基于专利分析的SpaceX公司发展策略研究.pdf
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1、知识产权43军民两用技术与产品Dual Use Technologies&Products2023 年 6 月 总第 476 期根据 2022 年全球独角兽榜排名,美国太空探索技术公司(SpaceX)全球排名第二,是美国最大的独角兽。同时,SpaceX 公司力压美国其他军工相关企业及研究机构,仅 2021 年就接到美国国家航空航天局(NASA)约 29 亿美元的订单。SpaceX 公司虽然是一家私营企业,但其做到了许多国家都做不到的事情。例如,公司已经累计发射了近 2000 颗卫星,打造了一个由低轨道卫星星座组成的全球网络,开展各种商业或军事目的的活动。SpaceX公司发展壮大的核心是技术创新
2、,而技术创新的有力后盾就是知识产权保护。其中,专利保护是国际一流企业获取竞争主动权、占据市场垄断的有效手段。本文将基于专利的视角A,研究 SpaceX 公司的市场竞争策略,剖析 SpaceX 专利保护与其重点研发项目、人才引进计划和资本运作的关联等,供我国商业航天予以借鉴。一、SpaceX公司重点项目专利保护及应用分析SpaceX 公司主要针对“猎鹰”系列火箭和“星链”计划等重点项目进行了专利保护。其中,“猎鹰”系列火箭以高可靠性、快速响应等能力,有效保障了SpaceX 公司“星链”计划卫星轨道的部署。通过分析SpaceX 公司在“猎鹰”系列火箭、“星链”计划上应用的专利技术,对其“猎鹰”系列
3、火箭“一箭 60 星”的运载能力、“星链”计划的卫星堆叠放置,甚至是星箭电气接口简化等设计理念一探究竟。1.“猎鹰”系列火箭相关专利分析SpaceX 公司的“猎鹰”系列火箭主要包括“猎鹰”9 火箭和“猎鹰”重型火箭,其中,“猎鹰”9 火箭是 SpaceX 公司研发的一款中型、低成本、两级构型的全液体运载火箭,其设计目标是显著提升运载火箭的可靠性,降低发射成本。“猎鹰”9 火箭利用二级发动机多次点火,具备执行多个轨道发射任务的能力,已执行近地轨道空间站货运/载人、低轨卫星通信星座、中轨全球定位系统(GPS)导航卫星、高轨通信商业卫星、太阳同步轨道遥感、侦察卫星及深空探测器等多种载荷发射任务。“猎
4、鹰”重型火箭则继承了“猎鹰”9 火箭的成熟技术,由 1 个强化过的“猎鹰”9 中央芯级与 2 个“猎鹰”9 第一节捆绑而成,因此推力是“猎鹰”9 火箭的3倍。用于研制“猎鹰”重型火箭的费用大约为5亿美元,每次的发射费用约为 9000 万美元。“猎鹰”重型火箭A 专利数据来源于欧洲专利局世界专利数据库、美国专利商标数据库,公开日截至 2022 年 6 月。基于专利分析的SpaceX公司发展策略研究景晨思 佟艳春 曲 晶 马利娟 董晓军北京航天长征科技信息研究所知识产权44军民两用技术与产品Dual Use Technologies&Products2023 年 6 月 总第 476 期全长 70
5、 m,宽 12.2 m,质量为 1420.8 t,可送入近地轨道的有效载荷高达 63.8 t。发射基地为佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地和肯尼迪航天中心,能够执行星际轨道、地球同步转移轨道及近地轨道任务。“猎鹰”重型火箭的运载能力仅次于当年执行“阿波罗”计划的“土星”5 重型运载火箭,“土星”5 重型运载火箭载荷能力约 140 t。截至 2023 年 5 月,“猎鹰”重型火箭共完成了 6 次发射任务。“猎鹰”系列火箭相关专利主要分布在火箭的推进器领域、材料领域以及电源系统。重点专利技术对应“猎鹰”系列火箭的技术分布如图 1 所示。在推进器技术领域,SpaceX 公司只对轴针式喷嘴的冷却技术进行了
6、保护。轴针式喷嘴主要应用于液体或混合发动机,而 SpaceX 公司“猎鹰”系列火箭的“梅林”发动机是唯一还在运行中的轴针式喷嘴发动机。SpaceX 公司一直沿用轴针式喷嘴发动机,这种发动机燃烧效率高,容易控制流量,结构简单、稳定。然而该发动机也存在缺陷,例如,燃料混合不充分会产生热能,因此会造成喷嘴下方烧蚀材料的侵蚀和碳化,在使用后必须更换,不能重复使用。公开号 US7503511B2 的专利解决了相关问题,具体内容如下:双推进剂火箭发动机包括在中心通道中流动的主推进剂、与中心通道大致同轴的第二通道中流动的第二推进剂和与主通道同轴并围绕中心室的轴针尖端,中心室侧壁具有穿过其中的多个孔,使得一些
7、主推进剂横向流动于第二推进剂之间,离开中心室。所述的轴针尖端具有比主室侧壁厚的次室侧壁,围绕主室下游的次室,并与主室流体连通。次室侧壁具有穿过次室侧壁的多个孔,使得一些主推进剂横向流动于次通道中,与次推进剂一同流出次室。轴针尖端用于混合主推进剂和第二推进剂。公开号 US7503511B2专利如图 2 所示。在材料技术领域,SpaceX 公司对激光穿孔金图1“猎鹰”系列火箭专利分布图整流罩二级级间段一级专利名称:预先分配航天器电池电量储存公开号:US20200361637A1解决的技术问题:火箭在发射之后自主地将航天器从节电状态转变为耗电状态。扁平形状的卫星分成两堆,沿着一种竖直的特殊锁定装置分
8、层堆叠排列;卫星使用极低功耗的低成本真空检测装置以获得供电,不再通过包带与火箭连接。专利名称:激光穿孔金属蜂窝材料及其制造方法公开号:US10486389B2解决的技术问题:火箭表面材料制造,应用于火箭的发动机保护罩、隔热板、尾喷管等,提升材料刚度,解决防隔热问题。专利名称:轴针式喷油嘴的冷却技术公开号:US7503511B2解决的技术问题:应用于推进器领域,解决了传统喷油嘴在使用和重复使用方面便利性受限的问题,涉及覆盖喷嘴下游面的烧蚀层,在使用后由于烧蚀材料的侵蚀和碳化而必须更换的问题。属蜂窝材料及其制造方法进行了专利保护(公开号US1048638982),技术方案如下:用黏合剂打印金属箔卷
9、;对金属箔卷进行激光打孔,使金属箔卷具有多个孔;将多个打印和穿孔的金属箔卷压片成为堆叠片材;将金属箔片层压成蜂窝状。在公开的另一个实施例中,穿孔金属蜂窝结构包括多个激光穿孔的金属蜂窝结构,其中多个孔的孔间尺寸、形状和间隔是不均知识产权45军民两用技术与产品Dual Use Technologies&Products2023 年 6 月 总第 476 期匀的。公开号 US10486389B2 专利如图 3 所示。在 电 源 技 术 领 域,SpaceX 公 司 对 预 先 分 配航 天 器 电 池 电 量 储 存 进 行 了 专 利 保 护(公 开 号图3 激光穿孔金属蜂窝材料图图4 航天器电池
10、储能示意图电池储能单元传感器装置监控装置耗电系统航天器图2 轴针式喷嘴尖端截面图液氧煤油US20200361637A1),对火箭进行电源管理,具体技术方案如下:航天器从运载火箭上发射之后,可自主从节电状态转变为耗电状态。公开号 US20200361637A1专利如图 4 所示。2.“星链”计划相关专利分析2015 年,SpaceX 公司开始实施“星链”计划,致力于提供一个全球覆盖、高速度、大容量和低时延的天基全球通信系统,“星链”计划的目的是主导全球卫星互联网通信系统,同时“星链”计划是美国太空战略计划的重中之重。此外,“星链”计划将对全球 5G通信技术产生重大的影响,无论是在商业领域还是美国
11、军方都具有较高的应用前景。“星链”计划主要为低轨道卫星星座的全球覆盖,其卫星星座构建主要分为 3 个阶段。第一阶段,发射的卫星数量为 1584 颗,完成除南北极以外的绝大部分地区的卫星覆盖;第二阶段,发射的卫星数量为 2825颗,完成全球卫星覆盖;第三阶段,发射卫星数量为知识产权46军民两用技术与产品Dual Use Technologies&Products2023 年 6 月 总第 476 期图5 卫星星座构型图7518 颗,降低通信延时并提供更有针对性的服务。目前能够通过公开报道获取的相关数据以及资料仅仅是3 个阶段卫星的轨道参数、卫星组合体照片以及星箭分离实况录像等,关于如何实现“一箭
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