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请回答大航天时代:怎样用火箭挣钱?
作者:张核 编辑:杨杨 2021-08-30


在神舟十二号核心舱直播中,航天员聂海胜、汤洪波曾用一个外观状似微波炉的设备,进行了一系列操作:把门板打开、将“饭盒”放进去、关上门板、选加热几分钟。


他们是在用微波炉热饭?显然不是。这个“微波炉”其实是一台太空离心机,而两位航天员是在完成离心机的安装,并用它进行太空生物实验


在太空中做实验,是航天员们的日常工作之一。从1948年开始,人们就开始在太空做实验了,只不过最早的实验体是两只猴子。


如今,太空实验已是很多科研项目的必选项。2020年度美国宇航局(NASA)发布的国际空间站实验报告显示,2019年10月到2020年10月期间,国际空间站科学研究办公室就发布了312项实验成果,其中生命科学相关实验数量最多,占比过半。


太空实验的需求还在不断增加,“送实验上天”就成了火箭公司的机会。不少商业运载火箭发射商如SpaceX、Orbital,都参与其中。


太空生命科学是航天领域内已被验证的真实落地场景。


在中国商业航天1.0时代,民营航天首先关注技术、其次才是应用,而不是根据需求来决定采用什么技术,因此一直没能找到真正的商业闭环,难以实现盈利。“需求定义载荷、载荷定义火箭”,火箭发射服务提供商「火箭派」的创始人程巍认为,在商业航天2.0时代,火箭只是“工具”,满足需求才是最终目的,“怎么用火箭挣钱”将成为比“怎么造出火箭”优先级更高的问题


今年,火箭上天多次上了新闻热榜,比如维珍银河创始人布兰森、全球首富贝索斯就先后搭乘自己公司研发的火箭上天。但这些送“游客”上天观光的火箭,也能送实验上天吗?


答案是并不能。“载着活体细胞或微生物病毒上天的火箭叫做‘生物载荷火箭’”,程巍告诉「甲子光年」,生物载荷火箭和载人航天火箭差半步,它们虽然都需要具有生命保障系统,不过相比之下,生物载荷火箭相比载人火箭体量更轻、功能更简化。


送药上太空,只是人类迈向星空的一小步,但很有可能是商业火箭公司坚实的一大步。


1.新药都在上天


2020年底,药物瑞德西韦搭载着火箭飞向太空,这种药物曾一度被寄予厚望,人们期待它能成为治愈新冠的特效药。


去太空做药物实验已经是大型制药公司常用的研发手段之一了,默沙东、安进等跨国药企都已经在国际空间站展开药物实验。默沙东更是从上世纪开始就搭载航天飞机进行了多次太空实验,而且已经有经过太空实验的药品走向市场并大获成功。


默沙东旗下一款叫可瑞达(K药)的药物就曾被送入太空做实验。K药是一种抗癌药物,2020年,这款药物在全球的销售额达到了143.9亿美元。默沙东送它去太空,是为了寻找更稳定的制剂状态,实现尽量让患者能吃药就不输液、能输液就不手术的目的,减轻癌症患者在治疗过程中的痛苦。


2017年,默沙东的一次太空实验表明,微重力条件下,经由K药作用的蛋白质结晶悬浮液高度均匀且稳定。之后,默沙东在地面复制了太空中均匀的结晶悬浮液,提高了制剂的稳定性,还一并解决了药物制造、传递、储存方面的难题。


微重力环境正是让太空成为“神仙实验地”的原因。太空环境脱离地面重力影响,能为生物科学实验带来重大突破。例如,在提取高品质蛋白质结晶时,在地面由于重力作用,蛋白质溶液中密度小的会上浮、大的则会下沉,这会形成一个小的漩涡,提取出的结晶总有杂质。而摆脱重力干扰就能解决这一问题。生产出足够大的高品质蛋白质晶体,就为进一步研究蛋白质结构及其功能创造了良好的条件。


除此外,在太空中还可能会产生地面没有的突变,形成地面没有的物种,例如两米高的南瓜、像西瓜那么大的圆茄子等等。这种细胞突变,也是生物科学研究的重要方向。


去了一趟太空后获得成功的不止K药,安进旗下治疗骨质疏松的药物地舒单抗也上过太空。2019年,这项药物的全球销量达到了48亿美元。


太空实验所带来的可能性,让太空药物研发成为了制药公司们都在争夺的重要领域。根据麦肯锡全球研究所的调查显示,全球太空生物制药相关收入已经高达2000亿美元,市场主要集中在美国。


创新药市场的竞争愈发激烈,大型生物制药公司对于创新药的研发投入在不断加大。沙利文2020年发布的《全球创新药物市场研究》中显示,2024年,制药市场整体规模将达到16,395 亿美元,其中创新药将占据66%的市场份额。


太空实验结果转化的巨大经济效益,也正快速“催熟”着送药上天的相关产业网络。这具体表现为,制药公司们要为送药上天,付钱给多个环节的服务商。以这次送瑞德西韦上天为例,它要付“运费”给SpaceX的火箭和飞船;进入空间站后,还要付“使用费”给ICE Cube,一间由欧洲空间站与比利时合作的商业实验室。太空实验的进行还需要一间承载细胞、病毒等实验对象的“太空培养皿”,也就是生物载荷装置。以色列一家叫SpacePharma的公司,是生物载荷装置领域内的先行者。SpacePharma目前主要承接的是来自默沙东、安进、吉利德等国际制药巨头的科研需求。


2.火箭派们瞄准的真需求


中国会出现自己的SpaceX或者SpacePharma,以及它们形成的网络吗?


政策已经在推动它们的出现。2019年,中国科学家提出,到2049年要建成“地月空间经济区”。这个经济特区的建设依赖于常态化、航班化的运输,以及逐步形成产业规模的探测、开发、利用地月空间的经济活动。有专家预测,到2050年前后,我国每年在地月空间经济区的总产值可达10万亿美元以上规模。


这是中国商业航天企业的机会。自2014年国务院“鼓励民营企业、民营资本参与国家空间技术基础建设”的相关政策出台后,中国的商业航天开始进入快速发展期。2020年4月,国家发改委首次将“航天航空事业”纳入了“新基建”范畴,商业航天迎来新的发展契机。六年间,中国出现了第一批民营航天公司,并且已经有两家民营火箭公司的固体火箭实现了成功发射入轨。


中国的商业火箭公司当然期待能切入这个大市场,但是现阶段,民营火箭公司中的大多数都在回答“怎么挣钱、哪里能挣到钱”的问题时犯了难。


2020年4月,主播薇娅在直播间以4000万卖出一枚小火箭。薇娅告诉媒体,她选择在直播间上架火箭这样特殊的商品,是为了支持“最牛的湖北特产”。疫情期间,这或许为湖北人民打了一针强心剂,但火箭公司当然不能“靠卖火箭挣钱”,这种娱乐化的“伪需求”不会长期存在


对于商业火箭公司,国际上已经有跑通的商业模式了。比如SpaceX,走的是“先确定需求,再定义产品”的路子。SpaceX刚创办的时候,火箭上天最大的问题就是“贵”,因此SpaceX在2011年率先提出要让火箭可回收。大型运载火箭猎鹰九号(Falcon 9)就是以“平衡成本及运载能力”为导向设计出来的可回收火箭。



SpaceX的创始人马斯克曾在2020年告诉媒体,用Falcon 9发射卫星的利润超过30%。而在此之前,火箭发射商们几乎都是靠着政府补助在“亏钱上天”。用Falcon 9 帮NASA向国际空间站运六次补给,SpaceX给出的报价是13.5亿美元,而Falcon 9的单次发射成本已经降低到约6700万美元了。


除了面向政府机构的大额订单,SpaceX还看到了通讯市场的空白。根据国际电信联盟2020年9月发布的一份报告,全球范围内,有超过30亿人口还未能接入互联网,超过世界人口的40%。SpaceX在2015年推出了星链计划,计划在2027年11月前将12,000颗小型卫星发射到近地轨道,实现覆盖全球的卫星网络。目前,星链网络已发射了1700多颗卫星,用户数量近10万人,还在以每月30%的速度增长。


SpaceX在商业上的成功让程巍大受启发。程巍也首先确定,以商业化思维来看,火箭派最终要做的同样是可回收火箭。这枚火箭将用来服务谁?由于曾创办过一家生物科技公司,程巍首先捕捉到的是中国生物制药领域的巨大需求。


中国的创新药研发力量正在快速扩张。从二级市场规模来看,在港交所、科创板或纳斯达克上市的中国生物科技公司总市值从2016年的10亿美元,飙升到2021年5月的1800亿美元。一级市场表现同样火热,2020年生物医药行业融资总金额超2000亿元。


2021年,生物制药的热度仍然居高不下。可以预见,这个市场的天花板还很遥远。中国医药创新促进会执行会长宋瑞霖此前在接受媒体采访时说,客观来讲,中国创新药还在发展时期,仿制药为主的大格局没有发生根本性变化,但是中国创新药已经起步,正在从跟随者走向并行者


而要从并行者走向引导者,基础生物科学的突破是关键。2022年即将建成的中国“天宫”空间站就把生命科学与生物医药实验列为重点研究方向。但是,上“天宫”的席位,比春运的火车票难“抢”。截止到2021年8月,已经有来自16个国家的1000多个实验项目在排队等着了。由于国际政策限制,国内的实验无法申请国外的商业项目。并不是谁有钱就能上“天宫”,目前“天宫”没有商业化的计划。


对于基础生物科学的研究,高校是先导力量。这也是为什么在起步阶段,「火箭派」计划先高校、后药企。另外,国内的制药公司目前对国内的“太空服务商”所能带来的实际效益尚未形成概念,因此在产品打磨的阶段。「火箭派」要“先跟高校一起把智能手机造出来,然后拿着智能手机,去帮制药企业向太空发微信。”


送实验上天只是火箭公司们的第一步,下一步很可能是用太空实验结果就地制药,打造“太空药厂”。


SpacePharma的联合创始人兼首席执行官 Yossi Yamin此前告诉媒体,公司正在研发的Moti卫星,或许将成为太空中第一个制药生产设施。现在,SpacePharma正在研发的项目是“去太空生产疫苗”。


这与「火箭派」最终“打造太空药厂”的愿景类似。“分三步,第一看细胞在太空中的变异反应,第二找到创新药的最佳靶点,第三在太空环境下完成生物制品。”上海交通大学器械与动力工程学院教授闫维新教授说。


但决定以生物载荷而非通信卫星角度切入商业航天,火箭派没有现成的经验可以借鉴,“应该造一枚什么样的火箭、提供什么样的服务”?还得重头开始摸索。


3.“顺风车”难搭,小火箭上位


既然有服务可靠的Falcon 9,太空生物实验能不能也搭乘大型火箭这趟“顺风车”呢?答案是否定的。


首先,不同于发射一颗通信卫星上去,发射一颗用于生物实验的卫星,需要按固定比例配备氧气、二氧化碳、有生命保障系统,也因此,生物火箭的发射流程也与Falcon 9不同,而是更接近载人火箭。


其次,生物卫星本身体量其实很小。因为技术进步、功能密度提高,卫星越做越小是大趋势。生物卫星上承载的单项生物载荷装置,即“微型实验室”,最小只有牛奶盒子那么大,用大型火箭送生物卫星,就好比用大货车送一瓶鲜奶,虽然价格存在优势,但适配度并不高。


再次,跟着大型火箭上天,生物卫星也会进入主卫星的轨道高度,但是生物卫星只需要进入合适的外太空环境,对轨道精度并没有特别要求。也就是说,“蹭”大火箭进太空的生物卫星,需要为一段它不用走的路付“车费”,“下车”的终点也未必最合适。


要上太空做的实验,大部分都是基于在地面制定的研究方向和计划来推进的。也就是说,理想中的太空生物科学实验,最好是能够根据地面的科研节奏和需求,在需要进入太空完成实验的时候就快速上天,不能等“大货车”的发车排期。因此,快速响应需求、实现高频次航班化的小火箭是目前太空生物科技领域的最优选择。


最大运载能力能将1000公斤载荷运输到近地轨道的火箭被定义为“小型运载火箭”,小火箭初期制造成本低、灵活性高,是生物卫星上天的最佳运输工具。「火箭派」正在研发的“达尔文号”生物火箭,就是专为生物载荷实验设计的生物小火箭。


第二个问题,小火箭实验空间就一定小吗?否则一次只能送一项实验上天,运输成本肯定飙升。


这是“达尔文号”在设计阶段就重点解决的问题,为了平衡成本与运载能力,“达尔文号”采用了“船箭⼀体化设计”:飞船和火箭末级共用电力、控制、通信等系统,飞船上只保留返回过程所必须的基本设备,这样飞船就能最大限度地给生物载荷装置“腾位置”,还能提高电力等资源的利用率。



达尔文号


为了进一步降低火箭生产的成本,小火箭不能是“一次性用品”,而是需要能被重复使用,因此火箭燃料的选择是关键。中国民营公司已经发射成功的两枚火箭用的都是技术更成熟的固体燃料。但和Falcon 9一样,达尔文号选择的是液体燃料。相比于固体燃料,液体燃料的燃烧产物干净,更有利于发动机和火箭的重复使用和维护。而且液体燃料本身也具有成本优势,据专家介绍,液体燃料成本最低可低到固体燃料成本的两百分之一。火箭派的液体燃料火箭计划于2022年开展飞行试验,2023年搭载国内首个商业化生命科学飞船首飞。


第三个问题,小火箭还能带人上天吗?“不能每发一个实验上天,都带一个航天员上去。”闫维新教授告诉「甲子光年」,国外现在已经有不少研究员作为航天员进入空间站完成实验,但是如果实验开始“规模化上天”,研究人员和实验数量之间就会无法匹配,为了做实验而培养研究员成为航天员、再载人进入太空,成本也太高。


因此,「火箭派」的在研产品生物载荷装置“火种一号”的设计思路是,生物载荷装置可以实现远距离数据传输,让细胞自己进入太空,科研人员在地面接收实验结果。“火种一号”即将于今年搭载长征系列运载火箭首飞,去太空进行技术验证。


4.仰望星空还要埋头苦干


对于太空,程巍有无限向往。过去,为了能成为最早入选SpaceX、NASA移民火星计划的那批人,他学飞行、学潜水,还登上珠穆朗玛峰来锻炼自己的身体和意志。


创立火箭派之后,程巍也一直在寻找太空领域其他的可能性,除了生物制药,还会有什么能“接到订单”的载荷需求?


由于曾经创办过一家新能源公司,程巍捕捉到了太空能源的巨大潜力,开始探索太空光伏的应用:把太阳帆打入太空,用它反射阳光到地面,就能突破现在光伏能源面临的昼夜、天气、地区纬度等自然因素的限制,24小时不停地产生能量。



这也是国家队正在开拓的重要方向。2021年6月18日,全国首个空间太阳能电站实验基地在重庆璧山开建。此前,中国工程院院士、重庆大学教授杨士中介绍了在地面和在太空中收集太阳能的效率高低,在太空中收集太阳能的效率比在地面收集要高超过30倍。


商业航天的市场规模,是在地面产业的基数上“做加法”。在程巍看来,“让太空升级地球产业,让地球更便利地连接太空”,是商业航天真正的产业逻辑。根据美国卫星产业协会统计,2018年美国的航天发射市场规模已经达到62亿美元,增速达34%。未来,市场增速随着SpaceX、Orbital等美国火箭公司的运载能力不断提升,还会不断提高。


无论是生物还是能源,国内的应用市场前景都同样广阔,但国内的民营航天公司要能做到与SpaceX的服务能力相媲美,还需攻克火箭技术、成本控制等难题。对于造火箭,程巍还有更大的野心。“再下一步,我们会根据不同的载荷需求去开发新火箭,现在的计划是绕过国家队力量集中的中型火箭,研发大型火箭。”


过去五年,中国民营航天公司发射的火箭,并不是百分之百都能成功。对此,程巍用“结果导向”的管理思维和“轻松大胆”的心态与团队沟通。一方面,公司的运营不止是“盯着2023年3月14号火箭发射做准备”,除了要准备后备计划、造两枚火箭,公司的目光还会放得更远。


另一方面,他希望团队放心大胆地干,“火箭不成功也是常态,万一炸了,那就是最美的一朵烟花。”


此外,小火箭的单次发射成本在“大货车”大型火箭的拼单模式之下,竞争力还是较弱。价格始终是商业航天实现大规模商业化的最大掣肘。“现在科研人员最关心的也是价格”,闫维新教授告诉「甲子光年」,“他们首先问的问题是,要花多少钱才能把实验打上天去?”


全球小型火箭的单次报价如下表所示,每公斤发射成本平均约为2.6万美元,单次发射成本总价平均约为580万美元。相比于大型火箭“拼单”,小型火箭价格方面并不占优,继续缩减成本将是火箭发射商们持续“内卷”的方向。



同时还要面对国内政策法规的不确定性。商业卫星返回地面、太空实验商业化、建造太空药厂,这些都是过去从未出现过的新鲜事物,国内在这方面的法律法规也完全空白。


对此,国际宇航科学院院士、北京航空航天大学生物与医学工程学院教授、博士生导师、火箭派首席科学家庄逢源院士建议吸取国外已有的经验化为己用。例如,美国已经出台了一系列配套政策,如《商业航天法》、《商业航天发射法》、《航天现代投资法》等,有了法案的指导,商业航天市场化的路径也会更加清晰。


但程巍也提出,SpaceX可以承接来自美国政府的巨额订单,这种商业化行为“照搬进”中国的可能性很小。“中美起点不同、路径不同,还是要找到我们自己的路。”


在中国的“大航天时代”来临时,程巍看到能靠自己、靠中国的资源进入外太空的希望。“‘派’代表π,无限不循环,永远有新的方向,这也是我对火箭派的期望。”

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