中美之间航空航天领域差距有多大？

——2020.06.04更——

川建国同志最近这一波助攻实在是有点猛。虽然短期看不出影响，星链还在照发，ISS的合同也继续执行，但经济滑坡了，官方航天和商业航天都会受影响，尤其是星链这种激进的(半)商业计划。至于具体影响几何，目前还言之尚早，不妨明年再回过头来看，先让子弹飞一会儿。

——以下为原回答——

令人难过的事实是，中国在航天领域相比美国的差距，恐怕已经到了危险的地步。只不过因为前些年神舟飞船的接连升空和航天飞机的事故和退役，而让人产生了差距不大的错觉而已。

当然，这个差距并不是因为我们自满懈怠不努力，而是从中国航天事业的诞生之日起就业已存在。

前些天4月24号，是东方红一号卫星发射50周年纪念日，各种形式的纪念活动也算掀起了一波热潮。我们从课本里学到的是中国是世界上第五个把卫星发射到太空的国家，虽然第五，但是这颗卫星的重量比前四个国家的首颗卫星总和还要大。

这话不错，我们虽然来的晚了一点，但是重量大嘛，算下来也不差。但课本里没说的是，就在这之前不到一年，美国人已经已经实现了载人登月。登月所用到的土星五号运载火箭，近地轨道运载能力是118吨，大概600多颗东方红一号的重量。

创业不易，经过了50年的艰苦奋斗，中国航天事业的确取得了巨大跨域，从前些年的神舟天宫，到近些年的长五长七，都是我国航天事业取得的巨大成就，都是无数航天人辛勤汗水的结晶。

那为什么还要说，中美两国航天事业发展水平的差距，已经到了危险的地步呢？

的确，仅从前些年来看，航天飞机退役以后，美国的载人航天任务要依靠俄罗斯的火箭和飞船，国际空间站也可能在2024年以后退役，很可能中国会成为世界上仅有的拥有空间站的国家。这么看来，作为唯二的拥有载人飞船的国家，和将来的唯一的拥有空间站的国家，中国航天赶超美国似乎指日可待。

但是美国人这些年并不是在睡大觉。在当前和可预见的未来，美国人低成本大规模进入太空的能力，已经到了一骑绝尘的地步。

故事要从问题问到的航天飞机说起。航天飞机是美国人在可复用航天器领域的初步探索，虽然技术上有很多过人之处，但是在低成本这个航天器复用的根本目的上，谈不上成功。

所以上世纪九十年代，为了寻求航天飞机的继任者，国际上曾经有过一阵研制空天飞机，单级入轨航天器的热潮，造型炫酷，比如

但根本目的，是提供更低成本，更安全的进入太空的能力。

具体多低呢？可惜这些项目在21世纪初纷纷下马，纸面数据不好参考，同时通胀因素引入额外变量，所以我们拿唯一活下来的独苗Skylon空天飞机做个参考

Skylon继承了前面说的英国霍托尔空天飞机的衣钵，在政府项目下马后，项目核心成员找到了私人赞助，把研究继续下去，近些年取得了一定突破，完成了发动机试车，预计10年内首飞。

这个黑科技空天飞机的PPT性能如何呢？

近地轨道运载能力：15吨

LEO运价：约800美元/公斤

如过真能成功的话基本上可以算是实现了“将进入LEO的成本从10000美元/公斤降至1000美元/公斤”的牛皮，值得期待。

但问题是现在的火箭已经不是当年的火箭了。虽然造型算不上炫酷，看上去也没什么逆天的黑科技，但是SpaceX凭一己之力把LEO入轨价格降到了2000美元以下。

16年的数据，猎鹰重型（不回收）

近地轨道运载能力：54.4吨

LEO运价：约1600美元/公斤

关于可回收火箭和空天飞机的更详细对比，可参阅这篇文章的第二部分

两者相比，可回收火箭运力碾压，实际报价比黑科技空天飞机的PPT价格只贵一倍，而且还在持续下降中。

从近些年来国际航天发射市场占比的变化就能明显感受到价格的冲击力。

一向以低成本优势获得大量商业订单的俄罗斯，2010年还占到半壁江山，可到了2018年，就已经被SpaceX的复用火箭压得喘不过气来。对，就是三天两头炸火箭，发卫星就像放烟花的SpaceX，经过不断的迭代，依托硅谷先进的技术和项目管理理念，把结构“落后”冒黑烟的梅林发动机做出了逆天的推重比和节流能力，实现了火箭垂直回收。NASA几十年来孜孜以求的低成本复用技术，在航天飞机折戟沉沙，单级入轨壮志未酬的情况下，被一个后起之秀，用看似“落后”的技术实现了。

另一方面在载人航天领域也没有闲着，在多次成功验证的货运版“龙”飞船的基础上发展了载人版，预计今年首飞，运载能力达到7人，且可多次复用，载人数量比肩航天飞机，发射成本只要20%。

相比之下，我国现在最强的长征五号，LEO运力是25吨，重型猎鹰的一半，发射成本未知，不过如果坊传价格为真的话恐怕并不占优。

好消息是在前年的珠海航展上展出了新型运载火箭模型，据悉起飞级将由7x3=21台发动机并联提供动力，型号采用YF-100系列液氧煤油机(可能是最新改型，采用泵后摆，性能有所提升)，发动机技术成熟可靠，挑战主要是多发并联构型，不过似乎目前在这一点上看法还是比较乐观。预计运力和重型猎鹰接近或占优，可以满足我国未来载人登月计划的需求。成本未知，从发动机选型来看采用垂直回收的可能性不大。首飞时间未公布，众说纷纭中。

———2020.05.08注———

上图火箭模型右下角摆放的是新一代可复用载人飞船50%缩比返回舱，是搭载长征七号升空返回的实物。全尺寸的实验飞船两天前搭载长五B升空，在轨运行两天后刚刚成功返回，可喜可贺！

飞船预计搭载7人，可复用超过10次，技术和指标都和世界各国新一代载人飞船站在同一水平线上！

飞船返回地面后只需更换外部隔热材料，而主体部分则复用以降低成本，期待翻新后的再次升空！

也预祝新型运载火箭早日首飞！

———继续原回答———

或许，到目前为止列举的这些差距，还算不上“危险的地步”，毕竟几十年来我国在国际航天发射市场上份额本来就有限，而国内的各种通信遥感导航卫星，不能交给美国人发射的，已经足够保证中国航天事业的可持续发展了。

但通过商业航天获利只是一个开始。凭借这样碾压性的价格和运力，以及随之产生的稳定现金流，SpaceX接下来要做的“一链一舰”，万一要是能延续之前屡败屡战终获成功的传统，就非常危险了。

星链

被天文学家广泛吐槽的星链。

1.2万颗卫星组网，提供无线互联网骨干网接入。目前单颗带宽17Gbps，约为当前海底光纤的千分之一，但不同于海底光缆有限的几个登陆点，覆盖全球的上万颗卫星可以实现更灵活的路由，整个网络的吞吐量有与海底光纤网络竞争的潜力。

同时由于光纤中的光速仅为真空中的约2/3，且海底光缆往往要绕开大陆无法取最近路径，预计通过LEO卫星网络可有效降低纽约-伦敦，伦敦-新加坡这样的金融中心之间的网络延迟。在这种“每秒钟几千万上下”的应用上，也能提供有吸引力的服务。

SpaceX正在以一箭60星的速度飞快组网，预计2024年完工。如果成功，很可能改变现有通信技术的演进方向，为太空商业化创造新的巨额现金流。但同时，也疯狂挤占了近地轨道资源，初期采用550km轨道高度，后续可能会在350km左右增加大量卫星提高热点地区的覆盖能力，与现在运行中的ISS和将来我国的大型空间站300-400km的轨道高度接近，对将来其它国家的航天发射制造了麻烦。

关于星链对于其他航天器的影响，请参见

然而，如果持续缺乏低成本，大规模进入太空的能力，面对这种颠覆性的创新，我们就将既无法阻止，也难以仿效。只能眼看最适用于互联网通信卫星网络的轨道和频率被他人抢占，并推出低成本高质量的服务，构成这个新兴行业的高准入门槛。

反之，如果低成本，大规模进入太空的能力优势在我们这边，那么无论是开发新的商业模式来反哺航天技术的研发，还是应对新一轮的太空竞赛，我们都会游刃有余——先撑不下去的就会是美国人。

星舰

如果说星链计划只是对航天和通信两个行业的商业模式造成了冲击的话，星舰计划对人类社会的冲击恐怕将是全方位的。

有了商业航天发射和星链计划（即将）产生的源源不断的现金流的支持，SpaceX的终极(?)目标火星移民，也已经拉开序幕。而星舰(Starship)，就是SpaceX计划中的火星移民船。

不可否认星舰计划仍然处在炸火箭放烟花的早期阶段，但正在不断地取得进展：

星舰的动力系统猛禽(Raptor)引擎，世界上第一款全流量分级燃烧火箭引擎在2016年已经完成了首次试车。目前已经开始量产，计划今年达到每天一台的量产速度。

搭载一台猛禽引擎的Starhopper原型机也已经完成了自动回收的验证工作。

更大的原型机SN4也于近日通过了低温压力测试（在炸掉了SN1-SN3之后……）准备进行点火测试。

按猎鹰9的节奏，现在应该正处于“快速试错快速迭代”的阶段，或许会有进度推迟，但并没有出现不可逾越的技术障碍。

而SpaceX的目(牛)标(皮)，则是用星舰一次运载100人到火星，10年内建造1000艘，每26个月一次的最佳发射窗口发射，22年内向火星移民100万人。建立加压气密居住舱构成的火星移民点。

诚然，殖民火星的工程挑战不计其数，打造经济可靠的交通工具只是万里长征第一步。而且即使星舰真的建造出来，也不见得有那么多人有经济基础，身体素质，和意愿去移民火星。

但新的世界毕竟意味着无数新的可能，除去第一个登上火星的人类这种永载史册的荣耀不谈，成为“火星直播种土豆网红up主”，“第一届火星花式扣篮大赛冠军”，“第一部火星真人秀的成员”，“第一个在火星上成功跳伞的人”，“第一个抵达火星南极点的探险队”这样的机会比比皆是。对追求冒险和刺激的人而言，这些都是难以抗拒的诱惑。对已经看惯了在蓝星上天入地场景的吃瓜群众，则是新的热点话题。而对善于把流量变成滚滚财源的互联网公司，就是高风险高投入高回报的潜在商机。

所以我们或许真的已经站在了行星际大航海时代的开端。如果等到这新的大航海时代真正拉开序幕的时候，掌握造船核心科技的，还是只有美帝一家，而我们仍然没有低成本，大规模进入太空的能力的话，那恐怕就只能站在岸边望洋兴叹，既无法阻止，也难以仿效。

反之，如果低成本，大规模进入太空的能力优势在我们这边，那么无论是月球，火星还是小行星带开发，跑马圈地的主动权就会在我们手中。是想谈“自古以来”，还是“搁置争议共同开发”，都可游刃有余。

开始写这篇回答的时候完全没有想到会写这么长。但是作为航天爱好者，也作为炎黄子孙，看到新大陆移民的后代，即将从一片新大陆，驶向下一片新大陆的时候，内心的感受是复杂的。既为人类的进步感到欣喜，也为我们在第二次大航海时代的开端或许仍然无法占得先机感到难过。

最后的最后，虽然公开的信息比较少，但是针对文中提到的低成本和大规模进入太空的能力，无论是国家队，还是商业航天，我们的航天人也在不同的方向上积极探索。在此我们不妨先静候佳音，因为我相信新一代的航天人，一定也能像艰苦创业的先辈一样，克服一切艰难险阻，带领中华民族驶向星辰大海的明天。

待到五星红旗高高飘扬在太阳系最高峰之巅的那天，作为炎黄子孙的我们，将会感到何等的自豪！

以上

我国近年来确实在各个领域都取得了很高的成就，但不可否认的是，我国确实还存在一些短板。

比如航空发动机，尽管近年来我国已经制造出了很多性能先进的国产发动机，但是这些发动机还不能算是世界顶尖发动机，与美国等国家还存在一定的差距。

航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，作为飞机的心脏，不仅是飞机飞行的动力，也是促进航空事业发展的重要推动力，人类航空史上的每一次重要变革都与航空发动机的技术进步密不可分。

飞机发动机现在有“活塞”、“涡桨”、“涡轴”和“涡扇”四种，每一种都需要相当高深的加工技术。

有一些材料需要耐火，但也是简单的“强度忍耐”，并不像航空发动机叶片那样除了强度还要有韧性、温差、老化等多方面的要求。

只有完美无缺的加工技术，才能保证航空发动机可靠的品质，才有可能在国际残酷的竞争环境中存活。

现代飞行器吨位大，还要考虑油耗、使用寿命、维护、加工成本、总寿命成本等等，“既想让便宜马儿跑得快，又不想让马儿多吃草”，在如此多的约束下生产一个能满足大批相互矛盾需求的发动机，可想而知有多难。

我们来看一个例子。

下图中是一个“AL31发动机涡轮叶片”的内部结构示意模型。

我们可以看到结构十分复杂，叶片就是靠这些孔洞通风以便能在高温和巨大离心力下保持强度。

这些叶片都是单晶材料，生产难而且加工也不容易，需要用整块材料铣出，再经历浇筑、打孔等等步骤形成复杂的冷却结构。

其中每一个小步骤还有很多细节上的讲究，需要很长时间经验筛选才能优化出最佳生产标准，而这些方法没人会传授，只能自己摸索。

叶片上细密的冷却孔。这还只是涡轮发动机上最基本的叶片，在诸如发动机控制器这些复杂到逆天的设备面前都不值一提。

涡轮叶片的结构，这么小的一个部件内部就如此复杂！

除了加工生产，前期还要从零始按照需求设计优化，数万个零件需要进行数据换算，最后还要保证拼在一起能正常工作。

我们都知道，美国是世界上最发达的国家，无论经济实力还是军事力量都领先全球，尤其是美国作为世界第一军事强国，其军工业发展也十分领先，美军装备的战斗机以及发动机水平都远超世界其他国家，很多技术占据垄断地位。

我国还有很长的路要走，虽然我国现在已经研制出了歼-20等战机，但是依然有多短板需要克服。

专家表示，美国F-35战机上使用的一种螺丝钉采用的工艺难度极高，我国用了40年都没有造出来。

中美工业差距有多大？

很多人因此感叹，这样一颗螺丝钉我们竟然都造不出来，可见工业方面的差距还是十分明显的。

据了解，美国F-35采用了一种稳定性极高的PH-13-8Mo沉淀硬化不锈钢，这种材料的抗腐蚀性以及耐磨性都非常高，而直到现在，世界上也仅有美国能够制造出这种材料。

材料的差距也直接导致了发动机性能的巨大差距，虽然我国现在正在这一领域奋起直追，国产的航发使用寿命可以达到3000小时，但是，其中的差距依然不可否认。

所以，只有正确认识到中美之间的差距，未来才有可能在诸多领域赶上。