商業運載火箭市場分析1.全球商業航天產業介紹商業航天產業鏈總體分為四個環節：（1）電子元器件、材料及燃料廠商；（2）衛星研制商、發射服務提供商和地面設備制造商；（3）衛星運營商與衛星應用服務提供商（國內衛星運營商主要是中國衛星網絡集團有限公司）；（4）終端用戶（政府、企事業單位、個人）。根據美國衛星產業協會（SIA）的統計數據，2022年全球航天產業的總收入是3840億美元，其中非衛星產業總收入為1030億美元，主要包括載人航天飛行收入、非地球軌道航天器收入和政府預算，衛星產業總收入為2810億美元，占全球航天產業收入的73%，主要包括了衛星制造業收入、發射服務業收入（約70億美元）、衛星服務業收入和地面設備制造業收入等。運載是進入空間的入口，目前我國火箭運力嚴重不足。雖然發射服務產值僅占整個航天產業的1.5%~2%，但是運載是進入空間的入口，是連接衛星制造及衛星應用的中樞環節，隨著國內外紛紛推出多個小型、中型、大型和巨型星座計劃，衛星發射需求不斷增長，但是火箭發射成本居高不下，成為制約星座大規模部署的主要瓶頸。對比spaceX的運載能力，我國現役運載火箭運載能力偏低，急需大力發展中大型可重復使用液體運載火箭，來滿足星座大規模部署所需的“低成本、高可靠、高頻次”發射能力。運載火箭主要由結構系統（箭體結構）、動力裝置系統（推進系統）以及控制系統等三個系統組成，這三個系統稱為運載火箭的主系統。運載火箭一般由2~4級火箭組成，每一級火箭都包括箭體結構、推進系統和飛行控制系統，末級有儀器艙，可裝載人造衛星和飛船，外面套有整流罩。如果火箭發射的有效載荷較大，可以在一枚火箭外面捆綁幾枚小火箭，稱為捆綁式火箭，中間的大火箭稱為芯級火箭，外圍捆綁的火箭稱為助推火箭。2.火箭發動機發展發展航天，動力先行。航天發展的瓶頸在火箭，火箭研發的瓶頸在發動機。火箭最核心的動力系統直接決定了火箭推力與運載能力，占全箭成本的70%到80%，對于運載火箭的系統復雜度、任務適應性、產品成本等均有較大影響。最早的運載火箭出現于第二次世界大戰的德國，V-2導彈是最典型代表，發動機是采用了以液氧/酒精作為推進劑的液體火箭發動機。目前液體和固體火箭發動機是火箭發動機中最基本、應用最廣泛的兩種發動機，其中固體火箭具有系統簡單、發射準備周期短、發射點選擇靈活等特點，在快速組網和補網等方面具有獨特優勢，但是固體火箭發動機一經點燃，就按照預定的推力方案工作，可控性差，難以實現可回收重復利用，而且固體火箭涉及的貯運安全和生產資質等問題難以解決，也制約了固體火箭成本的進一步下降，所以近年來，能夠實現重復使用從而大幅降低運載成本的液體火箭優勢突顯，成為商業火箭公司競爭的焦點。從效率方面評價火箭發動機的設計質量常常用到比沖的概念。比沖是消耗單位質量的推進劑所產生的推力沖量，是火箭發動機的主要性能參數之一。比沖越大，火箭可以達到的最大速度也越大，射程也越遠。固體推進劑的比沖一般都低于液體推進劑。2.1固體火箭固體火箭發動機是指使用固體推進劑的化學火箭發動機。固體火箭發動機由藥柱、燃燒室、噴管組件和點火裝置等組成。固體推進劑點燃后在燃燒室燃燒，產生高溫高壓的燃燒產物，燃燒產物流經噴管膨脹加速，以高速從噴管排出從而產生推力。固體火箭發動機憑借其結構簡單、可靠性高、便于機動部署、快速響應、維護使用方便等諸多優點，現已成為戰略/戰術導彈武器的主要動力裝置，同時，固體火箭發動機是航天運載火箭系統的重要動力源，國外大型或重型捆綁式運載火箭多將其作為首選助推動力。由于固體火箭推進劑比沖較低，固體火箭一般需要采用多級構型才能實現入軌，但是多級構型會影響到火箭整體的復雜性、可靠性以及成本問題。雖然固體火箭發動機在起步階段研發和制造成本低，固體火箭也是很多民營運載火箭公司進入商業發射服務領域的敲門磚，但當需要大推力火箭來發射更重的載荷時，固體火箭發動機的技術難度和成本就會爆發式增長。目前，固體火箭主要用于執行近地軌道或太陽同步軌道任務，更適合于追求快速發射的小衛星需求。2.2液體火箭液體火箭發動機是目前運載火箭主級或上面級的主要動力。隨著導彈和航天事業的迅猛發展，液體火箭發動機的應用范圍和種類越來越多，可按工況特點、推進劑類型、推進劑供應方式和用途等分類。各種不同類型的液體火箭發動機雖然結構有一定差別，但是基本組成都有推力室、推進劑貯箱、推進劑供應系統、渦輪工質供應系統、增壓系統和自動器等幾部分。液體火箭發動機動力路線的選擇主要從三方面考慮，即推進劑類型、推進劑供應方式與泵壓式系統的循環方式。目前，大多數液體火箭發動機使用雙組元推進劑，典型的雙組元推進劑組合主要包括四氧化二氮/偏二甲肼、液氧/液氫、液氧/煤油和液氧/甲烷。四氧化二氮/偏二甲肼屬于常溫推進劑，穩定性好，對沖擊振動均不敏感，能夠長時間貯存，加注過程簡單，可以縮短發射準備時間，但是偏二甲肼是劇毒燃料，四氧化二氮/偏二甲肼燃燒會產生橘紅色有害煙霧，嚴重污染環境。液氧/液氫比沖最高，性能優異，是無毒、綠色環保推進劑組合，但是密度比沖最低，需要體積較大的燃料貯箱，導致飛行器體積很大，另外由于液氫的溫度極低，貯箱和管路必須很好地隔熱，以盡量減少液氫的蒸發，以及濕氣和空氣在貯箱外壁的凝結，引入推進劑之前，必須吹除所有管道和貯箱中的空氣，不然固態空氣與液氫混合易發生爆炸，并且固態空氣也容易堵塞管道和閥門，這使得系統結構和發射工序都更為復雜，成本較高。液氧/煤油和液氧/甲烷同為無毒、綠色環保推進劑組合，由于甲烷比熱容高、結焦溫度高、黏度小，是較為理想的冷卻劑，可以更好地滿足重復使用推力室冷卻的要求，另外煤油在富燃燃燒時存在比較嚴重的積碳問題，將導致渦輪堵塞影響發動機推力，而甲烷在富燃燃燒時積碳極少，基本上沒有影響，甲烷的以上優勢降低了重復使用的維護成本，此外甲烷沸點與液氧相近，推進劑儲箱可以采用共底儲箱結構形式，從而提升了結構效率，考慮到未來月球和火星探測的需求，甲烷是最適合就地取材制取的。迄今為止，俄羅斯的RD-170系列代表了液氧/煤油發動機技術的最高水平，美國的SSME代表了液氧/液氫發動機技術的最高水平，美國藍色起源公司的BE-4與SpaceX公司的Raptor代表了液氧/甲烷發動機技術的最高水平。液體火箭發動機按推進劑供應方式分為泵壓式發動機和擠壓式發動機。擠壓式供應系統利用高壓氣體將貯箱中的液體推進劑擠壓輸送到發動機的推力室，是最簡單的推進劑供應方式，通常用在推進劑量和總沖量較小且比沖要求不高的發動機上。泵壓式供應系統通常采用燃氣驅動的渦輪泵作為主要增壓裝置，可以使推進劑組元在泵出口獲得很高的壓力，有效減少貯箱和增壓系統的結構質量，并且獲得很高的燃燒壓力，提高發動機比沖，通常應用在推進劑流量大、推力大、性能高的場合，如運載火箭和戰略導彈的主動力、上面級主推進系統等，系統較復雜。泵壓式系統的循環方式按照渦輪工質的來源可以分為燃氣發生器循、補燃循環（又稱分級燃燒循環）、膨脹循環及抽氣循環，其中補燃循環又分為富氧補燃循環、富燃補燃循環和全流量補燃循環。按照渦輪工質的排放方式又可分為開式循環和閉式循環，其中燃氣發生器循環和抽氣循環屬于開式循環，補燃循環和膨脹循環屬于閉式循環。各類循環方式的主要區別在于性能和結構復雜度，性能包括比沖、推力和推重比，它決定了飛行器的運載能力，結構復雜度包括組件數目和技術成熟度，決定了研制經費、生產周期和成本以及產品可靠性。綜合比較，補燃循環技術先進，無比沖損失，發動機性能更高，可以有效降低航天運載器的發射成本，代表著液體火箭發動機的發展方向。2.2.1液氧/液氫火箭發動機在火箭發動機領域，氫氧液體火箭發動機具有最高的比沖性能，燃燒產物是水，環保無污染，另外液氫具有良好的冷卻性能，使用液氫作冷卻劑的推力室可以重復使用，冷卻通道內也非常干凈，所以不論在一次性使用運載火箭還是未來可重復使用運載器中，氫氧液體火箭發動機都占有重要地位。但是液氫在使用上仍有不少缺陷，首先液氫溫度極低，需要隔熱建立超低溫的環境，其次氫分子量小，黏度低，很容易泄露，混合空氣后易爆炸，需要認真解決低溫密封問題，最后是液氫的密度很小，需要體積較大的燃料貯箱，導致飛行器體積很大。由于研制氫氧火箭發動機需要克服上面這些缺點，研制難度較大，加之液氫成本高昂，因此液氧液氫火箭發動機不適應低成本發射需求的商業運載火箭。1958年美國開始研制世界第一臺氫氧發動機RL-10，縱觀半個多世紀的發展歷程，氫氧發動機發展大致分為3個階段。第一個階段是起步發展時期（20世紀50年末到70年代初），發動機推力不大，推力級多為10t左右，各種循環方式全面發展，主要用于運載火箭上面級，代表型號有美國RL-10和J-2、蘇聯的RD-56、歐洲的HM-7和日本的LE-5，各國通過小推力氫氧發動機的研制，基本掌握了氫氧發動機的設計、生產和試驗技術，為大推力的氫氧發動機研制奠定了基礎。第二階段是高速發展時期（20世紀70年代中期至80年代末），這一階段關注于實現更大的推力和更高的性能，發動機循環方案以補燃循環為主，代表型號有美國的SSME、蘇聯的RD-0120、歐洲的Vulcain和日本的LE-7，推力量級為100t~200t，其中美國的SSME發動機還提出了多次重復使用的目標，迄今為止代表了液氧/液氫發動機技術的最高水平。第三階段是全面發展時期（20世紀90年代至今），這一階段各種推力量級和各種循環方式均全面發展，在追求性能的同事，也更加注重可靠性和研制成本，例如日本在LE-7基礎上發展了簡化設計的LE-7A，美國在擁有SSME之后，發展了低性能低成本的RS-68，Vulcain、RL-10、J-2則通過不斷優化提升性能和可靠性。此外，閉式膨脹循環開式向20t推力量級發展，日本獨辟蹊徑發展了開式膨脹循環氫氧發動機。我國氫氧發動機研制始于20世紀70年代，曾先后成功研制出用于CZ-3系列運載火箭上面級YF-73和YF-75，以及用于CZ-5芯一級的50t級YF-77和芯二級的9t級YF-75D。相比國外先進氫氧發動機，國內氫氧發動機推力偏小，由于尚未掌握氫氧發動機補燃循環技術，以及在設計和材料工藝方面的差距，國內氫氧發動機比沖和推重比水平偏低。目前我國正在研制220t級氫氧發動機，采用高壓補燃循環技術方案，設計參數達到世界先進水平，未來將作為重型火箭二級和三級的動力。大推力高壓補燃循環氫氧發動機的研制將大幅提升我國氫氧火箭發動機的水平，帶動我國氫氧發動機設計、制造工藝和試驗技術水平的提高升級。2.2.2液氧/煤油火箭發動機液氧/煤油是無毒、綠色環保推進劑組合，燃燒產物是水蒸氣和二氧化碳，是綜合性能優秀的推進劑。煤油作為常溫推進劑，貯存性能好，液氧煤油推進劑組合密度比沖高，使得火箭貯箱尺寸小、成本低。液氧煤油發動機作為運載火箭主動力裝置，是大規模、低成本進出空間的優選動力裝置，在國家重大航天運載項目、商業航天運輸系統和重復使用運載器領域占有重要位置。20世紀50~60年代，美國和蘇聯的航天運載主動力均以液氧煤油發動機為主。1957年蘇聯成功研制了80t級的RD-107/108液氧煤油發動機，并以此動力成功將第一顆人造衛星和第一名宇航員送入太空。60年代蘇聯研制了150t級的NK-33液氧煤油發動機，用于載人登月的N-1火箭，美國的土星Ⅴ重型運載火箭采用680t級的F-1液氧煤油發動機作為一級主動力，成功實現了載人登月。20世紀70~80年代，主動力選擇出現分歧。蘇聯致力于發展大推力液氧煤油高壓補燃循環發動機技術并取得突出成就，針對能源號和天頂號運載火箭需求，成功研制了740t級推力的RD-170和85t級的RD-120液氧煤油發動機，RD-170時至今日仍代表了液氧/煤油發動機技術的最高水平。由于技術和相關工業體系發展方向等原因，美國航天飛機、歐洲阿里安5火箭和日本H-2A火箭等運載火箭的主動力，轉向采用大推力固體助推器加液氧液氫發動機的模式。20世紀90年代以來，俄羅斯液氧煤油發動機技術達到世界最高水平。90年代，俄羅斯在繼承RD-170發動機的基礎上，成功拓展研制了400t級推力的RD-180和200t級推力的RD-191液氧煤油發動機，其中RD-180發動機出口美國用于宇宙神系列運載火箭，另外還有NK-33（用于美國阿塔瑞斯運載火箭）和RD-120也被引入美國。進入21世紀，美國民營宇航公司迅速發展，2005年以來SpaceX公司研制了Merlin-1系列液氧煤油發動機，成為獵鷹1/9運載火箭成功和SpaceX公司崛起的關鍵。20世紀80年代起，我國開始研究液氧煤油發動機技術，經歷三十余年發展我國已成為世界第二個完全掌握液氧煤油高壓補燃循環發動機技術的國家，并形成了系列化、型譜化發展路線。目前我國正在研制500t級和240t級液氧煤油高壓補燃循環發動機，未來可作為重型、中大型運載火箭主動力，這些發動機的研制將大幅提升我國航天動力的技術水平，助力載人登月、深空探測等重大航天任務實施，有力提升我國未來大規模進人空間、利用空間的能力。2.2.3液氧/甲烷火箭發動機液氧甲烷發動機的概念早在20世紀60年代就已提出，但是航天大國蘇聯和美國的研究重點分別放在液氧煤油和液氧液氫發動機上，并沒有給予足夠重視。近年來隨著可重復使用運載器動力需求的提出，液氧甲烷發動機由于具備無毒環保、高比沖、不易結焦積碳、易于重復使用、低成本等綜合優勢，受到商業航天公司的青睞，并涌現出一批不同成熟度的代表型號。液氧甲烷發動機因為具有低成本、無毒無污染、不易結焦積碳、使用維護方便、適于重復使用、比沖較高等特點，更加適宜于重復使用、低成本運載器的使用要求，已成為下一代液體運載火箭的理想動力選擇，世界主要航天強國都在積極開展液氧/甲烷發動機技術和火箭技術的研究。美國是最早對液氧/甲烷發動機進行研究的國家之一，目前走在液氧甲烷發動機研制與應用的前列，美國SpaceX和BlueOrigin兩家私有企業主導了大推力液氧/甲烷發動機（Raptor、BE-4）的研制工作。“猛禽”（Raptor）是美國太空探索技術公司（SpaceX）正在研發的液氧甲烷發動機系列，計劃作為該公司“星艦”和“超重”助推器的主動力，是世界首款實用化的全流量補燃循環火箭發動機，該系列有“猛禽”1（Raptor1）、“猛禽”2（Raptor2）和“猛禽”真空版（RaptorVacuum）3個版本。2021年5月，“猛禽”1首次完成全任務時長發動機試驗，“猛禽”2是“猛禽”1的改進版，2022年3月開始交付給進行軌道測試的“星艦”使用，目前“猛禽”2仍在持續改進中。BE-4發動機是藍色起源公司（BlueOrigin）正在研發的大推力液氧甲烷發動機，計劃用于其自主開發的“新格倫”火箭和聯合發射聯盟的“火神-半人馬”火箭上。BE-4的設計推力高達2450kN，是全世界初始設計推力最高的液氧甲烷發動機，采用富氧補燃循環，設計燃燒室壓13.4MPa，海平面比沖310s，同時具備40%~100%變推力、100次重復使用和±5?搖擺能力。2020年5月，BE-4進行了全推力狀態下的8?搖擺試驗，總試車時間累計達2500s，2022年11月，兩臺BE-4完成在“火神-半人馬”火箭上安裝，2023年1月隨火箭運抵發射塔架，目前正在準備進行全箭的安裝和測試，但是2023年6月供“火神-半人馬”火箭第二次發射任務使用的BE-4在測試中發生爆炸事故，交付時間或推遲。我國于20世界80年代開展了液氧/甲烷發動機的預先研究工作，進入21世紀后，我國啟動了液氧/甲烷發動機關鍵技術研究。通過“十一五”、“十二五”的研究，中國已經基本突破了重復使用液氧甲烷發動機關鍵技術，驗證了60噸級液氧甲烷發動機重復使用性能，開展了3噸級和8噸級高性能上面級液氧甲烷發動機關鍵技術攻關，契合了世界重復使用火箭發動機的研究方向。國內商業航天公司方面，藍箭航天、星際榮耀、九州云箭、宇航推進等公司近年來也紛紛發布了新型運載火箭計劃并投入液氧甲烷發動機的研制。2019年藍箭航天80噸級液氧甲烷發動機“天鵲”12號和星際榮耀15噸級液氧甲烷發動機“焦點”1號全系統長程試車成功，緊隨其后2021年九州云箭80噸級液氧甲烷發動機“龍云”和10噸級液氧甲烷發動機“凌云”完成全系統長程試車，2023年7月12日，采用“天鵲”發動機的朱雀二號液氧甲烷火箭成功在酒泉衛星發射中心發射成功，成為世界上第一枚成功入軌的甲烷火箭。3.美國spaceX發展歷程美國太空探索技術公司（SpaceX）由埃隆?馬斯克（ElonMusk）于2002年創立，經過20年的發展，研制出了“獵鷹”（Falcon）系列運載火箭、“龍”（Dragon）飛船、“載人龍”（CrewDragon）飛船、“星鏈”（Starlink）星座、“星艦”飛船和“超重”火箭等航天系統，業務覆蓋大中小型衛星發射服務、貨物與乘員運輸、低軌寬帶通信服務等領域，取得了多項突破，已經成為美國商業航天企業的先鋒力量。SpaceX的發展大致可以分為三個階段，第一階段（2002~2009）是萌芽時期。SpaceX從無到有，首枚火箭“獵鷹”-1的研制歷經坎坷，第一次發射比原計劃推遲了1年，在經歷了2006~2008年連續三次失敗后，終于2008年9月取得成功，成為首次成功發射入軌的私人液體火箭，并于2009年7月連續第二次試射成功，同時首次將衛星送入低地球軌道。2008年12月，SpaceX公司贏得了NASA高達16億美元的國際空間站商業貨運合同，并計劃采用獵鷹-9和“龍”飛船在航天飛機退役后為國際空間站運送物資。第二階段（2010~2017）是快速成長時期。為了滿足NASA的空間站貨運合同，SpaceX叫停了“獵鷹”-5的研發，直接沖刺運載能力更強的“獵鷹”-9火箭。2010年6月，“獵鷹”-9首次飛行，2012年“龍”飛船與國際空間站對接，成為歷史上首次對接國際空間站的商業飛船。“獵鷹”-9火箭于2015年和2016年相繼實現火箭一子級陸地和海上平臺回收，并于2017年實現一子級的重復使用，重新定義了運載火箭，并形成大規模、快速、低成本進入空間能力。第三階段（2018年至今）是發展壯大時期。“獵鷹”-9火箭從首飛開始就進行了大量設計上的持續改進，在經歷了8年的迭代升級后，終極版“獵鷹”-9（“獵鷹”-9Block5）定型。2018年獵鷹重型火箭首飛成功，成為現役推力最大的運載火箭（近地軌道運載能力63.8t）。2020年SpaceX順利發射載人“龍”飛船，這是航天飛機退役后時隔近9年美國再次自主將本國航天員送入軌道，載人“龍”飛船認證完成最后一個重要里程碑。2021年星艦原型機SN15成功實現10km高度飛行演示驗證，2023年4月“超重-星艦”執行首次軌道級測試飛行任務，但升空后不久發生爆炸，“超重-星艦”未來將具備全箭可完全重復使用能力。SpaceX公司用了16年時間，先后研制成功“獵鷹”-1、“獵鷹”-9和“獵鷹”重型系列運載火箭，同時已經成功為NASA執行了多次國際空間站貨運補給和載人航天飛行任務。自2010年6月以來，獵鷹9系列火箭在13年中（截止2023年10月10日）已發射263次，其中261次成功（任務成功率99.2%），一子級成功回收219次，復用一子級發射194次。2022年“獵鷹”-9火箭復用一級火箭占當年發射總量的93.33%（56/60），截止2023年10月10日，2023年“獵鷹”-9火箭復用一級火箭占當年發射總量的94.12%（64/68），SpaceX擁有11枚使用次數達到10次以上的火箭，其中2枚已經“一箭十七飛”。憑借獨一無二的火箭回收復用技術與高效運營，SpaceX已經順利實現了低成本、大中型運力、美國自主可控的航天發射能力，坐穩了全球運載第一把交椅。“獵鷹”系列火箭以出色的性能和低廉的價格，給世界航天帶來大幅沖擊和震動，“獵鷹”-9商業發射報價甚至低于我國“長征”系列運載火箭。“星鏈”星座補齊商業閉環，后續實踐明顯有助于軍事利用。衛星星座興起于20世紀90年代，通過利用低軌衛星的覆蓋優勢，可以擺脫鋪設光纖電纜的高成本基建，為偏遠地區和發展中國家提供快速、廉價的網絡連接服務，還可以通過衛星通信系統提升現有互聯網主干的速度，形成天地一體化全球無縫覆蓋的信息網絡。但是上世紀90年代由于小型通信衛星研制與發射費用較高，導致系統建設耗資巨大，而相比發展迅猛的地面移動通信，衛星互聯網通信速率低，費用高，終端昂貴，潛在市場有限，于是在2000年前后低軌通信與星座系統建設進入長達十余年的建設低潮，之后隨著火箭發射成本降低、衛星制造能力提升以及集成電路技術的進步等，低軌衛星通信系統悄然復蘇。2015年SpaceX宣布投資“星鏈”星座，計劃2024年部署完成4425顆衛星，2027年部署完成7518顆衛星，預備占位衛星30000顆，共計42000顆衛星，是全球迄今為止規模最大的衛星星座項目。SpaceX低成本火箭的研發成功促成了“星鏈”計劃的大規模建設，而“星鏈”計劃的可觀收入將用于支持SpaceX未來火星探索和移民計劃的巨大投資。2019年SpaceX以一箭60星的方式首次發射“星鏈”衛星，目前已發射了5000多顆低地球軌道小衛星。從2020年開放服務至2023年9月，“星鏈”已覆蓋7個大洲，60多個國家，連接超過200萬用戶，初步部署成功后，預期每年可以帶來幾百億美元的收益。2022年2月俄烏沖突爆發后，烏克蘭通過“星鏈”實現對原有地面互聯網基礎設施的替代，展示了一個可擴展、彈性巨型星座架構的能力，“星鏈”計劃突破了商業邊界。2022年12月SpaceX公司發布了“星盾（Starshield）”計劃，該計劃平行于“星鏈（Starlink）”項目，旨在為美國提供全球部署的衛星遙感、加密通信、其他軍用平臺模塊化托管能力。該計劃基于“星鏈”的技術和生產線，并與“星鏈”通信兼容。“星盾”計劃利用“星鏈”衛星星座，為美國情報機構、國防部等部門提供數據加密傳輸、戰場信息感知等多項服務，特別是為美軍一直欠缺的戰場高通量信息傳輸、戰場衛星遙感信息獲取等方面提供支持，將有效增強美軍偵察遙感、通信中繼、導航定位、精確打擊等作戰能力。SpaceX公司制勝的關鍵就是低成本。SpaceX始終堅持“簡單、低成本、高可靠”的經營理念，使用貨架產品結合成熟技術，并在合理范圍內大膽使用新材料和新工藝，打造出了性能較好的經濟適用的金牌火箭，并以單一型號火箭撐起了美國幾乎整個航天發射能力。SpaceX火箭低成本的原因是復雜而多層次的，既有來自外部美國政府在資金、政策和技術等方面的支持，也有源于SpaceX自身在設計理念、生產制造、配套采購、管理模式等方面尋求的低成本方法和策略。運載火箭可復用技術創新是低成本的主要原因。“獵鷹”-9火箭的成本約5000~6000萬美元，推進劑成本只有20萬美元，只有運載火箭可復用才能推動發射成本實現數量級上的降低，根據SpaceX發布的數據，在技術進一步成熟后，僅一子級回收多次重復使用即可降低發射成本的80%。目前，在航天領域回收航天器有四種方式：一是利用降落傘垂直下降，我國“神舟”飛船的返回艙就采用了這種回收方式；二是在動力輔助下通過滑翔飛行進行回收，蘇聯的“暴風雪”航天飛機就是采用了這種回收方式；三是單純通過滑翔飛行達到水平著陸，美國的航天飛機和X-37B采用了這種回收方式；四是通過動力反推完成垂直回收，SpaceX的“獵鷹”-9火箭就是選擇了這種方式。方式二和方式三的共同特點是垂直起飛水平降落，采用帶翼飛回式結構，曾是美國和蘇聯航天飛機選擇的回收方式，但是由于航天飛機規模過大、結構過于復雜、維修量過大、發射操作不夠靈活、飛行次數與發射頻率太低等從而造成很高的操作費用，最終并沒有實現降低發射成本。SpaceX公司最初曾選擇傘降方式，但是由于液體火箭貯箱難以承受落海時不可控的巨大沖擊，以及價值量最大的液體火箭發動機難以承受海水的浸泡和侵蝕，而且同期進行的垂直起飛垂直降落測試的“蚱蜢”原型機不斷取得突破，所以在嘗試幾次傘降回收失敗后，“獵鷹”-9最終選擇了垂直回收模式。根據公眾號小火箭的《SpaceX可回收火箭技術與成本分析》的測算，如果SpaceX公司能夠把對第一級火箭的檢測維修成本控制在295萬美元以內的話，同一枚火箭的第8次發射的報價將會是一次性火箭的一半。相比航天飛機的水平滑翔回收，采用垂直回收方式會有新的技術難度。垂直回收技術主要遇到四大技術難題：（1）再入隔熱難度大。完全可重復使用火箭采用傳統圓柱體外形，相比流線型升力體外形，在再入返回時，所承受的氣動熱環境和氣動載荷環境將比發射時更加惡劣，需要材料具備耐超高溫和氣流沖蝕的特性；（2）姿態控制難度大。在返回過程中，火箭各子級再入速度大，在5k