在神舟十二號核心艙直播中，航天員聶海勝、湯洪波曾用一個外觀狀似微波爐的設備，進行了一系列操作：把門板打開、將“飯盒”放進去、關上門板、選加熱幾分鐘。

他們是在用微波爐熱飯？顯然不是。這個“微波爐”其實是一臺太空離心機，而兩位航天員是在完成離心機的安裝，并用它進行太空生物實驗。

在太空中做實驗，是航天員們的日常工作之一。從1948年開始，人們就開始在太空做實驗了，只不過最早的實驗體是兩只猴子。

如今，太空實驗已是很多科研項目的必選項。2020年度美國宇航局（NASA）發(fā)布的國際空間站實驗報告顯示，2019年10月到2020年10月期間，國際空間站科學研究辦公室就發(fā)布了312項實驗成果，其中生命科學相關實驗數量最多，占比過半。

太空實驗的需求還在不斷增加，“送實驗上天”就成了火箭公司的機會。不少商業(yè)運載火箭發(fā)射商如SpaceX、Orbital，都參與其中。

太空生命科學是航天領域內已被驗證的真實落地場景。

在中國商業(yè)航天1.0時代，民營航天首先關注技術、其次才是應用，而不是根據需求來決定采用什么技術，因此一直沒能找到真正的商業(yè)閉環(huán)，難以實現(xiàn)盈利?！靶枨蠖x載荷、載荷定義火箭”，火箭發(fā)射服務提供商「火箭派」的創(chuàng)始人程巍認為，在商業(yè)航天2.0時代，火箭只是“工具”，滿足需求才是最終目的，“怎么用火箭掙錢”將成為比“怎么造出火箭”優(yōu)先級更高的問題。

今年，火箭上天多次上了新聞熱榜，比如維珍銀河創(chuàng)始人布蘭森、全球首富貝索斯就先后搭乘自己公司研發(fā)的火箭上天。但這些送“游客”上天觀光的火箭，也能送實驗上天嗎？

答案是并不能?！拜d著活體細胞或微生物病毒上天的火箭叫做‘生物載荷火箭’”，程巍告訴「甲子光年」，生物載荷火箭和載人航天火箭差半步，它們雖然都需要具有生命保障系統(tǒng)，不過相比之下，生物載荷火箭相比載人火箭體量更輕、功能更簡化。

送藥上太空，只是人類邁向星空的一小步，但很有可能是商業(yè)火箭公司堅實的一大步。

新藥都在上天

2020年底，藥物瑞德西韋搭載著火箭飛向太空，這種藥物曾一度被寄予厚望，人們期待它能成為治愈新冠的特效藥。

去太空做藥物實驗已經是大型制藥公司常用的研發(fā)手段之一了，默沙東、安進等跨國藥企都已經在國際空間站展開藥物實驗。默沙東更是從上世紀開始就搭載航天飛機進行了多次太空實驗，而且已經有經過太空實驗的藥品走向市場并大獲成功。

默沙東旗下一款叫可瑞達（K藥）的藥物就曾被送入太空做實驗。K藥是一種抗癌藥物，2020年，這款藥物在全球的銷售額達到了143.9億美元。默沙東送它去太空，是為了尋找更穩(wěn)定的制劑狀態(tài)，實現(xiàn)盡量讓患者能吃藥就不輸液、能輸液就不手術的目的，減輕癌癥患者在治療過程中的痛苦。

2017年，默沙東的一次太空實驗表明，微重力條件下，經由K藥作用的蛋白質結晶懸浮液高度均勻且穩(wěn)定。之后，默沙東在地面復制了太空中均勻的結晶懸浮液，提高了制劑的穩(wěn)定性，還一并解決了藥物制造、傳遞、儲存方面的難題。

微重力環(huán)境正是讓太空成為“神仙實驗地”的原因。太空環(huán)境脫離地面重力影響，能為生物科學實驗帶來重大突破。例如，在提取高品質蛋白質結晶時，在地面由于重力作用，蛋白質溶液中密度小的會上浮、大的則會下沉，這會形成一個小的漩渦，提取出的結晶總有雜質。而擺脫重力干擾就能解決這一問題。生產出足夠大的高品質蛋白質晶體，就為進一步研究蛋白質結構及其功能創(chuàng)造了良好的條件。

除此外，在太空中還可能會產生地面沒有的突變，形成地面沒有的物種，例如兩米高的南瓜、像西瓜那么大的圓茄子等等。這種細胞突變，也是生物科學研究的重要方向。

去了一趟太空后獲得成功的不止K藥，安進旗下治療骨質疏松的藥物地舒單抗也上過太空。2019年，這項藥物的全球銷量達到了48億美元。

太空實驗所帶來的可能性，讓太空藥物研發(fā)成為了制藥公司們都在爭奪的重要領域。根據麥肯錫全球研究所的調查顯示，全球太空生物制藥相關收入已經高達2000億美元，市場主要集中在美國。

創(chuàng)新藥市場的競爭愈發(fā)激烈，大型生物制藥公司對于創(chuàng)新藥的研發(fā)投入在不斷加大。沙利文2020年發(fā)布的《全球創(chuàng)新藥物市場研究》中顯示，2024年，制藥市場整體規(guī)模將達到16,395 億美元，其中創(chuàng)新藥將占據66%的市場份額。

太空實驗結果轉化的巨大經濟效益，也正快速“催熟”著送藥上天的相關產業(yè)網絡。這具體表現(xiàn)為，制藥公司們要為送藥上天，付錢給多個環(huán)節(jié)的服務商。

以這次送瑞德西韋上天為例，它要付“運費”給SpaceX的火箭和飛船；進入空間站后，還要付“使用費”給ICE Cube，一間由歐洲空間站與比利時合作的商業(yè)實驗室。太空實驗的進行還需要一間承載細胞、病毒等實驗對象的“太空培養(yǎng)皿”，也就是生物載荷裝置。

以色列一家叫SpacePharma的公司，是生物載荷裝置領域內的先行者。SpacePharma目前主要承接的是來自默沙東、安進、吉利德等國際制藥巨頭的科研需求。

火箭派們瞄準的真需求

中國會出現(xiàn)自己的SpaceX或者SpacePharma，以及它們形成的網絡嗎？

政策已經在推動它們的出現(xiàn)。2019年，中國科學家提出，到2049年要建成“地月空間經濟區(qū)”。這個經濟特區(qū)的建設依賴于常態(tài)化、航班化的運輸，以及逐步形成產業(yè)規(guī)模的探測、開發(fā)、利用地月空間的經濟活動。有專家預測，到2050年前后，我國每年在地月空間經濟區(qū)的總產值可達10萬億美元以上規(guī)模。

這是中國商業(yè)航天企業(yè)的機會。自2014年國務院“鼓勵民營企業(yè)、民營資本參與國家空間技術基礎建設”的相關政策出臺后，中國的商業(yè)航天開始進入快速發(fā)展期。2020年4月，國家發(fā)改委首次將“航天航空事業(yè)”納入了“新基建”范疇，商業(yè)航天迎來新的發(fā)展契機。六年間，中國出現(xiàn)了第一批民營航天公司，并且已經有兩家民營火箭公司的固體火箭實現(xiàn)了成功發(fā)射入軌。

中國的商業(yè)火箭公司當然期待能切入這個大市場，但是現(xiàn)階段，民營火箭公司中的大多數都在回答“怎么掙錢、哪里能掙到錢”的問題時犯了難。

2020年4月，主播薇婭在直播間以4000萬賣出一枚小火箭。薇婭告訴媒體，她選擇在直播間上架火箭這樣特殊的商品，是為了支持“最牛的湖北特產”。疫情期間，這或許為湖北人民打了一針強心劑，但火箭公司當然不能“靠賣火箭掙錢”，這種娛樂化的“偽需求”不會長期存在。

對于商業(yè)火箭公司，國際上已經有跑通的商業(yè)模式了。比如SpaceX，走的是“先確定需求，再定義產品”的路子。SpaceX剛創(chuàng)辦的時候，火箭上天最大的問題就是“貴”，因此SpaceX在2011年率先提出要讓火箭可回收。大型運載火箭獵鷹九號（Falcon 9）就是以“平衡成本及運載能力”為導向設計出來的可回收火箭。

SpaceX的創(chuàng)始人馬斯克曾在2020年告訴媒體，用Falcon 9發(fā)射衛(wèi)星的利潤超過30%。而在此之前，火箭發(fā)射商們幾乎都是靠著政府補助在“虧錢上天”。用Falcon 9 幫NASA向國際空間站運六次補給，SpaceX給出的報價是13.5億美元，而Falcon 9的單次發(fā)射成本已經降低到約6700萬美元了。

除了面向政府機構的大額訂單，SpaceX還看到了通訊市場的空白。根據國際電信聯(lián)盟2020年9月發(fā)布的一份報告，全球范圍內，有超過30億人口還未能接入互聯(lián)網，超過世界人口的40%。SpaceX在2015年推出了星鏈計劃，計劃在2027年11月前將12,000顆小型衛(wèi)星發(fā)射到近地軌道，實現(xiàn)覆蓋全球的衛(wèi)星網絡。目前，星鏈網絡已發(fā)射了1700多顆衛(wèi)星，用戶數量近10萬人，還在以每月30%的速度增長。

SpaceX在商業(yè)上的成功讓程巍大受啟發(fā)。程巍也首先確定，以商業(yè)化思維來看，火箭派最終要做的同樣是可回收火箭。這枚火箭將用來服務誰？由于曾創(chuàng)辦過一家生物科技公司，程巍首先捕捉到的是中國生物制藥領域的巨大需求。

中國的創(chuàng)新藥研發(fā)力量正在快速擴張。從二級市場規(guī)模來看，在港交所、科創(chuàng)板或納斯達克上市的中國生物科技公司總市值從2016年的10億美元，飆升到2021年5月的1800億美元。一級市場表現(xiàn)同樣火熱，2020年生物醫(yī)藥行業(yè)融資總金額超2000億元。

2021年，生物制藥的熱度仍然居高不下?？梢灶A見，這個市場的天花板還很遙遠。中國醫(yī)藥創(chuàng)新促進會執(zhí)行會長宋瑞霖此前在接受媒體采訪時說，客觀來講，中國創(chuàng)新藥還在發(fā)展時期，仿制藥為主的大格局沒有發(fā)生根本性變化，但是中國創(chuàng)新藥已經起步，正在從跟隨者走向并行者。

而要從并行者走向引導者，基礎生物科學的突破是關鍵。2022年即將建成的中國“天宮”空間站就把生命科學與生物醫(yī)藥實驗列為重點研究方向。但是，上“天宮”的席位，比春運的火車票難“搶”。截止到2021年8月，已經有來自16個國家的1000多個實驗項目在排隊等著了。由于國際政策限制，國內的實驗無法申請國外的商業(yè)項目。并不是誰有錢就能上“天宮”，目前“天宮”沒有商業(yè)化的計劃。

對于基礎生物科學的研究，高校是先導力量。這也是為什么在起步階段，「火箭派」計劃先高校、后藥企。另外，國內的制藥公司目前對國內的“太空服務商”所能帶來的實際效益尚未形成概念，因此在產品打磨的階段?！富鸺伞挂跋雀咝Ｒ黄鸢阎悄苁謾C造出來，然后拿著智能手機，去幫制藥企業(yè)向太空發(fā)微信?！?/p>

送實驗上天只是火箭公司們的第一步，下一步很可能是用太空實驗結果就地制藥，打造“太空藥廠”。

SpacePharma的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Yossi Yamin此前告訴媒體，公司正在研發(fā)的Moti衛(wèi)星，或許將成為太空中第一個制藥生產設施?，F(xiàn)在，SpacePharma正在研發(fā)的項目是“去太空生產疫苗”。

這與「火箭派」最終“打造太空藥廠”的愿景類似?！胺秩?，第一看細胞在太空中的變異反應，第二找到創(chuàng)新藥的最佳靶點，第三在太空環(huán)境下完成生物制品?！鄙虾＝煌ù髮W器械與動力工程學院教授閆維新教授說。

但決定以生物載荷而非通信衛(wèi)星角度切入商業(yè)航天，火箭派沒有現(xiàn)成的經驗可以借鑒，“應該造一枚什么樣的火箭、提供什么樣的服務”？還得重頭開始摸索。

“順風車”難搭，小火箭上位

既然有服務可靠的Falcon 9，太空生物實驗能不能也搭乘大型火箭這趟“順風車”呢？答案是否定的。

首先，不同于發(fā)射一顆通信衛(wèi)星上去，發(fā)射一顆用于生物實驗的衛(wèi)星，需要按固定比例配備氧氣、二氧化碳、有生命保障系統(tǒng)，也因此，生物火箭的發(fā)射流程也與Falcon 9不同，而是更接近載人火箭。

其次，生物衛(wèi)星本身體量其實很小。因為技術進步、功能密度提高，衛(wèi)星越做越小是大趨勢。生物衛(wèi)星上承載的單項生物載荷裝置，即“微型實驗室”，最小只有牛奶盒子那么大，用大型火箭送生物衛(wèi)星，就好比用大貨車送一瓶鮮奶，雖然價格存在優(yōu)勢，但適配度并不高。

再次，跟著大型火箭上天，生物衛(wèi)星也會進入主衛(wèi)星的軌道高度，但是生物衛(wèi)星只需要進入合適的外太空環(huán)境，對軌道精度并沒有特別要求。也就是說，“蹭”大火箭進太空的生物衛(wèi)星，需要為一段它不用走的路付“車費”，“下車”的終點也未必最合適。

要上太空做的實驗，大部分都是基于在地面制定的研究方向和計劃來推進的。也就是說，理想中的太空生物科學實驗，最好是能夠根據地面的科研節(jié)奏和需求，在需要進入太空完成實驗的時候就快速上天，不能等“大貨車”的發(fā)車排期。因此，快速響應需求、實現(xiàn)高頻次航班化的小火箭是目前太空生物科技領域的最優(yōu)選擇。

最大運載能力能將1000公斤載荷運輸到近地軌道的火箭被定義為“小型運載火箭”，小火箭初期制造成本低、靈活性高，是生物衛(wèi)星上天的最佳運輸工具?！富鸺伞拐谘邪l(fā)的“達爾文號”生物火箭，就是專為生物載荷實驗設計的生物小火箭。

第二個問題，小火箭實驗空間就一定小嗎？否則一次只能送一項實驗上天，運輸成本肯定飆升。

這是“達爾文號”在設計階段就重點解決的問題，為了平衡成本與運載能力，“達爾文號”采用了“船箭?體化設計”：飛船和火箭末級共用電力、控制、通信等系統(tǒng)，飛船上只保留返回過程所必須的基本設備，這樣飛船就能最大限度地給生物載荷裝置“騰位置”，還能提高電力等資源的利用率。

為了進一步降低火箭生產的成本，小火箭不能是“一次性用品”，而是需要能被重復使用，因此火箭燃料的選擇是關鍵。中國民營公司已經發(fā)射成功的兩枚火箭用的都是技術更成熟的固體燃料。但和Falcon 9一樣，達爾文號選擇的是液體燃料。

相比于固體燃料，液體燃料的燃燒產物干凈，更有利于發(fā)動機和火箭的重復使用和維護。而且液體燃料本身也具有成本優(yōu)勢，據專家介紹，液體燃料成本最低可低到固體燃料成本的兩百分之一?；鸺傻囊后w燃料火箭計劃于2022年開展飛行試驗，2023年搭載國內首個商業(yè)化生命科學飛船首飛。

第三個問題，小火箭還能帶人上天嗎？“不能每發(fā)一個實驗上天，都帶一個航天員上去。”閆維新教授告訴「甲子光年」，國外現(xiàn)在已經有不少研究員作為航天員進入空間站完成實驗，但是如果實驗開始“規(guī)?；咸臁?，研究人員和實驗數量之間就會無法匹配，為了做實驗而培養(yǎng)研究員成為航天員、再載人進入太空，成本也太高。

因此，「火箭派」的在研產品生物載荷裝置“火種一號”的設計思路是，生物載荷裝置可以實現(xiàn)遠距離數據傳輸，讓細胞自己進入太空，科研人員在地面接收實驗結果?！盎鸱N一號”即將于今年搭載長征系列運載火箭首飛，去太空進行技術驗證。

仰望星空還要埋頭苦干

對于太空，程巍有無限向往。過去，為了能成為最早入選SpaceX、NASA移民火星計劃的那批人，他學飛行、學潛水，還登上珠穆朗瑪峰來鍛煉自己的身體和意志。

創(chuàng)立火箭派之后，程巍也一直在尋找太空領域其他的可能性，除了生物制藥，還會有什么能“接到訂單”的載荷需求？

由于曾經創(chuàng)辦過一家新能源公司，程巍捕捉到了太空能源的巨大潛力，開始探索太空光伏的應用：把太陽帆打入太空，用它反射陽光到地面，就能突破現(xiàn)在光伏能源面臨的晝夜、天氣、地區(qū)緯度等自然因素的限制，24小時不停地產生能量。

這也是國家隊正在開拓的重要方向。2021年6月18日，全國首個空間太陽能電站實驗基地在重慶璧山開建。此前，中國工程院院士、重慶大學教授楊士中介紹了在地面和在太空中收集太陽能的效率高低，在太空中收集太陽能的效率比在地面收集要高超過30倍。

商業(yè)航天的市場規(guī)模，是在地面產業(yè)的基數上“做加法”。在程巍看來，“讓太空升級地球產業(yè)，讓地球更便利地連接太空”，是商業(yè)航天真正的產業(yè)邏輯。根據美國衛(wèi)星產業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2018年美國的航天發(fā)射市場規(guī)模已經達到62億美元，增速達34%。未來，市場增速隨著SpaceX、Orbital等美國火箭公司的運載能力不斷提升，還會不斷提高。

無論是生物還是能源，國內的應用市場前景都同樣廣闊，但國內的民營航天公司要能做到與SpaceX的服務能力相媲美，還需攻克火箭技術、成本控制等難題。對于造火箭，程巍還有更大的野心。“再下一步，我們會根據不同的載荷需求去開發(fā)新火箭，現(xiàn)在的計劃是繞過國家隊力量集中的中型火箭，研發(fā)大型火箭?！?/p>

過去五年，中國民營航天公司發(fā)射的火箭，并不是百分之百都能成功。對此，程巍用“結果導向”的管理思維和“輕松大膽”的心態(tài)與團隊溝通。一方面，公司的運營不止是“盯著2023年3月14號火箭發(fā)射做準備”，除了要準備后備計劃、造兩枚火箭，公司的目光還會放得更遠。

另一方面，他希望團隊放心大膽地干，“火箭不成功也是常態(tài)，萬一炸了，那就是最美的一朵煙花?！?/p>

此外，小火箭的單次發(fā)射成本在“大貨車”大型火箭的拼單模式之下，競爭力還是較弱。價格始終是商業(yè)航天實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化的最大掣肘。“現(xiàn)在科研人員最關心的也是價格”，閆維新教授告訴「甲子光年」，“他們首先問的問題是，要花多少錢才能把實驗打上天去？”

全球小型火箭的單次報價如下表所示，每公斤發(fā)射成本平均約為2.6萬美元，單次發(fā)射成本總價平均約為580萬美元。相比于大型火箭“拼單”，小型火箭價格方面并不占優(yōu)，繼續(xù)縮減成本將是火箭發(fā)射商們持續(xù)“內卷”的方向。

同時還要面對國內政策法規(guī)的不確定性。商業(yè)衛(wèi)星返回地面、太空實驗商業(yè)化、建造太空藥廠，這些都是過去從未出現(xiàn)過的新鮮事物，國內在這方面的法律法規(guī)也完全空白。

對此，國際宇航科學院院士、北京航空航天大學生物與醫(yī)學工程學院教授、博士生導師、火箭派首席科學家莊逢源院士建議吸取國外已有的經驗化為己用。例如，美國已經出臺了一系列配套政策，如《商業(yè)航天法》、《商業(yè)航天發(fā)射法》、《航天現(xiàn)代投資法》等，有了法案的指導，商業(yè)航天市場化的路徑也會更加清晰。

但程巍也提出，SpaceX可以承接來自美國政府的巨額訂單，這種商業(yè)化行為“照搬進”中國的可能性很小?！爸忻榔瘘c不同、路徑不同，還是要找到我們自己的路?！?/p>

在中國的“大航天時代”來臨時，程巍看到能靠自己、靠中國的資源進入外太空的希望?！啊伞恙?，無限不循環(huán)，永遠有新的方向，這也是我對火箭派的期望。”

烽巢網注：本文來源于微信公眾號“ 甲子光年”，作者：張核