荷集体“叛逃”至印度的PSLV火箭，成就了印度的一箭108星任务。2017年“福卫5”任务最终发射时仅剩下主星，且由于该发射合同签订于2010年，原定火箭为“猎鹰1”，因此客户仅付费2300万美元，远低于猎鹰9火箭6200万美元的标准报价。搭车载荷集体退出后，太空探索技术公司即使明知是“赔本买卖”也只能硬着头皮发射。对于太空探索技术公司的搭载发射模式来讲，“福卫5”的尝试并不成功，同时搭载发射模式的弊端也初步显现，相较于以往一箭一星，发射协调和沟通的工作量呈指数级上升，额外的风险和成本难以避免。

▲ 因载荷“叛逃”，“福卫5”任务最终的唯一载荷仅重450千克

▲ SSO-A任务徽章

▲ SSO-A任务中的多星分配器

“拼车”发射上线征订

太空探索技术公司并未放弃这项能赚钱的业务，终于在2018年12月以一箭64星的模式成功执行了首次大规模“拼车”发射任务SSO-A。官方称其为“小卫星特快”（Smallsat Express），其中包括15颗微卫星和49颗立方星。发射后，太空探索技术公司在媒体上公开反省载荷协调和定期发射的重要性。正所谓吃一堑长一智，太空探索技术公司重新规划了旗下的拼车发射方案。

2020年2月，太空探索技术公司酝酿许久的官方微小卫星发射服务（Ride Share）正式开启线上预订，并公布了介绍页面和用户指南。向来发射吨级载荷的猎鹰9火箭正式杀入千克级别小火箭市场，和“电子号”“织女号”“PSLV”“运载器一号”等火箭展开正面竞争。而且秉承太空探索技术公司一贯的“价格屠夫”称号，最低搭载价格仅需100万美元。有鉴于SSO-A的经验，该业务主要针对100～1000千克级别的微小卫星，而非时下大热的立方星（10千克级别）市场。

据介绍，发射方式分为“拼车”和“搭车”两种模式，拼车是指太空探索技术公司定期组织的微小卫星“专列”，客户卫星可用38.1、60.96厘米两种接口规格（Mechanical Interface）安装在专用载荷支架上；搭载发射则以太空探索技术公司星链发射为主，也留有部分地球同步转移轨道发射（需与主载荷协调）。用户指南中包括了客户卫星的星箭接口、载荷空间、电气接口等约束，还有振动、噪音、电磁、过载等数据，以及保险、服务流程、发射场管理、与政府和客户的责权分配和卫星状态报告格式等。

▲ 分离顺序

根据页面报价，200千克载荷的太阳同步轨道发射费用仅需100万美元，额外每千克加价5000美元。官网提供了发射费用计算器和发射排期表，可附带提供最高200万美元载荷保险，客户在线预定仅需5000美元即可，后续尾款则分三阶段支付。而对手火箭实验室公司的电子号火箭发射100千克卫星的报价高达570万美元。不仅如此，相对于中介机构价格更是优惠，以750千克卫星的近地轨道发射为例，常与太空探索技术公司合作的中介太空飞行公司报价高达2200万美元，而太空探索技术公司自家的页面报价仅需375万美元。不过页面报价通常只是报价参考，具体情况都需详询。

目前可供搭车的轨道有近地轨道、太阳同步轨道、地球同步转移轨道等。任务排期灵活，目前已列出29次任务。拼车任务为定期发射，此外还设有定期的星链搭载任务，公司还表示2022年后提供更多发射供客户选择。其中，定期的星链搭载任务最为引人注目。得益于太空探索技术公司的垂直整合能力，星链任务从运载火箭、主载荷到发射场均由其一手包办，省去了通常搭载发射中与主载荷的协调和沟通工作。

此外，“星链”巨大的组网数量和日渐成熟的可重复使用火箭技术，使“星链”成为每月至少一“班”的高密度定期“班车”。而且“星链”的目标轨道正是微小卫星最为密集的近地轨道，导致其最受客户青睐，目前已有百余颗卫星排期待发。最关键的是太空探索技术公司在“星链”发射中携带载荷的边际成本几乎为0，利润率十分可观。

搭载模式之痛：排期、轨道和协调

▲ 首飞折戟的“空射新贵”——运载器一号火箭

▲ 成熟后翻车的小卫星发射主力——电子号火箭

事实上，不止太空探索技术公司，众多大、中型运载火箭也在针对微小卫星推出类似发射项目。不过，主攻这一市场的小型运载火箭并未坐以待毙，因为拼、搭车模式并非完美无缺。以太空探索技术公司的SSO-A发射为例，这次发射虽表面风光，但实际并非一帆风顺。首先是运力浪费，虽然“上车”卫星多达64颗，但总重仅4吨左右，远低于运力上限。其次，部分客户频繁变更搭载方案，SSO-A原定2017年发射时载荷曾多达70余颗，但由于搭车载荷来自33家客户，导致不停有载荷中途加入和退出，随之而来的是载荷清单和搭载方案一变再变，直到发射累计进行了22次协调和方案修改。甚至有部分客户在卫星已经装上适配器后仍未拿到发射许可，只能锁死分离器，卫星上天后不许分离，发射结束后与火箭二级一同再入大气烧毁。最后，复杂的拼单任务还额外带来了卫星识别与跟踪的问题。发射后有4颗立方星部署后未能与地面取得联系，还有8颗卫星因分离密集和轨道近似而无法被客户“认领”。

SSO-A任务暴露了搭载发射服务模式的固有缺陷。从客户角度而言，首先是参与发射相对被动，需要等待合适的任务，还要经主载荷允许，因此排期和等待时间比独立发射所需时间更长，导致隐性成本增加。其次，卫星需要确认有足够的荷载空间，而寻找轨道完全匹配的任务则更加困难。在任务轨道无法满足搭载星需求时，一种方案是自行解决，例如搭车“星链”的天星遥感卫星分离后需独立将轨道抬升至400公里，因此配备了一台推力为1牛的无毒推进剂发动机进行升轨；另一种就是迁就主载荷轨道，这种一般以科研试验用立方星为主，本身对轨道精度要求不高。最后，一箭多星的载荷越多，协调工作就越繁杂，发射方为尽可能多地搭载，发射推迟和延后屡见不鲜。

排期、轨道、协调方面的劣势恰好都是小型运载火箭的优势。如果说搭载发射是“公交车”的话，到站下车，价格便宜就是固有优势；而小型运载火箭则是送达指定地点（轨道）的“专车”。两种模式本就各有所长，但随着大中型运载火箭的“市场下沉”，两种业务模式已经开始“贴身肉搏”。订单上的互相挤压导致一场“微小卫星价格战”在所难免，但去年以来微小卫星的主力火箭相继受挫使市场再生变数。

▲ STP-2任务，一次非商业性的“拼车”任务

首先是去年7月织女号火箭发射失败。然后是今年5月，运载器一号空射火箭首次试射失败。6月，电子号火箭在执行第13次发射任务中，火箭二级失去联系，任务失败。此外印度的PSLV火箭则因新冠疫情等原因，本年度未能进行任何发射，微小卫星专用的SSLV火箭首飞也数度推迟。

破局：按时发车、罩内上面级

面对拼、搭车发射的固有缺陷，各方都在寻求突破。基于“福卫-5”和SSO-A两次任务的教训，太空探索技术公司在新的发射模式中最主要的变化就是尝试固定发射日期。稳定发射频率不仅是利用“星链”的高密度发射来实现，对于类似SSO-A的纯拼车任务，太空探索技术公司还声称不会为填充空余运力或等待迟到客户而推迟发射，从而向客户树立守时和可靠的印象，使其打消对发射进度的疑虑，放心选择相应的发射。

对于搭载发射时不同载荷的轨道问题，主流的解决方案是配备罩内上面级，借此服务多个目标轨道，满足不同客户的需求。比如联盟系列火箭常用的弗里盖特上面级，不仅可在搭载任务中充当“摆渡车”角色，将载荷送入不同轨道，也避免了SSO-A任务中载荷密集分离造成的遥测困难。

无独有偶，2019年6月，重型猎鹰火箭在STP-2任务中曾经利用火箭二级4次点火将24颗卫星分别送入3个轨道面，但这种机会可遇而不可求。大部分多星遥测和轨道问题可能还要由中介或者客户自行解决。

以代理太空探索技术公司的“福卫5”和SSO-A任务的太空飞行中介公司为例，该公司并非只代理“猎鹰 9”一款火箭，公司会根据客户的需求及对费用的可接受性，根据发射窗口和轨道的选择灵活选定发射火箭，如“电子号”“心宿二”“织女星”和PSLV。该公司至今在累计30个拼车任务中发射了270颗卫星，因此深知拼、搭车模式的弊端。为此公司正在第一代多星分配器Sherpa的基础上研发“轨道转移飞行器”——Sherpa FX，并预计于今年底的SXRS-3拼车任务中投入使用。飞行器配备有独立的遥测系统，用于追踪各个分离载荷，避免重蹈SSO-A的覆辙。

▲ 运载器一号火箭示意图

▲ “轨道转移飞行器”（Orbital Transfer Vehicle）——Sherpa FX

▲ Momentus公司的Vigoride推进模块

如果客户想自行变轨又不想自己设计推进系统，也有对应的解决方案。比如Momentus公司的Vigoride推进模块，这种推进模块采用以水为推进剂的离子发动机，无毒无污染，无需压力容器贮存，比冲高于传统化学推进器，推力又高于传统电推。整个模块全重80千克，可以为50千克重的卫星提供1公里/秒的速度变量。该模块可以安装在38.1厘米的标准卫星接口上，既可以做多个立方星的小型上面级，也可充当单个微小卫星的推进系统。该模块将于年底的“猎鹰 9”搭载任务首次升空试用。近年来，大中型运载火箭拼搭车模式和小型运载火箭的持续混战，不仅催生了技术的创新和商业模式的革新，更实质性降低了微小卫星的发射成本，又反哺了微小卫星市场，使其更加繁荣。市场永远是在竞争中繁荣，尤其是太空探索技术公司借力火箭回收和“星链”组网大刀阔斧地切入市场，给一众“小火箭”造成了巨大的生存压力。但作为客户来讲，永远都欢迎“鲇鱼”的出现。竞争之下，且看各家有何浑身解数吧。