美国运载火箭研制体系研究

发布时间：2026-08-31来源：空天大视野

电话 | 010-82030532 手机 | 18501361766

微信 | tech9999 邮箱 | yw@techxcope.com

来源：《国际太空》

作者：谭胜雍子豪刘鹰刘阳朱雄峰崔朋

2025年，美国航天发射次数超198次、入轨载荷数超4000个，发射次数和入轨载荷数在全球的占比分别约为60%和89%，已在进入空间领域占据主导地位。为了汲取美国进入空间领域的经验与教训，本文对美国运载火箭研制体系开展了研究，重点分析了美国运载火箭研制体系与模式、经验与教训、发展动向等。

美国运载火箭基本情况

自1958年2月1日丘诺-1（Juno-1）运载火箭成功发射美国首颗人造地球卫星探索者-1（Explorer-1）以来，美国研制并投入使用了“丘诺”（Juno）、“雷神”（Thor）、“宇宙神”（Atlas）、“德尔他”（Delta）、“侦察兵”（Scout）、“大力神”（Titan）、“土星”（Saturn）、“飞马座”（Pegasus）、“金牛座”（Taurus）、“米诺陶”（Minotaur）等10余种火箭系列，以满足政府、军事及商业的不同发射需求。

美国早期火箭型号大部分是在导弹的基础上改进而来，此后随着“阿波罗”（Apollo）登月计划研发了“土星”系列火箭；20世纪80年代开始，美国将重点转移至可复用的航天飞机上，并期望以此替代一次性火箭；但随着航天飞机的多次失利和发射成本降低未达到预期，美国于20世纪90年代开始重点发展德尔他-4（Delta-4）和宇宙神-5（Atlas-5）两个运载火箭系列，并发展了“飞马座”“金牛座”“米诺陶”等多款小型载荷快速发射火箭。

进入21世纪以来，在“重返月球”等深空探测任务的驱动下，美国发展了“空间发射系统”（SLS）；在美国大力推进商业航天发展的浪潮中，太空探索技术公司（SpaceX）、蓝色起源公司（Blue Origin）等商业公司发展迅速，SpaceX公司研制了“猎鹰”（Falcon）系列运载火箭，蓝色起源公司研制了“新格伦”（New Glenn）火箭，火箭实验室公司（Rocket Lab）研制了“电子”（Electron）运载火箭，萤火虫宇航公司（Firefly Aerospace）研制了“萤火虫-阿尔法”（Firefly Alpha）火箭；联合发射联盟公司（ULA）为应对新型航天发射公司的竞争，研制了“火神”（Vulcan）火箭。

当前，美国现役运载火箭主要包括猎鹰-9（Falcon-9）、“猎鹰重型”（Falcon Heavy）、宇宙神-5（已停产）、SLS、“火神”“新格伦”“电子”“萤火虫-阿尔法”“米诺陶”等。在研的运载火箭主要包括“超重-星舰”（Super-Heavy Starship）、“中子”（Neutron）、人族-R（Terran-R）、“日蚀”（Eclipse）等。

美国运载火箭研制体系与模式分析

研制体系分析

美国运载火箭研制体系发展历程如图1所示，其研制体系发展的转变主要受政府政策的引导，运载火箭依次经历了多方混战、政府垄断、巨头竞争、巨头垄断阶段，现正处于开放竞争阶段。

图1 美国运载火箭研制体系发展过程

目前，美国运载火箭的主导部门（含主要用户）为美国NASA和美国天军（USSF），参与运载火箭研制的单位可分为一级承包商、二级分包商和三级分包商。

一级承包商负责运载火箭全箭集成，是发射服务的提供方，主要包括：ULA公司（负责宇宙神-5和“火神”火箭全箭集成）、波音公司（负责SLS全箭集成）、SpaceX公司（负责猎鹰-9和“猎鹰重型”火箭全箭集成）、火箭实验室公司（负责“电子”火箭全箭集成）、蓝色起源公司（负责“新格伦”火箭全箭集成）、诺格公司（负责米诺陶-1和米诺陶-4全箭集成）、萤火虫宇航公司（负责“萤火虫-阿尔法”火箭全箭集成）等。一级承包商主要特点有：技术覆盖面广、综合复杂度高，是运载火箭研制体系中的顶层主体，参与单位相对较少；企业阵容多元，既包含波音、诺格、ULA等传统航天企业，也包含SpaceX、火箭实验室、蓝色起源等新兴商业企业，且新兴商业企业已成为提供发射服务的主力。

二级分包商负责提供核心分系统、重点部组件的研制，是火箭核心技术与部件的主要供给方，主要包括：SpaceX公司（负责“猎鹰”系列全箭70%以上产品研制）、俄罗斯动力机械科研生产联合体（NPO Energomash，负责宇宙神-5火箭的RD180发动机研制）、航空喷气·洛克达因公司（Aerojet Rocketdyne，负责宇宙神-5、SLS、“火神”等火箭的氢氧发动机研制，负责米诺陶-1和米诺陶-4的二级固体火箭发动机研制）、诺格公司（负责宇宙神-5、SLS、“火神”等火箭的固体助推器研制，负责米诺陶-1和米诺陶-4的一、三、四级固体火箭发动机研制）、蓝色起源公司（负责“火神”火箭芯一级和“新格伦”芯一级BE-4液氧甲烷发动机研制，负责“新格伦”火箭二级BE-3U氢氧发动机研制）、瑞士华格宇航公司（RUAG，负责宇宙神-5和“火神”等火箭的整流罩研制）、火箭实验室公司（负责“电子”火箭的一二级发动机、整流罩及航电系统等研制）、萤火虫宇航公司（负责“萤火虫-阿尔法”火箭的一二级发动机及整流罩研制）、洛马公司（负责“火神”的“半人马座”上面级研制）、波音公司（负责SLS芯级、上面级、电子系统、液氧贮箱等研制）等。二级分包商主要特点有：聚焦核心配套产品，专业属性强、技术壁垒高；部分一级承包商同时担任二级分包商，为本型号和其他火箭型号提供产品，体现出跨层级经营、竞争中有合作的特点；同时，除本土企业外，还包括少数海外企业，供应链呈现国际化特征。

三级分包商负责提供基础原材料、初级部组件、生产工装、配套耗材及工艺加工服务等，主要包括：美国铝业公司（Alcoa Corporation，负责为猎鹰-9等火箭提供铝合金原材料）、诺格公司（负责宇宙神-5等火箭的大尺寸复合材料结构研制）、威尔逊宇航公司（Wilson Aerospace，为SLS发动机安装提供工装）、内华达山脉公司（Sierra Nevada，负责猎鹰-9等火箭的包带研制）、行星系统公司（Planetary Systems，负责猎鹰-9等火箭的包带研制）、太空制造公司（Made In Space，负责利用3D打印火箭发动机喷嘴）、波音公司（开发了用于SLS芯级焊接装配的大型搅拌摩擦焊工装）、韩国LG能源公司（LG Energy Solution，为SpaceX公司的火箭提供圆柱形电池）、中国再升科技公司（为SpaceX公司提供航天级特种材料）、航空喷气·洛克达因公司（为萤火虫宇航公司3D打印发动机零部件）、旋压工艺公司（Spincraft，制造了SLS的芯级燃料贮箱盖）等。三级分包商主要特点有：分工细化，参与单位更加广泛；部分分包商专注单一产品或专项工艺服务，也存在多家一级承包商、二级分包商向下延伸承担三级配套业务，产业链上下交织。

研制模式分析

结合美国运载火箭研制体系发展过程与现状，目前美国运载火箭研制模式大体可以分为专业化分工和垂直整合产业链。这两类模式在产业链布局、生产组织模式、供应商合作形式等方面存在显著差异，也直接导致火箭型号在研发效率、生产成本和量产能力上的区别。

专业化分工研制模式的研制特点为火箭一级承包商通过外采专业公司的分系统来完成全箭集成，该模式需依赖较多固定供应商密切合作才能完成运载火箭研制（如：SLS需经200家承包商才能完成火箭研制），这导致运载火箭研发周期长、成本高，不利于批量化生产。该类模式以宇宙神-5、SLS、“火神”等为代表，下面以“火神”火箭为例作说明：ULA公司负责全箭集成，蓝色起源公司负责一级发动机研制，诺格公司负责助推固体发动机研制，航空喷气·洛克达因公司负责二级发动机研制，瑞士华格宇航公司负责整流罩研制，具体如图2所示。当前宇宙神-5正逐步被市场淘汰表明了该模式的局限性。

图2“火神”火箭的主要研制单位

垂直整合产业链研制模式的研制特点为火箭一级承包商内部尽量实现核心部组件的自给自足，同时推进外包供应商的分级分类管理，不依赖单一的供应商，进而提高公司的竞争力，减少对外部供应商的依赖，加快产品研发周期、降低成本，并便于批量化生产。该类模式以猎鹰-9、“猎鹰重型”“电子”等为代表，火箭的发动机、整流罩等核心产品均由研制公司自研，当前美国发射数量处于前两位的猎鹰-9和“电子”火箭已充分证明了该模式的较强竞争力。

美国运载火箭研制体系经验、教训和发展动向

经验分析

（1）航天政策为运载火箭研制体系提供坚实保障

美国航天政策通过顶层战略规划、配套制度设计、资源合理配置、技术转化机制等方式，持续完善并强化运载火箭研制体系。1984年发布的《商业航天发射法》明确支持商业公司参与航天发射，之后通过1988年《商业航天发射法修正案》、1998年《商业航天法》、2004年《商业航天发射法修正案》、2013年《国家航天运输政策》、2015年《商业航天发射竞争法案》、2020年《国家航天政策》等多次修正与完善，逐步解决商业航天发射法规依据不足、监管制度严格、失利赔付高昂、创新活动受限等发展制约，有序放开政府与军队发射订单、商业载人、太空旅游、太空资源开采等限制，激活运载火箭产业创新活动和市场驱动力，推动运载火箭产业实现规模化、多样化、可持续高质量发展。

（2）专业化承/分包商体系支撑核心供应链自主可控

美国通过国家任务牵引、政府扶持与采购、市场竞争驱动等方式，打造了分层清晰、分工明确、自主可控的专业化承包商体系，形成一级承包商和二/三级分包商的完整供应链，一级承包商负责总体设计、全箭集成与测试发射等，二级分包商专攻火箭动力、制导、箭体结构等核心组件或系统，三级分包商提供初级组件、原材料等。同时，通过政策约束、技术创新、政府补贴等方式，强化关键技术、核心部件、总装制造不对外依赖，实现运载火箭核心供应链自主可控。

教训分析

（1）政府对运载火箭研制体系建设的把控力度不够

从美国运载火箭发展历程来看，无论在哪个阶段，美国运载火箭或多或少存在被极少数供应商垄断的情况。虽然现在处于开放竞争的阶段，但仍几乎被SpaceX公司垄断，原因之一为美国政府在制定相关政策后主要依靠市场机制来竞争，同时资金分配仍沿袭过时的模式，这减弱了美国政府牵引运载火箭研制体系建设的效果。

（2）传统火箭研制企业创新活力不足

美国SLS火箭是传统火箭研制企业的典型产品，虽然SLS火箭已研制成功，但其存在构型复杂（存在三种不同类型发动机和三种不同箭体直径）、研制生产单位多（导致研制周期、运输时间与成本增加）、无法重复使用等明显不足，这使得SLS火箭的改进提升难度较大（诺格公司为SLS研制的第二代固体火箭发动机于2025年6月试车爆炸，NASA已暂时取消SLS火箭的升级计划）、成本高昂（据悉单发火箭采购成本超过20亿美元）。据悉，为在太空竞赛中保持美国领先地位，2025年7月美国为重返月球的“阿尔忒弥斯”（Artemis）计划增加了100亿美元经费，其中SLS火箭获得了41亿美元（2次发射任务，2026年4月已完成1次任务），表明美国仍没有放弃SLS，但如此高昂的发射成本将使得“阿尔忒弥斯”计划不具备可持续性。

（3）单一公司的市场主导地位易造成不稳定风险

美国通过引入私营资本进入航天领域使得运载火箭技术得到了十足的发展，特别是美国的可重复使用运载火箭技术当前全球领先。但是，美国这种一家独大的运载火箭研制体系也可能出现一些问题。首先，SpaceX公司如果出现问题或者拒绝承担美国重要发射任务，将使得美国失去进入空间的重要能力。例如：马斯克于2025年6月在社交平台上威胁将立即开始退役“龙”（Dragon）飞船，这将使美国丧失独立自主的载人航天能力。其次，由于SpaceX公司在发射可靠性、发射频次、发射成本等方面占据绝对优势，通过市场竞争将使得其他火箭公司的市场生存概率降低（如：2026年5月“新格伦”火箭静态点火爆炸，导致发射工位受损严重，将使得SpaceX公司垄断优势进一步强化），从而可能导致进一步出现绝对的市场垄断，不利于运载火箭研制体系的良性循环。

发展动向分析

（1）大力支持商业火箭公司发展

当前，美国的国家航天政策积极鼓励私营资本进入航天，大力支持商业航天发展，商业航天体制机制建设正不断完善。2025年8月发布的《促进商业航天行业竞争》行政令旨在破解商业发射与再入、发射基础设施建设等监管壁垒，提升商业航天发射频次、拓展新型太空业务，这表明美国政府将持续推动商业运载火箭发展。美天军于2024年4月发布了《商业太空战略》，其中明确“继续将商业太空解决方案集成到卫星通信、发射和太空域感知等成熟任务中”，并通过“买我们能买的”向市场发出需求信号，这表明在运载火箭方面美天军会继续加大与商业火箭公司合作。综上，无论是美国政府还是美天军都将继续支持商业火箭公司发展，因此美国运载火箭研制体系将继续朝着开放竞争的方向发展。

（2）提高运载火箭研制体系弹性

美国运载火箭供应商近两年入轨质量占比如图3所示，由图可知，近两年美国95%以上的入轨质量由SpaceX公司发射，这表明当前美国进入空间能力严重依赖SpaceX公司，而这种垄断将导致在“猎鹰”系列火箭出现异常或SpaceX公司出现罢工或重大危机等突发情况时，美国在短时间内大幅丧失进入空间能力。为此，美国会持续提高运载火箭研制体系的弹性，确保在各类突发情况下具备进入空间的替代选择方案。例如，美国将国家重点发射任务实施分类管理，按照重要等级分别将发射合同授予不同等级的火箭公司；通过“战术响应太空”（TacRS）等特定任务牵引火箭公司发展方向；对初创公司提供资金支持等。

图 3 美国运载火箭供应商近两年入轨质量占比

（3）进一步强化供应链自主可控

2025年的《大而美法案》中明确要求运载火箭必须确保完全、可持续的本土供应能力，通过国家专项资金强制流向本土企业（授权NASA的99.95亿美元资金项目的主承包商与关键分系统供应商必须为美国境内企业）、对供应链脆弱组件制定国产化替代路线图与时间表、为从事关键航天供应链本土化/国产化替代的企业减税等措施提高运载火箭供应链的自主可控能力。2025年的《美国国家安全战略》将关键供应安全视为核心，推动国防工业基础重振，并明确提出在2030年前实现核心武器零部件完全美国制造。2025年美国发布《确保美国太空优势》行政令，强调加大对美国太空工业基础的投资，以构建强大的太空工业基础。综上，美国正在进一步强化运载火箭供应链的自主可控，并把运载火箭及其供应链视为关键基础设施，以最大限度降低对外国供应商的依赖。

结语

美国运载火箭研制体系的发展，依托政策保障、专业化分工实现了领先地位，也暴露出政府统筹缺位、传统企业创新乏力、单一市场垄断等短板，并将朝着更加开放竞争、提高体系弹性和强化自主可控方向发展。当前，我国正在加速推进航天新质生产力形成和航天产业整体效能跃升，运载火箭研制体系建设需兼顾政策引领与市场活力，既要借助政策与市场双轮驱动提升技术与质量水平，也需防范市场垄断、创新不足等风险，构建多元竞争、均衡发展、供应强韧、自主可控的产业链供应链，保障运载火箭研制体系稳定、安全、高效、可持续发展。

以下图片链接包含《世界军事热点问题研究》季刊、《全球太空动态》月刊、《远望周刊》、《俄军情周报》、《美军情周报》、《防空反导简报》、《网络空间简报》、《前沿科技动态与颠覆性技术》等期刊，请滑动或点击图片进入商城查看。

<< 滑动查看下一张图片 >>

转载说明：本文系转载内容，版权归原作者及原出处所有。转载目的在于传递更多行业信息，文章观点仅代表原作者本人，与本平台立场无关。若涉及作品版权问题，请原作者或相关权利人及时与本平台联系，我们将在第一时间核实后移除相关内容。