现有的各类火箭,从地面到太空这一部分基本可以分为3个阶段
第一阶段:探空飞行
初级阶段,几十公斤以下的仪器载荷,大气层内飞行(高度0~100km)或亚轨道飞行(高度100km以上)。
这一阶段包括各类探空火箭和战术火箭弹、对空导弹。北航一号达到了30km的高度、加拿大的Black Brant系列达到了200~1500km的高度。这些火箭大部分都是无控的固体火箭,也可以有控制系统(导弹)。戈达德、业余时代的冯布劳恩在这个阶段试验了液体发动机、北航二号则是固液混合发动机。
这个阶段的投资规模勉强可以靠个人小组织的财力(北航大约用了几十万RMB)。
第二阶段:亚轨道载重飞行
中级阶段,几百公斤以上的载荷亚轨道飞行(高度100km以上)。
这是很重要的一个阶段,第一级火箭必须具备足够的运载能力,才能装载足以入轨的上面级火箭。这个阶段的技术跨度也很大,包括了所有的近程、中程弹道导弹和部分的远程导弹,以及最近兴起的亚轨道载人旅游:Rutan的太空船一号、丹麦个人自制的HEAT-1载人探空火箭(未完成)。
这一阶段的技术方案比较多样化,一般有控制系统(HEAT-1没有)。导弹一般使用固体发动机(适合机动发射)或液体发动机(批量成本低)。私人航天则一般使用较为简单和安全可靠的固液混合发动机。投资规模至少需要小企业或组织的财力,有向商业化发展的趋势,但不需要立即考虑商业盈利。
第三阶段:轨道飞行
高级阶段,达到第一宇宙速度入轨(即使载荷很小)。
这一阶段包括运载火箭和部分具备入轨能力的洲际导弹。除了洛马之类美国国企之外,私营公司只有两家:Orbital Science(买退役洲际导弹、给NASA和国防部发射小卫星)和SpaceX。
这一阶段必须有控制系统。推进方式如果使用固体或固液混合发动机,即使用技术水平很高的三级固体洲际导弹改装也需要增加一级火箭做成4级。因此最经济的方案还是液体发动机,尤其是液氧煤油。
这一阶段的投资规模非常大,私营公司没有国家养活必须借助风险投资公司的融资=从一开始就考虑商业盈利。SpaceX具备Paypal(相当于支付宝)的初始资产,仍然借助了风险投资。由此带来另一个问题:市场需求和竞争。目前商业发射市场的需求主要是通讯卫星,重量大、轨道高、数量少,还有一部分分给各国的运载火箭。最后剩余的全部市场份额只够SpaceX达到盈利所需的生产规模。