深度解碼SpaceX：發射成本、星艦進展和競爭格局
上週Elon Musk在美國德州的SpaceX星城發表全員演講，給出了人類成爲星際文明的具體路徑，非常振奮人心。
雖然馬斯克和Tesla家喻戶曉，但是其創辦的SpaceX卻是一家非常神秘的公司。
它沒有上市，但它的估值已經達到1800億美金，超過了美國曆史上任何一次IPO。
如果把SpaceX和S&P 500的巨頭放在一起，它仍然處於“力速雙A”的第一象限。
由於SpaceX的部分業務涉及軍工，其經營數據一直處於高度保密狀態。
而在上週，Morgan Stanley發佈了SpaceX的超級深度報告，對其進行了CT掃描式分析，披露了不少重要情報，是一份非常寶貴的研究資料。
下面我給大家解讀一下這篇大報告。
SpaceX的核心Fact Sheet
首先給大家分享一組SpaceX的關鍵數據，讓大家對這個神秘公司有個定量認知：
2024年SpaceX預計收入可達130億美金，同比增長54%，預計2035年可達1000億美金
SpaceX目前已經處於盈利狀態，具體利潤規模未知
SpaceX的發射成本比競爭對手低5-10倍
2023年，SpaceX平均每3天發射1枚火箭
到24年底，SpaceX的衛星約佔到全球所有運作中衛星總數的60%
Starlink目前擁有約260萬名付費用戶，每週增長約2.5萬
Starlink的“in-situ”衛星通訊網絡在俄烏戰爭中起到了決定性的作用
SpaceX是唯一一家將宇航員送入國際空間站（ISS）的私營發射承包商
SpaceX有大約1.3萬名員工
2023年12月，SpaceX的估值達到1800億美金，23年夏季SpaceX的估值曾爲1500億美金，增長迅速
根據SpaceX 25年預測收入，其估值約10x PS
Elon Musk在2002年創辦了SpaceX，旗下主要有兩大業務板塊：發射（Launch）與星鏈（Starlink）。
發射業務致力於將有效載荷送入太空軌道。通過可複用的火箭，SpaceX的發射成本比競爭對手低5-10倍，具備顯著競爭優勢。
基於自家強大的發射能力，SpaceX已將數千顆衛星送入太空軌道，構建了星鏈，向用戶提供基於衛星互聯網的通信服務。
星鏈是全球最大的衛星互聯網，截止目前已包含5600顆運作中的低軌衛星，佔全球衛星總數的60%以上。
星鏈的客戶包括個人、企業、政府、軍隊，可以爲船隻、飛機、無人機等終端提供穩定的互聯網通信支持。
時至今日，地球表面仍有90%的區域沒有手機通信服務，全球仍有27億人口無法訪問互聯網。SpaceX的星鏈服務未來有望成爲全球通信的重要基礎設施。
SpaceX盈利的關鍵：複用性
SpaceX爲其商業及政府客戶提供發射服務，幫助他們將載荷運輸到太空中，比如將衛星送入軌道、將宇航員送上國際空間站、將軍事設備部署到太空等。
SpaceX發射業務的定價取決於載荷重量以及運輸距離，平均下來每次發射的定價約爲6200萬美金。
複用性（Re-Usability）是讓SpaceX的發射業務盈利的關鍵。
根據SpaceX官方的描述，相比那些在重返大氣層時燃燒殆盡的傳統火箭而言，具備複用性的運載火箭可以將太空旅行的成本降低100倍。
2015年，SpaceX首次在火箭回收方面取得了重大成功，當時Falcon 9的第一級成功在地面着陸。迄今爲止的315次發射中，Falcon 9共完成了260次重複發射，充分體現了複用能力的經濟價值。
Falcon 9只有第一級可以回收再利用。爲了提升運載效率和重複利用率，SpaceX正在設計研發星艦（Starship），以實現運載火箭第一級+第二級的完全重複利用。
爲了讓運載火箭具備複用性，SpaceX運用了以下重要技術：
（1）着陸腿（Landing Legs）：Falcon 9第一級使用了四條碳纖維着陸腿，在接近地面時展開。
（2）網格鰭（Grid Fins）：網格鰭此前主要用於軍事導彈。Falcon 9第一級在大氣中下降時，網格鰭能夠有效控制推力矢量，從而實現精確着陸。
（3）可重啓動的點火系統（Restartable Ignition Systems）：Falcon 9的第一級可以重新點燃9個Merlin引擎，以便在重返大氣層和着陸期間進行減速和重定向。
（4）無人船（Autonomous Spaceport Droneships）：如果運載火箭在下降過程中偏離了目標着陸點，它可以選擇降落在海面的無人船上。每艘無人船可以通過星鏈進行通信，確保其處於精確的對接位置。
SpaceX目前擁有3艘無人船，它們各自都有一個有趣的名字：
無人船1號的名字是“當然我仍然愛你”（Of Course I Still Love You）
無人船2號的名字是“只需閱讀說明”（Just Read the Instructions）
無人船3號的名字是“重力不足”（A Shortfall of Gravitas）
SpaceX目前有兩款在運營中的運載火箭型號：Falcon 9以及Falcon Heavy。
Falcon 9是一個可部分複用、中等推力的兩階段運載火箭，從2010年開始服役至今，是SpaceX的主力火箭型號。名稱中帶有“9”，是因爲其配備了9個Merlin引擎，能提供超過170萬磅的推力。
Falcon 9的第一級被稱爲助推器（Booster），推動運載火箭進入太空，隨後與第二級分離。將有效載荷送入軌道後，第二級在重返大氣層的過程中燃燒殆盡，而第一級能夠順利着陸並重複利用。
Falcon 9的有效載荷爲22.8噸，目前已經累計完成了超過300次發射任務，佔到SpaceX總髮射任務的95%以上。
Falcon 9有着極高的發射成功率，在服役期間僅有2次發射失敗記錄，上一次發射失敗還是在2016年，總成功率超過99%，是人類歷史上可靠性最高的運載火箭。
Falcon Heavy是一個可部分複用，具備超強推力的兩階段運載火箭，從2018年開始服役至今。
Falcon Heavy有着3個Falcon 9引擎核心，即27個Merlin引擎，能產生500萬磅的推動力，總有效載荷63.8噸，約爲Falcon 9的三倍。
儘管Falcon Heavy性能強大，截至目前它只發射了9次。Falcon Heavy的發射中約有一半需求來自美國軍方，包括X-37間諜機等，這是因爲軍事載荷體積較大，更適合大型運載火箭。
星艦Starship：人類有史以來最強的運載火箭
接下來我們重點講講SpaceX的星艦Starship。
星艦（Starship）是一種完全可複用的兩級超重型運載火箭，能夠產生超過1600萬磅的推力，是Falcon 9的10倍，是NASA太空發射系統火箭的2倍。
Starship高約400英尺，能夠支持100-150噸的有效載荷，差不多是Falcon 9的4倍以上。
Starship目前仍處於測試階段。一旦投入使用，它將是人類有史以來最強大的運載火箭。
到目前爲止，Starship已經進行過3次測試，每次測試都取得了里程碑式的進展。最近的一次測試發生在2024年3月14日，Starship在熱分級、有效載荷艙門測試、推進劑轉移、一級回收等重要領域取得了重要突破，未來可期。
星艦由兩部分組成：超重型助推器（Super Heavy Booster）、星艦上層（Starship Upper Stage）。二者結合起來，形成了完整的（或者說“集成的”）星艦。
超重型助推器是第一級，包含33個猛禽發動機（Raptor Engine），其中13個位於中心，20個位於周邊。
星艦上層是第二級，包含3個針對海平面優化的Raptor 2引擎和3個針對太空環境優化的Raptor Vacuum引擎。
在發射過程中，超重型助推器提供升空時所需的動力。一旦超重型助推器的燃料耗盡，它就會從星艦上層分離並返回地球。
這時星艦上層（第二級）會拋棄超重型助推器（第一級）並點燃自己的發動機將自身推入軌道，繼續行駛並將有效載荷運送到目的地，最後返回地球並降落在地面上。
隨着未來星艦正式投入使用，SpaceX能夠把更大規模的Starlink V2衛星送入近地軌道，並實現第二代星鏈的部署。
除此之外，星艦還有潛力讓SpaceX提供地對地高速旅行的商業服務，以及推進人類對月球及火星的探索。
SpaceX還在開發一種專門用來給其他星艦加油的星艦，讓星艦在出發去火星之前，能夠在近地軌道（LEO）加滿油再出發。
可以說，星艦承載了馬斯克星際探索的夢想和決心。
發射頻率節節攀升，美國政府是最大客戶
2018年時，SpaceX平均每月進行2次發射。目前SpaceX每個月進行10 次發射，即每週約2次。2024年3月的第一週，SpaceX在24小時內進行了3次單獨發射，發射頻率節節攀升。
隨着SpaceX的發射頻率越來越高，它還希望能夠擴大每次發射運載的有效載荷。隨着未來Starship投入正式運營，單次發射任務的有效載荷能夠從現在Falcon 9的22.8噸提升至100-150噸。
SpaceX的發射業務主要服務三類對象：商業客戶、政府客戶、以及SpaceX自己的星鏈業務。
迄今爲止，SpaceX所有發射任務中有46%都是在爲建設自家的星鏈而發射衛星，這個佔比未來還將繼續提升。
SpaceX的商業客戶包括SES、Eutelsat、EchoStar、Inmarsat、Intelsat、Telesat等，佔SpaceX發射總量的28%，這些商業發射任務主要是把衛星送入軌道。有趣的是，SpaceX也爲其競爭對手提供發射服務。
SpaceX發射業務最大的客戶是美國政府，包括NASA, Space Force, Air Force等，約有21%的發射任務涉及美國政府的載荷，包括國際空間站 (ISS) 補給任務（~9%）和國際空間站機組人員運輸（~3%）。
2023年，SpaceX通過Falcon 9和Falcon Heavy共計完成了96次發射任務，並且沒有一次失敗。其中有63次是將Starlink衛星送入軌道，27次是將第三方的衛星送入軌道，另外有5次是爲美國政府服務，其中包括3次爲國際空間站運輸補給品、2次運送機組人員到國際空間站、1次運輸X-37B間諜機。
強大的動力引擎：從Merlin到Raptor
星艦的第一級和第二級都用到了Raptor猛禽引擎，其推力是上一代Merlin引擎的2倍。
Merlin引擎使用精煉煤油作爲燃料，Raptor引擎則使用低溫液態甲烷 + 液氧的混合物作爲燃料。
Raptor引擎於2014年開始研發，並於2023年4月正式開始使用。
Raptor Vacuum引擎 (RVAC) 是Raptor的變體，具有更大的排氣區域和膨脹噴嘴，爲太空環境中的星艦提供動力。
幾年以來，Raptor引擎進行了多輪迭代。SpaceX於2022年發佈了Raptor 2，並於2023年發佈了Raptor 3。每次迭代都對引擎的主要部件進行了簡化，降低重量並提升推力，很符合馬斯克的第一性原理。
Raptor 3的重量約爲1400公斤，與初始的Raptor 1的2000公斤相比，減少了30%，推動力從185噸提升到了269噸。
主要競爭對手：貝索斯的Blue Origin
在運載火箭發射領域，SpaceX具備壓倒性的競爭優勢，目前其主要競爭對手是Blue Origin。
Blue Origin（藍色起源）是由Amazon的創始人Jeff Bezos在2000年創立的，總部位於華盛頓州肯特郡。
Blue Origin完全由Bezos本人出資。據Ars Technica估計，Bezos已投資100-200億美元。
Blue Origin目前有兩種運載火箭型號：New Shepard，New Glenn。
New Shepard是一種亞軌道、可複用、可載人的運載火箭，既可以用作太空旅遊，也可以運輸有效載荷。其名稱源於第一位進入太空的美國宇航員Alan Shepard。
New Shepard從2010年正式開始研發，並於2015年開始測試。自2015年以來，New Shepard已經完成了24次亞軌道飛行，其中有6次是載人任務。
在2022年9月的一次發射任務中，New Shepard的發動機噴嘴出現結構性故障，導致發射失敗。
New Glenn是Blue Origin正在開發的一款重型推力、可複用、可載人的運載火箭。憑藉7米長的整流罩，它能夠向近地軌道（LEO）運載高達45噸的有效載荷。作爲對比參考，這個數字對於SpaceX的Falcon 9而言是22.8噸，對於Space的星艦而言是100-150噸。
New Glenn也是一款兩級火箭，第一級由7臺BE-4引擎提供動力，其使用液氧和液化天然氣作爲燃料。
Blue Origin表示New Glenn將於24年下半年進行首次發射，將NASA的研究機器人運送到火星。
除了Blue Origin之外，其他潛在競爭對手包括Arianespace，Rocket Lab，United Launch Alliance (ULA)等。
以上我們對SpaceX的發射板塊進行了全面解讀。