蓝色起源公司专利布局策略研究
2025年1月16日，美国蓝色起源公司（BlueOrigin）研制的“新格伦”（NewGlenn）可重复使用运载火箭成功进行了首飞，将“蓝环”（BlueRing）平台样机送入预定轨道，但一子级海上回收未取得成功。此次“新格伦”火箭首飞，将这个曾与太空探索技术公司（SpaceX）竞争的公司再次带入人们的视野。专利是市场竞争的产物，且作为技术信息的有效载体，涵盖了90%以上的最新技术情报信息。本文主要基于专利视角，检索了蓝色起源公司的专利，并对申请趋势、申请地域、同族专利、技术构成以及重点专利进行了深入分析，为相关领域专利布局和技术研发提供参考。蓝色起源是亚马逊创始人杰夫·贝索斯于2000年投资创办的公司，目前员工超过1万名。该公司专注于可重复使用技术研发，主要产品包括可重复使用“新谢泼德”（NewShepard）亚轨道载人飞行器、“新格伦”部分重复使用运载火箭、“蓝月亮”（Bluemoon）月球着陆器以及“蓝环”多任务多轨道平台飞行器（太空物流和在轨部署交付）。2015年11月，“新谢泼德”亚轨道飞行器成功实现部分回收，2021年7月完成了首次亚轨道载人飞行，其创始人贝索斯就是乘员之一。截至2024年1月16日，该飞行器已经完成了9次载人飞行任务，共将47人送入太空。2023年5月，因技术和成本优势，蓝色起源公司的“蓝月亮”月球着陆器入选美国国家航空航天局（NASA）的“阿尔忒弥斯”（Artemis）计划，为后续载人登月提供服务。2025年1月，该公司的“新格伦”可重复使用火箭成功将“蓝环”送入预定轨道，标志着这一火箭正式投入使用。本文主要利用蓝色起源公司作为检索对象，使用Incopat商用专利检索数据库信息，对该公司的专利情况进行了全面检索。截至2025年1月16日，蓝色起源公司相关专利申请共256件，合并同族后得到165件专利。专利申请趋势分析该公司最早于2009年开始以临时申请方式进行了专利布局，并在此基础上，2010年开始正式专利申请，这一年共申请专利19件。这是该公司成立10年后，首次进行大量专利申请，其原因可能有三方面：一是与2010年左右“新谢泼德”亚轨道飞行器的研制有关；二是与SpaceX公司的崛起有关。SpaceX公司2002年成立，2008年其研制的猎鹰-1（Faclon-1）火箭成功首飞，同年12月，SpaceX公司与NASA签署商业航天合同；三是与蓝色起源公司2010年参与NASA的商业成员运输计划有关，试图通过专利加大其竞标政府项目的砝码。随后几年中，专利申请总体趋于稳定，基本维持在每年几件的量级。到2019年，专利申请数量达到11件，之后呈现出快速增长趋势，2023年达到峰值35件，这主要与一些新项目包括发动机研制推进、“蓝月亮”等新项目的上马有很大关系。此后，专利申请数量急剧下降，其原因可能与专利的延迟公开有关（图1）。专利申请区域分布蓝色起源公司主要专利布局区域包括美国、俄罗斯、欧洲、中国、日本、欧洲、印度、哈萨克斯坦。其中，多数专利是在美国申请，共计209件，约占全部专利申请的82%，这从一定程度上反映出，该公司置身于美国商业航天充分公开竞争的形势下，在积极利用专利制度提升其影响力和核心竞争力。同族专利分析蓝色起源公司申请的256件专利中，具有42个专利族。表1给出了专利成员数量在3件以上的专利族列表。可以看出，蓝色起源公司的专利族重点涉及可重复使用相关技术，包括总体设计、结构、推进、控制、生产制造以及地面支持技术等。同族专利可以从一个侧面反映这些技术群为该公司的核心技术。重复使用是降低航天飞行成本的关键技术，蓝色起源公司一直在推进重复使用技术的研发，从“新谢泼德”亚轨道载人飞行器到“新格伦”一子级重复使用，再到未来的两级重复使用，充分体现了该公司对重复使用技术的重视程度，并利用专利族对其相关技术进行及时保护。以“太空运载火箭海上着陆及相关系统和方法”为例，蓝色起源公司于2009年在美国提交临时申请，后续又在俄罗斯、欧洲、中国、日本等地都进行专利布局，形成数量高达14件的专利族，说明该专利属于蓝色起源公司的核心专利，对于公司意义重大。该件专利对于SpaceX公司正在开展的可重复使用运载器的研制构成了威胁，在2015年遭到了SpaceX公司对该件专利的无效诉讼，其理由是蓝色起源专利不具有创新性，该想法在1998年就已经提出。最终的结果是，SpaceX公司胜诉，该件专利的绝大部分权利要求被宣告无效。值得注意的是，蓝色起源公司在中国布局了4件专利，都是在美国申请专利的同族专利，其中3件与回收技术相关。专利技术分布分析蓝色起源公司的专利涉及的技术领域较为广泛，涉及总体设计、推进、控制、结构、地面支持、生产制造等领域，几乎涵盖飞行器相关的主要关键技术。其中，推进技术领域申请的专利最多，以39件位居第一，控制技术和生产制造技术分别以34件和32件位列二、三位，其他的技术领域按照申请数量分别为结构、总体设计、地面支持等，具体技术分布如图2所示。总体设计领域涉及的专利包括航天器垂直着陆系统、可重复使用上面级等。推进技术涵盖的专利包括多用途火箭发动机、火箭发动机喷注器、火箭涡轮泵阀门、核热推进系统等。控制技术领域重点涉及预定与修正轨迹、火箭贮箱的液位测量、电作动器等。结构技术领域重点涉及两方面技术：一方面是结构本身的专利，如航空航天器的复合结构、航天器多功能连接机构、卫星分配结构等；另一方面是防热结构，如火箭高温防热系统、玄武岩防热系统、金属隔热瓦防热系统等。地面支持技术涉及的专利包括火箭与地面设备快速断开机构、火箭回收地面系统、火箭与地面连接螺栓结构。生产制造领域涉及的专利包括火箭水平集成工装、增材制造过程控制方法、搅拌摩擦焊技术。其他技术领域还包括月水收集系统、太阳能电池等各方面的专利，支撑未来蓝色起源公司深空探测的需求。在总体设计方面，蓝色起源公司在2022年申请了“采用塞式发动机的可重复使用上面级”专利（US20230211900A1）。该专利公开了一种用于多级火箭的可重复使用上面级及其系统的方案（图3），重点保护了可重复使用上面级、采用该上面级的多级火箭及其使用方法。该方案的主要特点包括：上面级底部带有一个主动冷却隔热罩，将内嵌喷管完全罩住，实现火箭底部热防护。上面级采用塞式发动机作为飞行和着陆的动力。根据该专利方案披露的技术细节推断，该专利与蓝色起源公司正在开展的二子级可重复使用飞行器项目“贾维斯”（Jarvis）相关。为了与SpaceX公司竞争，蓝色起源公司于2021年推出“贾维斯”项目，用于替换“新格伦”火箭一次性使用上面级，从而实现“新格伦”火箭的两级完全重复使用。目前，“贾维斯”项目的研制主要聚焦在回收方式和不锈钢贮箱研制两方面。蓝色起源公司提出三种回收方式：一是采用“机翼+水平着陆”方式，类似于普通的飞机，并且已经在航天飞机135次发射中得到了充分验证；二是采用“塞式发动机+垂直着陆”方式，目前只有斯托克公司（StokeSpace）进行了短时间的跳跃试验，仅处于试验阶段；三是采用“襟翼+垂直着陆”的方式，类似于SpaceX的“星舰”（Starship），水平再入大气层，然后垂直翻转并进行动力着陆，这种方式也在星舰上得到了验证。从该专利的技术细节来判断，目前蓝色起源公司更倾向于采用第二种方式“塞式发动机+垂直着陆”。在贮箱研制方面，该公司已经开始了贮箱的测试，并于2021年8月24日进行了贮箱首次试验，回收方式的选择对于贮箱研制不造成任何影响。推进推进技术是蓝色起源公司申请专利最多的技术分支，其中“反应堆直接驱动低温冷却器涡轮的核热推进系统”专利（US20240278938A1）是蓝色起源公司2024年4月提出的，目前处于审查阶段。该专利公开了一种带有低温流体管理（CFM）系统的核热推进系统及其工作方法。该系统包括：核反应堆堆芯、低温冷却器涡轮机、低温流体管理系统（CFM）和喷管（图4）。其操作方法如下：通过第一热工质流与核热推进系统的核反应堆芯进行热交换来加热第一热工质流；使用经加热的第一热工质流驱动CFM系统的低温冷却器涡轮来维持推进剂的低温温度，并通过排放推进剂向核热推进系统提供推力。核热推进系统可以为航天器和火箭提供推力，低温冷却器的使用旨在保持低温推进剂的液体状态，减少蒸发量。现有的解决方案功率转换步骤较多，从而导致效率低下。此专利提出的方案通过使用核反应堆来加热用于直接驱动低温冷却器的涡轮的热工质流体，实现了液态氢蒸发的最小化。此外，与使用光伏或太阳能电池阵列或反应堆驱动的发电机来提供电力的CFM方案相比，该系统效率更高，产生的废热会更少。控制控制技术是蓝色起源公司最早申请的专利族之一，“具有固定和可展开减速面的火箭和/或燃料箱”（US8408497B2）是具有同族专利最多的控制系统专利。该专利公开了一种航天系统，其包括运载器、环形元件及推进系统（图5）。其中，运载器包括第一端和基本与第一端相对的第二端，可以沿着在第一端和第二端之间延伸的飞行器轴线而伸长，并具有面向外的外表面；环形元件由运载器携带可以具有向内的外表面，可以与在沿着第一端和第二端之间的运载器轴线的位置处的至少一部分外表面间隔开，并围绕至少一部分外表面圆周延伸，环形元件可以具有面向沿运载器轴线的第一方向的第一边缘面和面向沿运载器轴线的第二方向的第二边缘面，第二方向与第一方向相反；推进系统为运载器提供动力，包含至少一个喷管，喷管的位置在靠近运载器的第一端。针对该专利也有人提出质疑，认为该技术的发明并非源于蓝色起源公司。主要原因如下：一是TGV火箭公司在蓝色起源申请专利前就已经公开了相应的技术构思，但由于他们认为襟翼和阻力刹车在飞机上已经使用了几十年，因此无法申请专利；二是这种襟翼布局类似于麦克唐纳-道格拉斯公司（McDonnell-Douglas）在20世纪90年代研制的“三角快帆”（DC-X）中使用的襟翼布局，甚至更早地用于洲际弹道导弹的机动再入飞行器（弹头），因此属于现有技术领域，不能申请专利。鉴于蓝色起源公司之前的专利纠纷情况，后续不排除还会有人就该件专利提出异议或无效。结构（1）玄武岩防热系统蓝色起源公司2023年申请了专利“玄武岩防热系统”（US20240352213A1），主要用于航天器贮箱及其他部位的防热用途。该防热系统主要基于复合泡沫，并加入玄武岩纤维来改进整体性能。复合泡沫可作为喷涂泡沫绝缘（SOFI)材料直接喷涂到贮箱（或其他部位）表面，或者可作为预成型板粘贴或者机械连接到贮箱表面。玄武岩纤维增强的复合防热系统的优势如下：①在不过度降低材料性能的同时，具有相对较高的耐热性，并且结构质量更轻；②玄武岩纤维制造方法更加简化，即通过熔化地球和月球玄武岩岩石，然后挤压纤维就可得到，有利于降低防热系统的成本；③玄武岩具有良好的机械性能，它的强度比氧化铝纤维高约10倍。氧化铝的拉伸强度约为0.21～0.300GPa，而玄武岩的拉伸强度可达到2.9～3.1GPa。鉴于玄武岩防热系统的上述优势，将其作为飞行器的防热系统可以在一定程度上解决现有热防护材料因成本高、力学性能差所带来的一些弊端，如飞行器防热设计冗余大，从而导致机动性和运载能力受到影响。玄武岩纤维防热材料以其优良的力学性能、耐高低温、低成本等诸多优点使其在一定领域可以替代碳纤维，从而带来具有较高的经济效益和更广阔的应用前景。（2）火箭耐高温热防护系统及相关方法专利“火箭耐高温热防护系统及相关方法”（US20190345896A1）公开了一种用于航空航天系统的热防护装置，主要由第一柔性层、第二柔性层、第一柔性层与第二柔性层之间的绝缘层（中间层）和水供给系统组成。柔性层与绝热层之间通过螺纹进行安装。为进一步提高防热性能，中间层可进行水饱和处理，从而带走部分热量（图6）。该防热装置主要用于运载火箭发动机喷管的冷却和隔热，同时也可以用于火箭其他部件。在给出的实施例中，第一柔性层和使用的螺纹可以采用金属材料，具有更好的抗冲击性和耐久性。除了螺纹连接外，热保护装置还可以使用粘合剂与火箭部件相连，并且可以进行水饱和处理。这种方法利用水的高热容和高热汽化性对火箭部件进行隔热，尤其在飞行器再入大气层或着陆时处于高温环境，热保护装置内的水可被加热至沸点，水从热保护装置内蒸发，从而实现防热目的。该防热装置可用于发射场组件的冷却和隔热，如含有多种电子部件和电缆的地面服务设备以及与火箭相邻的部分塔架结构（如避难室），以便保护技术人员、宇航员或其他人员免受高温的影响。主要是利用发射场内的水箱来提供进一步的冷却和隔热。地面发射支持在地面支持技术方面，蓝色起源公司在2022年申请了“下降火箭的接收系统”（US20230339628A1）专利，于2024年获得专利授权，并分别在2024年2月和8月申请了该专利的分案和续案。该专利公开了一种下降火箭接收系统，系统主要包括半潜式船舶、塔架、缆zy绳及缠绕带等，如图7所示。其中缆绳用于返回火箭的接收，并将其悬挂。缠绕带主要用于水平旋转接收到的火箭，并可以根据火箭的大小进行伸缩调整。该系统主要用于火箭海上回收并发射场返回，其优势在于：①无需起落架，吊臂的质量会更轻；②回收方式更加稳定和快速。该专利还可以用于火箭的陆地回收上，将其固定在陆基运输工具上，并返回基地或其他地点。生产制造生产制造领域也是蓝色起源公司最早申请的专利族之一，目前有关硅晶片制造工艺及相关设备的专利数量最多。经过深入分析，这些专利并非蓝色起源公司申请，而是从前沿设备技术公司（INC）购买获得。前沿技术公司主要从事硅片制造技术，为行业标准技术提供了一种低成本、高效率和低排放的替代方案。硅晶片或片材主要应用于集成电路或太阳能电池领域，特别是制造航天器上太阳能电池帆板的最关键组件。根据蓝色起源公司公布的产品来看，该项技术最有可能在“蓝月亮”月球着陆器上使用。“蓝月亮”月球着陆器高16m，质量45t（带推进剂），运力达到30t，主要用于月球载人载货运输。通过对蓝色起源公司专利的宏观和微观分析，可以看出，该公司非常注重专利的保护和应用。具体体现在：一是重视专利提前布局，通过美国临时专利申请制度对其部分技术提前保护，并对可能产生竞争的区域，如俄罗斯、中国、印度、日本等具有航天系统研发能力的国家和地区进行布局，充分体现其专利保护的策略性；二是专利申请充分融入主营产品和技术，该公司申请的专利技术涵盖范围非常广泛，包括总体设计、推进、结构、地面支持、生产制造等领域，几乎覆盖了飞行器研发的所有关键技术，充分体现其专利保护的系统性；三是专利申请注重应用性和前瞻布局，相关专利申请已经在包括“新谢泼德”“新格伦”火箭等产品上进行了应用，并对后续可能发展的方案也进行了专利申请，包括可重复使用上面级、海上网系回收方案等，此外还对前瞻技术（如：核热发动机、增材制造等技术）也进行了专利布局；四是专利申请区别核心技术和非核心技术，对于核心技术，该公司主要利用同族专利制度在全球布局以进行全方位的保护，但对于非核心专利（如：硅晶片制造技术），该公司则主要通过购买专利实现相关制造能力的达成，这样既可以缩短研发时间，也有助于降低研发成本，这对于商业航天来说也是至关重要的。
