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陈蓝:中国民营航天即将翻开新篇章

2022-09-28 00:00:006次浏览
陈蓝:中国民营航天即将翻开新篇章

【文/观察者网专栏作者 陈蓝】

2022年9月26日中午12点,浙江省湖州市南郊的美女山腰突然传出巨大的轰鸣声。白色的烟雾升腾起来,大地微微震动。轰鸣维持了100秒,然后又恢复静寂。

这不是事故,也不是自然灾害,这是火箭发动机咆哮的声音。它来自年轻的民营航天公司蓝箭航天的发动机试车台。这是一次常规试车。试车的发动机将被装配到朱雀二号遥二火箭上(朱雀二号火箭的第二发产品)。

在数千里外的酒泉卫星发射场,朱雀二号遥一火箭正在耐心地等待她的处女秀。不久后的一天,它将直冲云霄,将无数人的梦想和荣光带到太空。作为中国民营航天公司的第一发中型液体火箭,它的首次发射意义重大。随着这枚火箭的蓄势待发,中国商业航天将翻开崭新的篇章。

2015年被很多人称为中国商业航天元年,因为上年11月出台的国务院第60号文第24条有一句话:鼓励民间资本参与国家空间基础设施建设。那时马斯克的货运龙飞船已经在执行国际空间站补给任务,猎鹰九号即将迎来第一次成功的回收。马斯克在国内也已经家喻户晓,粉丝众多。当然也有很多受此激励、憋着一口气想要大干一番事业的有志之士。这份文件为他们打开了一扇门。

蓝箭航天、零壹空间等第一批民营火箭公司均在这一年成立。中国民营商业航天迎来了第一个高峰期。后续的几年,中国的火箭公司便在资本助力下如雨后春笋般冒了出来:星际荣耀、星河动力、九州云箭、深蓝航天、星途探索、灵动飞天……

2015年至今,中国民营火箭公司已经走过快八个年头。和从事卫星研发的民营商业航天公司相比,火箭公司投入更大、周期更长、面临的市场更狭窄、试错迭代成本更高。这八年对火箭公司创业者来说,充满着荆棘和坎坷,也收获了鲜花和果实。现在,让我们来简单地复个盘。

2018年10月27日,朱雀一号成为民营航天轨道发射第一箭,但不幸因第三级故障未能入轨。蓝箭作为第一个吃螃蟹的民企之一,在申请发射许可、进驻发射中心、射前检测和发射测控、安保和保密等所有环节,都为后来者探了一遍路。这个过程需要和相关部门进行大量的沟通和磨合。但流程和标准一旦建立,后来者只要依样画葫芦就是了。所以,蓝箭首射虽然失利,但依然对中国商业航天做出了重要贡献。

零壹空间在2018年5月17日和9月7日进行两次成功的亚轨道飞行后,在2019年3月27日进行了首次轨道发射。但不幸的是,因为一二级分离后火箭失稳,国内航天民企的第二次入轨尝试宣告失败。这次失利对零壹空间打击巨大,资本信心严重受挫。目前它已经转型为火箭配套设施供应商。

星际荣耀也在2018年9月5日进行了一次成功的亚轨道飞行。10个月后,2019年7月25日13时00分,星际荣耀的双曲线一号火箭在酒泉成功发射,将多颗卫星送入300公里圆轨道,发射任务取得圆满成功,实现了中国民营火箭成功入轨零的突破。不过,遗憾的是,2021年2月1日、 2021年8月3日、2022年5月13日双曲线一号三次发射连续失败,给公司前景蒙上了巨大的阴影。

与此形成对比的是,2018年2月成立的星河动力,在公司成立仅仅2年9个月后,就完成了中国民营入轨第二发。2020年11月7日,谷神星一号固体火箭成功地将天启星座11星送入轨道。2021年12月7日、2022年8月9日,谷神星一号连续两次发射成功,创造了中国民企三连发无一失败的记录。值得一提的是,这三次发射携带的卫星中,大多是实际投入使用的商业卫星,而非新火箭试射通常携带的实验性卫星或配重。

与此同时,国家队也投入了商业航天大潮。航天科技的捷龙系列和航天科工的快舟系列固体火箭都在此期间投入使用,发射频率远超民企。2022年7月27日,中科宇航的力箭一号固体火箭一箭六星,将六颗卫星送入预定轨道。中科宇航是中科院系统的混合所有制企业,算是半个国家队。力箭一号是目前中国最大的固体火箭(起飞推力200吨),太阳同步轨道能力高达1.5吨,充分显示了中科院系统的实力。对同在固体火箭这个赛道的民企来说,压力不可谓不大。

回过头来看,这八年的成绩并不算亮丽。民营公司(不包括中科宇航)只进行了9次轨道发射,4次成功,5次失败。发射的都是近地轨道能力不超400公斤的固体小火箭。这和他们当初设定的宏伟目标距离颇远,更不用说成为中国的SpaceX了。

其实这些火箭公司和他们的投资方也心知肚明。固体小火箭只是一张入场券,是证明能力和赢得投资者信心的测验。现在很多商业小卫星的质量都超出了固体小火箭的载荷能力。大火箭一箭多星(如猎鹰九号发射星链卫星)成本优势更大。固体小火箭的优势在于快速发射能力,更适合国防需求。但这是国家队的职责,两大集团的长征、捷龙、快舟,以及中科院的力箭都在等着分这杯羹,轮不到民企。

所有火箭公司都清楚,要真正立足市场、体现价值,必须有大中型液体火箭,最终还必须是可回收的。SpaceX已经在前面做了很好的示范。无论NASA的空间站补给单子,还是国际发射市场的通信卫星,载荷能力至关重要。所以,中国的大部分民营火箭公司从一开始也都规划了液体火箭。只是与固体火箭相比,液体火箭(尤其是其核心液体燃料发动机)研发门槛很高,周期很长,需要资本市场的长期支持。

2018年7月5日晚,蓝箭航天在北京水立方举办发布会,宣布采用液氧甲烷推进剂的朱雀二号中型火箭已于六月完成全系统设计工作,计划于次年完成全部地面试验,2020年首飞(现在看,即使算上疫情影响,这个计划还是过于乐观了)。此时蓝箭的朱雀一号小型固体火箭还未首射,但它的两款液氧甲烷发动机研发已经启动,10吨级发动机燃气发生器试车已经完成,80吨级发动机的产品已初步齐套。

蓝箭选择甲烷有其理由,低价、环保、不易积碳有利于复用。SpaceX的星舰和蓝源的新格伦都选用了甲烷。但甲烷火箭在全球范围至今还没有进行过轨道发射,中国也没有一家发射场支持甲烷的存储和加注。作为走在最前面的领先者,蓝箭必须自建甲烷火箭发射台。再一次,蓝箭要为后来者探路。其实,这也是一种荣耀。

出于相同的理由,星际荣耀、宇航推进、九州云箭等公司也选用了液氧甲烷。而星河动力、深蓝航天、天兵科技、中科宇航等则选择了更为成熟的液氧煤油方案。

蓝箭自2018年10月朱雀一号首射失利以来便全力转向液体火箭研制。为此专门在湖州建造了民营第一个火箭发动机试车台,第二年5月便实现了80吨级的TQ-12发动机全系统试车。2020年还在嘉兴建设了蓝箭航天中心,通过布局火箭总装、测试和配套能力,计划逐步实现火箭产品量产。三年多来,蓝箭的多款发动机不断优化改进,进行了大量试车,包括长程试车、变推力试车、二次启动试车、摇摆试车等,累计超过5万秒,为年内朱雀二号的首射提供了保证,也为未来发展奠定了坚实的基础。

进度仅次于蓝箭的是九州云箭,一家定位成专业发动机供应商的民营航天公司。它的80吨级龙云发动机和10吨级凌云发动机均已完成系统级试车、长程试车和多次启动试车。新成立的火箭公司“火箭派”的达尔文二号火箭一二级将采用这两型发动机,计划于2023年首射。

其他公司紧随其后。目前已经完成全系统试车的发动机还包括星际荣耀的焦点一号15吨级甲烷发动机、星河动力的50吨级煤油发动机、深蓝航天雷霆R1 20吨级煤油发动机、天兵科技的天火11号30吨级煤油发动机。值得关注的是还有两台百吨级发动机:星际荣耀的焦点2号甲烷机和天兵科技的天火12号煤油机。前者在本月初完成了燃气发生器试车,后者也在本月完成了半系统试车,计划明年装备“天龙二号”中型箭首飞。

下表列出了中国航天民企主要液发的研制进度(不完全列表):

虽然蓝箭迄今为止只进行了一次发射,近年来十分低调。但它的朱雀二号一直是备受关注的对象。这不仅因为它是中国最早之一、最专业化、进展最快、设施最全的民营火箭公司,也因为它一直走在最前面,为整个行业探路。朱雀二号的运载能力和国家队的长征二号、长征四号相当,但更环保、低廉。一旦成功,将可能一举改变国内发射市场格局,对中国商业航天未来的发展具有重大影响。

国内航天爱好者对朱雀二号也期待已久。人们很期望它能抢在马斯克的星舰的首次轨道飞行和美国相对论空间公司人族一号的首射前,成为世界上第一枚成功入轨的甲烷火箭。从年初酒泉新建蓝箭航天发射场卫星照片现身,到最近酒泉卫星发射中心官方视频中出现朱雀二号火箭和发射台的身影,每一个举动都引发网上热议和广泛的传播。不管能不能成为世界第一,我们都预祝朱雀二号吉星高照、一举成功。

朱雀二号的发射将翻开中国商业航天的新篇章。在前八年的大浪淘沙中幸存下来的民营火箭公司将开始液体火箭的角逐。星际荣耀的双曲线三号、星河动力的智神星一号,以及新来者火箭派的达尔文二号和天兵科技的天龙二号,都在紧锣密鼓地研制中。它们都是朱雀二号的强劲对手。中国商业航天第二个高峰期也许很快就要到来了。在这个新的赛道上,谁会胜出?谁会落单?谁会成为异军突起的黑马?国家会有更利好的政策吗?资本还会保持热情吗?这里有无限的想象空间。

很久很久以后的未来,湖州美女山上的试车台也许会变成一个工业遗迹,永久地保存下去。它所见证的中国商业航天的这段历史,也将成为一个美好的传说。

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