2019年8月20日，上海自貿(mào)試驗(yàn)區(qū)臨港新片區(qū)正式揭牌。兩個月前，上海市經(jīng)信委等六部門聯(lián)合發(fā)布了《聚焦臨港核心區(qū)打造上?！叭騽恿χ恰睂?shí)施方案》。方案提出，以聚焦臨港打造全球動力之城核心區(qū)為目標(biāo)，將上海建設(shè)成為源源不斷向世界輸出強(qiáng)大澎湃“中國動力”的全球動力之城。

臨港新片區(qū)如何打造成為融合硬科技和人文軟實(shí)力的全球動力之城核心區(qū)，在臨港新片區(qū)三周年之際，澎湃研究所與上海中創(chuàng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院聯(lián)合推出臨港新片區(qū)揭牌三周年特別策劃“在這里，逐夢星辰大海”。策劃將從臨港、上海和長三角城市群三個維度分析臨港建設(shè)全球動力之城的實(shí)力和短板，此外，還將重點(diǎn)分析“空天陸海能”五個動力產(chǎn)業(yè)體系。

2022年7月24日14時22分，海南文昌航天發(fā)射場，長征五號乙遙三火箭搭載問天實(shí)驗(yàn)艙點(diǎn)火升空。人民視覺  資料圖

全球正在進(jìn)入大航天時代，太空資源的開發(fā)與利用成為衡量一國國力的重要標(biāo)志。近幾年，隨著航天技術(shù)深入發(fā)展，運(yùn)載火箭、衛(wèi)星等商業(yè)航天領(lǐng)域迎來新藍(lán)海，火箭發(fā)動機(jī)、衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)等航天動力研制也成為國內(nèi)外戰(zhàn)略布局重點(diǎn)。上海航天動力歷史悠久，創(chuàng)新實(shí)力強(qiáng)勁，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)雄厚。面向未來，上海要依托臨港新片區(qū)衛(wèi)星研制基地和閔行商業(yè)航天基地兩大核心集聚區(qū)，加快打造商業(yè)航天智能化制造基地，在上海建設(shè)全球動力之城中彰顯應(yīng)有的作為與擔(dān)當(dāng)，在探索浩瀚宇宙，建設(shè)航天強(qiáng)國中貢獻(xiàn)“上海力量”。

航天動力產(chǎn)業(yè)競爭格局與發(fā)展趨勢

航天動力產(chǎn)業(yè)鏈組成

商業(yè)航天主要以火箭和衛(wèi)星為主。根據(jù)火箭推進(jìn)劑的形態(tài)，現(xiàn)代火箭發(fā)動機(jī)包括固體推進(jìn)劑和液體推進(jìn)劑發(fā)動機(jī)，兩類發(fā)動機(jī)各有特點(diǎn)，產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)略有不同。

固體推進(jìn)劑發(fā)動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、發(fā)射準(zhǔn)備周期短、發(fā)射點(diǎn)選擇靈活等特點(diǎn)，但“比沖”小，重復(fù)起動困難，不利于載人飛行?；鸺腆w推進(jìn)劑發(fā)動機(jī)的產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)包括燃燒室、噴管組件、點(diǎn)火裝置和火藥柱。

液體火箭采用液氧煤油、液氫液氧等液體推進(jìn)劑，雖然發(fā)射前準(zhǔn)備時間長，但運(yùn)載能力更強(qiáng)、可控性更高，主要用作航天器發(fā)射、姿態(tài)修正與控制、軌道轉(zhuǎn)移等。液體推進(jìn)劑發(fā)動機(jī)的產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)包括點(diǎn)火器、渦輪泵、推力室、燃?xì)獍l(fā)生器、燃燒劑與氧化劑貯箱和閥門。

圖1 航天動力產(chǎn)業(yè)鏈組成部分 本文圖片均由作者自制

衛(wèi)星被運(yùn)載火箭送入相對應(yīng)的軌道之后，需要推進(jìn)系統(tǒng)為衛(wèi)星的軌道轉(zhuǎn)移和位置保持提供推力，為衛(wèi)星姿態(tài)控制提供控制力矩，以維持在軌的正常運(yùn)行。

目前常用的衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)主要是化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)和電推進(jìn)系統(tǒng)兩大類，化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)又包括兩類，一類是和火箭非常相似的燃燒推進(jìn)器，另一類是早期的高壓冷氣推進(jìn)系統(tǒng)。衛(wèi)星化學(xué)推進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈核心環(huán)節(jié)由發(fā)動機(jī)、推力器、貯箱、氣瓶、閥門、管路、驅(qū)動控制電子設(shè)備、充壓氣體和推進(jìn)劑組成。電推進(jìn)系統(tǒng)利用太陽能轉(zhuǎn)化為電能，然后電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，不再需要使用固體或液體燃料，是航天大國著力研制的主要系統(tǒng)。電推進(jìn)系統(tǒng)一般包括電源處理單元、推進(jìn)劑工質(zhì)貯存與供應(yīng)單元、推力器。

航天動力產(chǎn)業(yè)競爭格局

2021年美國媒體評選出當(dāng)今世界四大航天強(qiáng)國，分別是美國、中國、日本和俄羅斯。美國是世界上較早開展航天活動的國家，航天產(chǎn)業(yè)規(guī)模和技術(shù)水平長期位居世界前列，且近年來商業(yè)航天發(fā)展迅猛，擁有SpaceX（太空探索技術(shù)公司）、Aerojet Rocketdyne（洛克達(dá)因）、Northrop Grumman（諾思羅普·格魯曼）、Blue Origin（藍(lán)色起源）等全球頭部企業(yè)。中國已取得載人航天、月球探測、火星探測、天宮空間站、長征系列運(yùn)載火箭等一系列重大成就。日本具有先進(jìn)的空間探測技術(shù)，俄羅斯大推力運(yùn)載火箭在全球保持明顯競爭優(yōu)勢。此外，法國、德國、英國、印度航天綜合實(shí)力在全球也排在前列。

從國內(nèi)來看，中國航天動力主要布局在北京、上海、西安、成都、武漢等城市。北京形成了“南箭北星”發(fā)展格局，航天產(chǎn)業(yè)規(guī)模全國居首，不僅擁有航天科技、航天科工等大型央企，還匯集了一批知名的商業(yè)航天企業(yè)，如藍(lán)箭航天、星際榮耀、宇航推進(jìn)等。2021年商業(yè)航天30強(qiáng)中，北京獨(dú)占19席。上海航天歷史悠久，依托臨港新片區(qū)衛(wèi)星研制基地、閔行航天基地等，集聚了上海航天動力技術(shù)研究所、上海空間推進(jìn)研究所等研究機(jī)構(gòu)以及一批代表企業(yè)，具備較強(qiáng)的航天產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。西安航天科研實(shí)力雄厚，航天六院是中國唯一的從事大型液體火箭發(fā)動機(jī)的研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、試驗(yàn)中心，但西安缺少商業(yè)航天的競爭力企業(yè)。成都在衛(wèi)星電子器件研制、火箭制造等領(lǐng)域具有部分全國領(lǐng)先的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化能力。武漢國家航天產(chǎn)業(yè)基地是中國除上海、西安之外的第三個國家級航天產(chǎn)業(yè)基地，已聚集了航天科工火箭公司、空間公司等多個航天“國家隊(duì)”。

此外，基于長三角雄厚的制造業(yè)基礎(chǔ)，蘇州、寧波、合肥等長三角城市也紛紛搶占商業(yè)航天新賽道，九州云箭、藍(lán)箭航天、天兵科技等國內(nèi)火箭“獨(dú)角獸”紛紛在長三角布局火箭發(fā)動機(jī)及總裝制造基地。

航天動力產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

從全球來看，未來運(yùn)載火箭傳統(tǒng)發(fā)射任務(wù)仍將維持穩(wěn)定增長，商業(yè)小衛(wèi)星發(fā)射需求即將爆發(fā)，軍用衛(wèi)星小型化也將成為重要趨勢，小衛(wèi)星發(fā)射市場空間巨大。“發(fā)展航天，動力先行”，航天器能否有效地進(jìn)入空間和利用空間并探索空間，在很大程度上取決于空間飛行器上的動力裝置能否可靠工作。基于空間推進(jìn)技術(shù)的重要性，世界各航天大國都在大力發(fā)展輕質(zhì)化、集成化、低成本、小體積、高性能和長壽命的先進(jìn)空間推進(jìn)技術(shù)，致力于推動空間推進(jìn)技術(shù)的不斷革新。

具體來看，航天動力領(lǐng)域未來發(fā)展趨勢主要有以下幾點(diǎn)：

一是中大型火箭將仍以推力更大的液體燃料發(fā)動機(jī)為主。在化學(xué)推進(jìn)技術(shù)方面，與固體發(fā)動機(jī)相比，液體發(fā)動機(jī)技術(shù)難度更大，運(yùn)載能力更強(qiáng)，在衛(wèi)星組網(wǎng)、空間站建設(shè)、深空探索等領(lǐng)域應(yīng)用更加廣泛。未來中國和國際主流火箭主要以液體燃料發(fā)動機(jī)為主，其中的全流量分級燃燒循環(huán)發(fā)動機(jī)被認(rèn)為是全球最先進(jìn)、高效、具有最高技術(shù)難度的發(fā)動機(jī)，能夠大大提高火箭性能。支持Space X“獵鷹9號”和“星艦”火箭發(fā)射的“猛禽”發(fā)動機(jī)即為此類。

二是燃料向更加安全、高效和清潔的方向發(fā)展。相較于現(xiàn)在使用的偏二甲肼/四氧化二氮、液氧煤油和液氫液氧這三類液體火箭推進(jìn)劑，甲烷推進(jìn)劑具有比沖更高、冷卻性能更好、積碳最少、更加清潔等優(yōu)勢，而且甲烷成本僅為煤油的1/5，甲烷密度低于煤油，在同等加注量的情況下，采用甲烷燃料貯箱稍大。未來以甲烷作為主燃料的火箭發(fā)動機(jī)將更多出現(xiàn)。美國的SpaceX公司、藍(lán)色起源公司等，其火箭發(fā)動機(jī)的推進(jìn)劑選擇的都是液氧甲烷推進(jìn)劑。2019年，具有30%-100%推力調(diào)節(jié)能力的液氧甲烷發(fā)動機(jī)進(jìn)入了我國重大技術(shù)裝備指導(dǎo)目錄，中國九州云箭當(dāng)年已經(jīng)研制成功了液氧甲烷火箭發(fā)動機(jī)。

三是可重復(fù)使用運(yùn)載火箭成為研制熱點(diǎn)。相比一次性使用運(yùn)載火箭，具備可重復(fù)使用能力的新型運(yùn)載器具有降低航天運(yùn)輸成本、提高安全可靠性、縮短發(fā)射準(zhǔn)備時間等明顯優(yōu)勢，是各國商業(yè)火箭發(fā)動機(jī)研制的重要方向，也代表了當(dāng)今航天科技領(lǐng)域的最高水平。其中涉及到火箭發(fā)動機(jī)深度推力調(diào)節(jié)技術(shù)、發(fā)動機(jī)多次啟動技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的突破。美國SpaceX獵鷹—9火箭是世界上第一款軌道級可重復(fù)使用火箭，2021年，中國亞軌道重復(fù)使用運(yùn)載器首飛試驗(yàn)成功。可以預(yù)見，未來各國將持續(xù)開展重復(fù)使用航天運(yùn)輸系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和演示驗(yàn)證。

四是衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)向電推進(jìn)技術(shù)方向發(fā)展。與傳統(tǒng)的化學(xué)推進(jìn)技術(shù)相比，電推進(jìn)技術(shù)（包括電熱、靜電、電磁等類型，靜電型包括離子電推和霍爾電推）更大的優(yōu)勢是比沖高一個數(shù)量級，可以節(jié)省大量推進(jìn)劑，所占空間小，能增加有效荷載，延長工作壽命，使航天器在無重力的太空狀態(tài)下連續(xù)工作幾年時間。電推進(jìn)技術(shù)將給航天器的導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制技術(shù)帶來顛覆性改變。對于頻繁變軌和長期軌道保持、探月、深空飛行、載人深空飛行等航天飛行總沖量大的任務(wù)，電推進(jìn)是最適用的推進(jìn)方式。

上海發(fā)展航天動力的優(yōu)勢與短板

上海發(fā)展航天動力具有深厚的歷史積淀，集聚了一批科研院所和龍頭企業(yè)，創(chuàng)新水平和產(chǎn)業(yè)發(fā)展在全國領(lǐng)先，充分展現(xiàn)了航天強(qiáng)國建設(shè)的“上海力量”。但按照上海建設(shè)全球動力之城的目標(biāo)要求，對標(biāo)國際一流水平，上海航天動力發(fā)展也面臨一些亟待突破的短板。

優(yōu)勢條件

一是航天歷史底蘊(yùn)深厚。早在1958年，承擔(dān)發(fā)射人造衛(wèi)星所需運(yùn)載火箭研制任務(wù)的中科院第一設(shè)計(jì)院遷往上海，并被命名為上海機(jī)電設(shè)計(jì)院。1960年，中國第一枚探空火箭T-7M在原南匯老港發(fā)射成功，是中國火箭技術(shù)史上第一個具有工程實(shí)踐意義的成果。1961年，上海航天技術(shù)研究院的前身上海市第二機(jī)電工業(yè)局正式成立，奏響了上海航天“鑄國之重器，赴星辰之約”的序曲。1965年，上?？臻g推進(jìn)研究所（六院801所）成立，該研究所是中國唯一專業(yè)從事航天空間動力的高科技研究所，推進(jìn)技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。

經(jīng)過多年積淀，上海已經(jīng)具備中、小型固體火箭發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)、試制、配方設(shè)計(jì)、總裝、發(fā)動機(jī)試驗(yàn)及型號發(fā)動機(jī)批產(chǎn)能力，大、中、小液體火箭發(fā)動機(jī)及空間推進(jìn)系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、試驗(yàn)測試和發(fā)射服務(wù)能力比較突出。

二是雙核載體引領(lǐng)發(fā)展。上海航天動力產(chǎn)業(yè)主要布局在臨港新片區(qū)和閔行兩個核心集聚區(qū)。臨港新片區(qū)以衛(wèi)星研制為主，著力建設(shè)中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新院衛(wèi)星研制基地，目前，臨港衛(wèi)星研制基地北區(qū)的衛(wèi)星總裝廠房已具備承擔(dān)30-50顆噸級衛(wèi)星研制生產(chǎn)能力，南區(qū)項(xiàng)目建成投產(chǎn)后將具備承擔(dān)600顆商業(yè)微納衛(wèi)星的研制生產(chǎn)能力。閔行上海國家民用航天產(chǎn)業(yè)基地是中國首個獲批的國家級航天產(chǎn)業(yè)基地，基地以上海航天技術(shù)研究院為核心，集運(yùn)載火箭、應(yīng)用衛(wèi)星、載人飛船、防空武器等航天產(chǎn)品研發(fā)、研制、試驗(yàn)于一體，成功突破一批航天動力領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)，順利完成嫦娥五號探測器、天問一號、新一代載人飛船試驗(yàn)船等國家航天重大戰(zhàn)略任務(wù)，有力提升了中國航天國際影響力。

三是龍頭企業(yè)集聚明顯。上海航天動力集聚了航天科技集團(tuán)以及科研院所一批下屬企業(yè)，包括上?？臻g推進(jìn)、上海航天動力科技、航天電源、利正衛(wèi)星、埃依斯、上海格思、歐科微等一批實(shí)力強(qiáng)勁的“國家隊(duì)”選手。同時，歐比特、九天微星、時空道宇等民營航天企業(yè)也先后落戶上海。龍頭企業(yè)的集聚奠定了上海航天動力產(chǎn)業(yè)在全國的領(lǐng)先地位，是上海建設(shè)全球動力之城的重要基礎(chǔ)與核心競爭力。

四是科研創(chuàng)新實(shí)力領(lǐng)先。上海集聚了上海航天動力技術(shù)研究所（八院806所）、上?？臻g推進(jìn)研究所（六院801所）、中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院等多所研究機(jī)構(gòu)，在航天發(fā)動機(jī)研制方面具有明顯優(yōu)勢。

其中上海航天技術(shù)研究院下屬上海航天動力技術(shù)研究所是中國航天領(lǐng)域唯一一個集固體火箭動力系統(tǒng)與推進(jìn)劑配方設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、試驗(yàn)為一體的專業(yè)研究所。上海空間推進(jìn)研究所是中國唯一專業(yè)從事空間推進(jìn)系統(tǒng)和中、小推力姿軌控液體火箭發(fā)動機(jī)研發(fā)的航天高科技專業(yè)研究所。中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院（上海微小衛(wèi)星工程中心）是中國航天衛(wèi)星及相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的總體單位之一，已成功發(fā)射新一代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星（悟空號）、量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星（墨子號）等77顆衛(wèi)星。

短板瓶頸

同時，上海發(fā)展航天動力還面臨以下幾方面瓶頸：

一是關(guān)鍵核心技術(shù)硬核支撐還不夠強(qiáng)。航天動力需使用耐高溫高壓抗氧化的貴金屬材料，但材料來源、提煉、深加工和制造都還是短板，在工藝、檢測、試驗(yàn)等領(lǐng)域也易被“卡脖子”，航天固體材料發(fā)動機(jī)機(jī)理、規(guī)律、基礎(chǔ)研究整體偏弱。下游的維修檢測服務(wù)、系統(tǒng)解決方案等增值服務(wù)領(lǐng)域還缺乏競爭優(yōu)勢。

二是商業(yè)航天動力企業(yè)集聚仍顯不足。當(dāng)前，全球航天動力設(shè)備正在從軍用市場向軍用+民用市場拓展，越來越多私營企業(yè)成為動力設(shè)備領(lǐng)域發(fā)展的重要力量，如美國SpaceX、貝索斯太空冒險(xiǎn)公司等成為航天商用領(lǐng)域的佼佼者。上海也吸引了一批民營航天動力企業(yè)落戶，但總體數(shù)量較少，未來要在軍民融合、軍轉(zhuǎn)民領(lǐng)域加快轉(zhuǎn)型，更加注重民營企業(yè)的引進(jìn)和培育，進(jìn)一步適應(yīng)和滿足未來市場需求。

三是產(chǎn)業(yè)發(fā)展生態(tài)還不健全。高能級高層次的航天動力功能性平臺目前布局還不夠，難以滿足企業(yè)進(jìn)行共性技術(shù)研發(fā)、開展測試驗(yàn)證等方面的需求。同時，航天動力設(shè)備制造、試驗(yàn)、驗(yàn)證等環(huán)節(jié)用地需求大、用電需求高，而上海土地資源空間有限，生態(tài)環(huán)保底線約束嚴(yán)格，一些環(huán)節(jié)受到限制無法落地或擴(kuò)建，這也要求上海聚焦重點(diǎn)、圍繞高精尖技術(shù)和高附加值領(lǐng)域加快突破。

上海發(fā)展航天動力的對策建議

下階段，上海要依托現(xiàn)有創(chuàng)新平臺和企業(yè)，大力發(fā)展低成本、高性能運(yùn)載火箭發(fā)動機(jī)和衛(wèi)星等空間飛行器推進(jìn)系統(tǒng)，形成航天動力設(shè)計(jì)、制造、測試、評估體系化研制能力，打造商業(yè)航天智能化制造基地，支撐上海全球動力之城建設(shè)。

一是加強(qiáng)航天技術(shù)工藝攻關(guān)突破。攻關(guān)固體發(fā)動機(jī)推進(jìn)、衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)虛擬驗(yàn)證等技術(shù)，著力布局液氧甲烷火箭、可重復(fù)回收利用商業(yè)運(yùn)載火箭、低成本衛(wèi)星組網(wǎng)、衛(wèi)星電推進(jìn)等新技術(shù)。以終端產(chǎn)品企業(yè)應(yīng)用為引領(lǐng)，推動零部件、基礎(chǔ)材料生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合高?？蒲性核?，加強(qiáng)航天燃?xì)獍l(fā)生器、閥門等關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件和航天超高溫長壽命錸、銥材料和低漏率異種金屬材料等基礎(chǔ)材料研發(fā)。發(fā)揮“大國工匠”等高技能人才核心作用，加強(qiáng)航天新型碳基復(fù)合材料焊接工藝等基礎(chǔ)工藝突破。

二是培育引進(jìn)優(yōu)質(zhì)航天動力企業(yè)。支持航天八院等單位積極爭取軍工企業(yè)混合所有制改革試點(diǎn)，推進(jìn)軍工企業(yè)對民品等業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)嵤┕煞葜坪突旌纤兄聘母铩７e極對接航天科技集團(tuán)、航天科工集團(tuán)、航空工業(yè)集團(tuán)等大型企業(yè)，大力吸引相關(guān)子公司、分公司及功能機(jī)構(gòu)落戶。積極引進(jìn)民營航天動力企業(yè)，建立企業(yè)梯度培育庫，加強(qiáng)企業(yè)針對性服務(wù)。

三是優(yōu)化航天動力產(chǎn)業(yè)生態(tài)。針對航天動力產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)項(xiàng)目，確保土地、人才等關(guān)鍵性生產(chǎn)要素供給保障，著力解決環(huán)保能耗指標(biāo)。提升現(xiàn)有平臺服務(wù)能級，進(jìn)一步吸引航天動力相關(guān)的國家級研發(fā)機(jī)構(gòu)、工程實(shí)驗(yàn)室、工程技術(shù)中心等平臺落戶。強(qiáng)化研發(fā)設(shè)計(jì)平臺、測試驗(yàn)證平臺、工藝仿真平臺、智能運(yùn)維服務(wù)平臺、大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺等功能性平臺支撐。

（作者唐麗珠系上海中創(chuàng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院首席產(chǎn)業(yè)分析師；唐小于系上海中創(chuàng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新研究院助理研究員）