深度解码SpaceX：发射成本、星舰进展和竞争格局
上周Elon Musk在美国德州的SpaceX星城发表全员演讲，给出了人类成为星际文明的具体路径，非常振奋人心。
虽然马斯克和Tesla家喻户晓，但是其创办的SpaceX却是一家非常神秘的公司。
它没有上市，但它的估值已经达到1800亿美金，超过了美国历史上任何一次IPO。
如果把SpaceX和S&P 500的巨头放在一起，它仍然处于“力速双A”的第一象限。
由于SpaceX的部分业务涉及军工，其经营数据一直处于高度保密状态。
而在上周，Morgan Stanley发布了SpaceX的超级深度报告，对其进行了CT扫描式分析，披露了不少重要情报，是一份非常宝贵的研究资料。
下面我给大家解读一下这篇大报告。
SpaceX的核心Fact Sheet
首先给大家分享一组SpaceX的关键数据，让大家对这个神秘公司有个定量认知：
2024年SpaceX预计收入可达130亿美金，同比增长54%，预计2035年可达1000亿美金
SpaceX目前已经处于盈利状态，具体利润规模未知
SpaceX的发射成本比竞争对手低5-10倍
2023年，SpaceX平均每3天发射1枚火箭
到24年底，SpaceX的卫星约占到全球所有运作中卫星总数的60%
Starlink目前拥有约260万名付费用户，每周增长约2.5万
Starlink的“in-situ”卫星通讯网络在俄乌战争中起到了决定性的作用
SpaceX是唯一一家将宇航员送入国际空间站（ISS）的私营发射承包商
SpaceX有大约1.3万名员工
2023年12月，SpaceX的估值达到1800亿美金，23年夏季SpaceX的估值曾为1500亿美金，增长迅速
根据SpaceX 25年预测收入，其估值约10x PS
Elon Musk在2002年创办了SpaceX，旗下主要有两大业务板块：发射（Launch）与星链（Starlink）。
发射业务致力于将有效载荷送入太空轨道。通过可复用的火箭，SpaceX的发射成本比竞争对手低5-10倍，具备显著竞争优势。
基于自家强大的发射能力，SpaceX已将数千颗卫星送入太空轨道，构建了星链，向用户提供基于卫星互联网的通信服务。
星链是全球最大的卫星互联网，截止目前已包含5600颗运作中的低轨卫星，占全球卫星总数的60%以上。
星链的客户包括个人、企业、政府、军队，可以为船只、飞机、无人机等终端提供稳定的互联网通信支持。
时至今日，地球表面仍有90%的区域没有手机通信服务，全球仍有27亿人口无法访问互联网。SpaceX的星链服务未来有望成为全球通信的重要基础设施。
SpaceX盈利的关键：复用性
SpaceX为其商业及政府客户提供发射服务，帮助他们将载荷运输到太空中，比如将卫星送入轨道、将宇航员送上国际空间站、将军事设备部署到太空等。
SpaceX发射业务的定价取决于载荷重量以及运输距离，平均下来每次发射的定价约为6200万美金。
复用性（Re-Usability）是让SpaceX的发射业务盈利的关键。
根据SpaceX官方的描述，相比那些在重返大气层时燃烧殆尽的传统火箭而言，具备复用性的运载火箭可以将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，当时Falcon 9的第一级成功在地面着陆。迄今为止的315次发射中，Falcon 9共完成了260次重复发射，充分体现了复用能力的经济价值。
Falcon 9只有第一级可以回收再利用。为了提升运载效率和重复利用率，SpaceX正在设计研发星舰（Starship），以实现运载火箭第一级+第二级的完全重复利用。
为了让运载火箭具备复用性，SpaceX运用了以下重要技术：
（1）着陆腿（Landing Legs）：Falcon 9第一级使用了四条碳纤维着陆腿，在接近地面时展开。
（2）网格鳍（Grid Fins）：网格鳍此前主要用于军事导弹。Falcon 9第一级在大气中下降时，网格鳍能够有效控制推力矢量，从而实现精确着陆。
（3）可重启动的点火系统（Restartable Ignition Systems）：Falcon 9的第一级可以重新点燃9个Merlin引擎，以便在重返大气层和着陆期间进行减速和重定向。
（4）无人船（Autonomous Spaceport Droneships）：如果运载火箭在下降过程中偏离了目标着陆点，它可以选择降落在海面的无人船上。每艘无人船可以通过星链进行通信，确保其处于精确的对接位置。
SpaceX目前拥有3艘无人船，它们各自都有一个有趣的名字：
无人船1号的名字是“当然我仍然爱你”（Of Course I Still Love You）
无人船2号的名字是“只需阅读说明”（Just Read the Instructions）
无人船3号的名字是“重力不足”（A Shortfall of Gravitas）
SpaceX目前有两款在运营中的运载火箭型号：Falcon 9以及Falcon Heavy。
Falcon 9是一个可部分复用、中等推力的两阶段运载火箭，从2010年开始服役至今，是SpaceX的主力火箭型号。名称中带有“9”，是因为其配备了9个Merlin引擎，能提供超过170万磅的推力。
Falcon 9的第一级被称为助推器（Booster），推动运载火箭进入太空，随后与第二级分离。将有效载荷送入轨道后，第二级在重返大气层的过程中燃烧殆尽，而第一级能够顺利着陆并重复利用。
Falcon 9的有效载荷为22.8吨，目前已经累计完成了超过300次发射任务，占到SpaceX总发射任务的95%以上。
Falcon 9有着极高的发射成功率，在服役期间仅有2次发射失败记录，上一次发射失败还是在2016年，总成功率超过99%，是人类历史上可靠性最高的运载火箭。
Falcon Heavy是一个可部分复用，具备超强推力的两阶段运载火箭，从2018年开始服役至今。
Falcon Heavy有着3个Falcon 9引擎核心，即27个Merlin引擎，能产生500万磅的推动力，总有效载荷63.8吨，约为Falcon 9的三倍。
尽管Falcon Heavy性能强大，截至目前它只发射了9次。Falcon Heavy的发射中约有一半需求来自美国军方，包括X-37间谍机等，这是因为军事载荷体积较大，更适合大型运载火箭。
星舰Starship：人类有史以来最强的运载火箭
接下来我们重点讲讲SpaceX的星舰Starship。
星舰（Starship）是一种完全可复用的两级超重型运载火箭，能够产生超过1600万磅的推力，是Falcon 9的10倍，是NASA太空发射系统火箭的2倍。
Starship高约400英尺，能够支持100-150吨的有效载荷，差不多是Falcon 9的4倍以上。
Starship目前仍处于测试阶段。一旦投入使用，它将是人类有史以来最强大的运载火箭。
到目前为止，Starship已经进行过3次测试，每次测试都取得了里程碑式的进展。最近的一次测试发生在2024年3月14日，Starship在热分级、有效载荷舱门测试、推进剂转移、一级回收等重要领域取得了重要突破，未来可期。
星舰由两部分组成：超重型助推器（Super Heavy Booster）、星舰上层（Starship Upper Stage）。二者结合起来，形成了完整的（或者说“集成的”）星舰。
超重型助推器是第一级，包含33个猛禽发动机（Raptor Engine），其中13个位于中心，20个位于周边。
星舰上层是第二级，包含3个针对海平面优化的Raptor 2引擎和3个针对太空环境优化的Raptor Vacuum引擎。
在发射过程中，超重型助推器提供升空时所需的动力。一旦超重型助推器的燃料耗尽，它就会从星舰上层分离并返回地球。
这时星舰上层（第二级）会抛弃超重型助推器（第一级）并点燃自己的发动机将自身推入轨道，继续行驶并将有效载荷运送到目的地，最后返回地球并降落在地面上。
随着未来星舰正式投入使用，SpaceX能够把更大规模的Starlink V2卫星送入近地轨道，并实现第二代星链的部署。
除此之外，星舰还有潜力让SpaceX提供地对地高速旅行的商业服务，以及推进人类对月球及火星的探索。
SpaceX还在开发一种专门用来给其他星舰加油的星舰，让星舰在出发去火星之前，能够在近地轨道（LEO）加满油再出发。
可以说，星舰承载了马斯克星际探索的梦想和决心。
发射频率节节攀升，美国政府是最大客户
2018年时，SpaceX平均每月进行2次发射。目前SpaceX每个月进行10 次发射，即每周约2次。2024年3月的第一周，SpaceX在24小时内进行了3次单独发射，发射频率节节攀升。
随着SpaceX的发射频率越来越高，它还希望能够扩大每次发射运载的有效载荷。随着未来Starship投入正式运营，单次发射任务的有效载荷能够从现在Falcon 9的22.8吨提升至100-150吨。
SpaceX的发射业务主要服务三类对象：商业客户、政府客户、以及SpaceX自己的星链业务。
迄今为止，SpaceX所有发射任务中有46%都是在为建设自家的星链而发射卫星，这个占比未来还将继续提升。
SpaceX的商业客户包括SES、Eutelsat、EchoStar、Inmarsat、Intelsat、Telesat等，占SpaceX发射总量的28%，这些商业发射任务主要是把卫星送入轨道。有趣的是，SpaceX也为其竞争对手提供发射服务。
SpaceX发射业务最大的客户是美国政府，包括NASA, Space Force, Air Force等，约有21%的发射任务涉及美国政府的载荷，包括国际空间站 (ISS) 补给任务（~9%）和国际空间站机组人员运输（~3%）。
2023年，SpaceX通过Falcon 9和Falcon Heavy共计完成了96次发射任务，并且没有一次失败。其中有63次是将Starlink卫星送入轨道，27次是将第三方的卫星送入轨道，另外有5次是为美国政府服务，其中包括3次为国际空间站运输补给品、2次运送机组人员到国际空间站、1次运输X-37B间谍机。
强大的动力引擎：从Merlin到Raptor
星舰的第一级和第二级都用到了Raptor猛禽引擎，其推力是上一代Merlin引擎的2倍。
Merlin引擎使用精炼煤油作为燃料，Raptor引擎则使用低温液态甲烷 + 液氧的混合物作为燃料。
Raptor引擎于2014年开始研发，并于2023年4月正式开始使用。
Raptor Vacuum引擎 (RVAC) 是Raptor的变体，具有更大的排气区域和膨胀喷嘴，为太空环境中的星舰提供动力。
几年以来，Raptor引擎进行了多轮迭代。SpaceX于2022年发布了Raptor 2，并于2023年发布了Raptor 3。每次迭代都对引擎的主要部件进行了简化，降低重量并提升推力，很符合马斯克的第一性原理。
Raptor 3的重量约为1400公斤，与初始的Raptor 1的2000公斤相比，减少了30%，推动力从185吨提升到了269吨。
主要竞争对手：贝索斯的Blue Origin
在运载火箭发射领域，SpaceX具备压倒性的竞争优势，目前其主要竞争对手是Blue Origin。
Blue Origin（蓝色起源）是由Amazon的创始人Jeff Bezos在2000年创立的，总部位于华盛顿州肯特郡。
Blue Origin完全由Bezos本人出资。据Ars Technica估计，Bezos已投资100-200亿美元。
Blue Origin目前有两种运载火箭型号：New Shepard，New Glenn。
New Shepard是一种亚轨道、可复用、可载人的运载火箭，既可以用作太空旅游，也可以运输有效载荷。其名称源于第一位进入太空的美国宇航员Alan Shepard。
New Shepard从2010年正式开始研发，并于2015年开始测试。自2015年以来，New Shepard已经完成了24次亚轨道飞行，其中有6次是载人任务。
在2022年9月的一次发射任务中，New Shepard的发动机喷嘴出现结构性故障，导致发射失败。
New Glenn是Blue Origin正在开发的一款重型推力、可复用、可载人的运载火箭。凭借7米长的整流罩，它能够向近地轨道（LEO）运载高达45吨的有效载荷。作为对比参考，这个数字对于SpaceX的Falcon 9而言是22.8吨，对于Space的星舰而言是100-150吨。
New Glenn也是一款两级火箭，第一级由7台BE-4引擎提供动力，其使用液氧和液化天然气作为燃料。
Blue Origin表示New Glenn将于24年下半年进行首次发射，将NASA的研究机器人运送到火星。
除了Blue Origin之外，其他潜在竞争对手包括Arianespace，Rocket Lab，United Launch Alliance (ULA)等。
以上我们对SpaceX的发射板块进行了全面解读。