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民营航天的漫漫太空路

作者:徐茜

民营航天的漫漫太空路

文/徐茜

2018年10月27日下午16时整,由我国民营商业航天企业蓝箭空间科技有限公司研发的首枚民营运载火箭“朱雀一号”,搭载微小卫星“未来号”,在酒泉卫星发射中心发射。火箭发射后飞行正常,一二级工作正常、整流罩分离正常,但三级出现异常,最终未能成功将卫星送入轨道。

虽然蓝箭公司并未明确指出此次发射是否成功,但业内人士普遍将此次未能将卫星送入预定轨道的发射评价为发射失败,在为之扼腕的同时,他们仍对此次蓝箭公司发射火箭的行为给予了肯定和鼓励,就如人民网评价称:“民营运载火箭终将一飞冲天。”

冉冉新星

2014年1月,中国首家私营航天技术公司——翎客航天成立。在这之后,各民营航天公司如雨后春笋般纷纷涌现。星图探索、灵动飞天、九州云箭等民营航天企业先后步入雄厚资本市场,但大多还停留在液体火箭发动机、固体火箭发动机以及商业运载火箭研发阶段,未能拿出完整产品。只有少数的民营航天企业研发出了“当家产品”,如星际荣耀、零壹空间、蓝箭航天,这让它们在在民营航天领域先行一步。

成立于2016年10月的民营航天企业星际荣耀,主要的经营范围包括航空航天技术研制、运载火箭及其他航天器的设计研制,计划服务于国内外微小卫星制造商、运营商、科研机构以及高校的商业发射市场。

除了小型固体运载火箭“双曲线一号”(Hyperbola-1)和可重复使用液体运载火箭“双曲线二号”(Hyperbola-2),星际荣耀目前的研发成果还包括“亚轨道概念飞行器”,可重复使用、变推力液体火箭发射机“焦点一号”,百吨级可重复使用、变推力液氧甲烷发动机“焦点二号”,以及轻质、高性能液体姿轨控一体化动力系统和运载火箭的核心设备“中枢一号”。

另一家实力出众的民营航天公司——蓝箭航天,不仅自主研发了三级运载火箭“朱雀一号”,还完全自主研发了具备自主知识产权的一款中型液体运载火箭系统“朱雀二号”。在发动机领域,蓝箭航天也取得了突破性成就,2018年8月完成研发的“TQ系列液氧甲烷推进剂发动机系统”,是国内首款也是唯一一款采用液氧甲烷组合的全低温推进剂发动机,填补了该领域国内技术空白。

众多民营航天公司快速发展离不开庞大资本市场的有力支持。据国内最大综合类证券公司之一国泰君安的研报预测:“到2020年,全球航天产业市场总额将达到4850亿美元,中国市场包括运载火箭、卫星应用等将达到8000亿元。”当前,国内对卫星的需求巨大,据国家航天局数据显示:目前,我国卫星应用年产值超过2000亿元人民币,基于卫星大数据的万亿级市场正等待挖掘。而国家队主要为政府和军方服务,且发射一颗卫星的成本高昂,难以满足市场需求。据中国青年网报导,随着国内经济和航天商业化的发展,微小卫星市场的缺口会愈加扩大,民营航天公司拥有广阔的卫星市场。

除了卫星发射,太空教育也是一块亟待开发的新兴市场。九天微星在将近 10 所学校里建立了测控分站和太空创客实验室,让学生可以捕捉和监测在轨卫星的卫星信号,提供基于卫星测控的航天 STEAM 教育。首席营销官黄忠在接受极客公园采访时说:“因为我们的团队开始组建的时候就比较‘跨界’,我们也希望能够琢磨一下价值怎么应用能够更好,技术不能浪费。最初我们只是抱着顺带做做的心态,但后来发现,航天教育对孩子们的价值很大,这能唤醒孩子们对科技、对未知、对未来的深层探索兴趣,提升他们的人生视野和学习追求。商业公司普及航天教育,这是自带价值观的。”仅一年时间,九天微星就凭借航天教育而获得了千万营收,并且通过航天教育领域而接触到了更多业务。

2018 年被许多人称为“发射元年”,这是因为众多民营航天公司在火箭发射上都取得了突破。4月5日,民营航天公司星际荣耀在海南儋州成功发射固体亚轨道验证火箭“双曲线S”;5月17日,由民营航天公司零壹空间自主设计的亚轨道探空火箭“重庆两江之星”在西北某基地发射成功;9月5日、9月7日,星际荣耀和零壹空间再度发射固体亚轨道探空火箭;在10月27日发射“朱雀一号”失败的蓝箭航天,虽然发射结果不甚圆满,但也证明了民营力量在运载火箭领域迈出了划时代的重要一步。

“初步起跑的马拉松”

前段时间,一篇《离职能直接影响中国登月的人才,只配呆在国企底层》的文章在网络上引起关注。文章中称,西安航天动力研究所的“中流砥柱”张小平,跳槽民营航天企业蓝箭公司。张小平离职以后对火箭制造进程的影响是否巨大,我们无从得知,但我们从侧面了解到,当前我国民营航天公司的技术人员,许多都来源于体制内部。“从初创期的不到10人扩充到今天的100多人。公司中有很多人来自于制造大国重器的‘国家队’,拥有国内顶尖的技术。”星际荣耀CEO霍甲的话也佐证了这一点。

航空行业是硬科技,最核心的就是技术。而挖掘技术人员能带来的是已经存在于世的技术,要谋求真正的发展,新技术的研发才是根本。

以高薪挖走张小平的“幕后主角”蓝箭航天,已从私人投资者及湖州市政府等处得到总计7200万美元(约5亿元人民币), 主要用于运载火箭研发、智能制造基地建设、人力资源培养等方面。蓝箭航天创始人张昌武在接受亿欧采访时介绍称,自成立以来,蓝箭航天位于北京、西安的火箭研发中心已经先后投入使用,目前在建的蓝箭航天(湖州)智能制造基地

计划将于今年下半年建成投产,初步形成“两个中心,一个基地”的航天产业布局。

张昌武透露:“未来两年,蓝箭航天的重心是在核心技术的研发上,具体效果包括两个方面:液氧甲烷发动机能够成功研制并且完成相关试验;基于这款发动机的火箭能够达到出厂状态。”

今年3月,“凤凰”液氧甲烷发动机推力室试车成功,并计划于今年底前完成全尺寸发动机联合热试车。5月份,蓝箭航天宣布已经实现大型发动机喷管成型技术的重大突破,首批大喷管成品已于近期生产完成出厂,公司百吨级液氧甲烷火箭发动机研发工作进展顺利。发动机大喷管顺利出厂,是继液氧甲烷发动机推力室试车成功后的又一次突破,也是发动机产品研制的关键技术之一。自去年年底开始,在液氧甲烷发动机研制工作上,蓝箭航天已经取得了多项突破性进展。2017年12月,由蓝箭航天自主研发的10吨级液氧甲烷火箭发动机燃气发生器首轮点火试验取得成功。这代表着蓝箭航天已经攻破了燃气发生器研制难点,掌握了低温推进剂点火时序、燃烧性能和试验测试等各方面技术。2018年年初,液氧甲烷发动机推力室试车三轮均获得圆满成功。针栓喷注器阻塞比、越程比、动量比等设计参数得到充分验证。

而液体发动机作为液体运载火箭的动力之源,对于蓝箭航天、甚至是整个中国民营航天领域的进一步发展都具有重要意义,让中国成为(继美国和俄罗斯之后)世界上第三个拥有能独立研制液氧甲烷发动机的私营企业的国家。

虽然许多民营公司在航天领域已经取得了部分成就,但它们仍然存在众多的技术局限。熊猫资本合伙人李论在产业创新平台——亿欧上发表的《“首枚”混战,Space X光环下的中国商业火箭众生相》中提到:“在卫星发射市场中,运行于亚轨道的探空火箭承担不了商业卫星发射需求,真正能够带着卫星入轨的运载火箭才是开启‘商业航天’的关键。中国商业火箭企业的竞争,不仅是入轨运载火箭研制的进度之争,更重磅的,已经变成谁能率先研制出可以支撑符合市场需要的火箭液体发动机。”早在上世纪50年代,我国便已经发射了多枚探空火箭。此前星际荣耀和零壹空间发射的亚轨道探空火箭,在我国民营航天人才配备比较齐全、商业航天起点较高的背景下,实则不算是值得炫耀的资本。运载火箭制造,才是迈入商业航天领域必须解决的基础性问题。

然而截止到目前,我国民营航天公司仍未能成功发射出一枚运载火箭,许多民营航天公司都未将运载火箭作为自己研发的起点。归根结底,是因为研制运载火箭所要求的人才与专业配置、工程量极高,研制工程量极大。一枚运载火箭从设计到实际发射,需要经过提案、评审、设计、制造、装配、测试、交付等多项复杂的工序。运载火箭的主要技术指标包括运载能力、入轨精度、入轨姿态精度、有效载荷整流罩净空间、有效载荷接口等,每一项都对控制参数和精度有着高要求高标准,涉及众多设计难点。随着商业航天领域的日趋成熟,运载火箭的核心——动力系统也逐渐成为民营企业竞争的核心与难点。

与研发技术、产业链都相当成熟的美国著名的私营航天企业Space X相比,我国的民营航天公司也尚有一段不小的差距。不可否认,NASA的技术转让和订单合同给了Space X发展提供了很大帮助,但之后的许多新技术都是Space X自主研发的成果。

2015年12月,由Space X研发的“猎鹰9号”火箭,在运送Orbcomm公司11颗通讯卫星进入轨道后,地面成功回收了返回的一级火箭,创造了人类太空史上当之无愧的第一。而火箭垂直回收这一高端技术的的背后,是无数顶尖技术成果的共同结晶。作为国内第一家公开突破火箭垂直起降技术的民营航天企业——翎客航天,也仅仅实现垂直起降火箭原型机低空飞行及回收。

在火箭发动机制作技术方面,Space X早已走在世界前列。“猎鹰9号”上的一级火箭,则由9个捆绑的Merlin Vacuum (1D)型发动机构成,整个系统采用了非常先进的系统冗余和容错设计,可以在两枚发动机失效的情况下完成正常发射入轨任务。在有了发动机之后,SpaceX做出了“蚱蜢”(Grasshopper)系列火箭,以进行可回收火箭及其返回的跳跃实验,为后来“猎鹰9号”的成功回收奠定了坚实的基础。而“蚱蜢”火箭的试射过程则充分证明了其火箭完全是由Space X自行研制,NASA仅仅提供援助。与此相比,当前我国民营航天企业在今年四月才成功实现第一次液氧甲烷发动机试车,携带液态甲烷发动机而成功入轨的运载火箭更是还未曾出现。

对于我国民营航天企业未来的发展,我们应当抱有积极且鼓励的态度,但同时也应当正视它存在的问题。就如霍甲所说:“举一个不恰当的例子,航天运载火箭类似于一个马拉松,现在我们所有的公司,连入轨都没有做到,所以相当于我们才做了一个起跑,有可能大家都只跑了20米。”

后补重任勇担当

在中国,航天事业基本由政府主导,航天技术研发主要由航天科技与航天科工两大“国家队”所垄断。国务院新闻办公室发布的《2016中国的航天》白皮书中提道:“我国航天事业履行‘服从和服务于国家整体发展战略,坚持创新发展、协调发展、和平发展、开放发展的原则’”。相较于《2011中国的航天》白皮书中的发展原则,2016年发布的白皮书没有太多改变,但“协调发展”这一关键词却耐人寻味。白皮书上对“协调发展”一词的解释为:“合理配置各类资源,鼓励和引导社会力量有序参与航天发展,科学统筹部署各项航天活动,推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展,提升航天整体发展质量和效益。”短短几行文字,却透露出了国家政策向民营航天领域逐渐倾斜的意向。

此外,随着国家军民融合战略的提出和不断深化,虽然当前各项航天发射进程基本由国家航天局所主导,但航天领域已经逐渐向民营企业放开。在一系列制度的鼓励下,众多民营企业抓住机遇,商业航天领域的大幕进一步拉开。国星宇航科技有限公司副总裁赵宏杰在接受《第21世纪经济报道》采访时表示:“过去我们觉得航天仅仅是‘国家队’的行为,但现在意识到,原来民营企业也可以参与进来。”

当前我国研发出的各项航天成果,足以让中国被称之为航天大国,站在巨人的肩膀上,民营航天企业看到了更加广阔的道路。“民营航天企业是航天‘国家队’的有益补充和完善,而且商业航天的发展本身就是建立在‘国家队’多年的技术和人才积累的基础之上。”星际荣耀CEO霍甲在“中国首次全流程民营商业航空工程”背后的故事论坛上如此总结。民营航天公司,作为‘国家队’的有力补充,能够做‘国家队’不容易做或者不太想做的事情。

从定位上看,民营企业与“国家队”面向的市场需求与技术方向不同,因此在很长时间内,民营航天公司和“国家队”的合作关系会远大于竞争关系。当前国内微小卫星发展市场蓬勃兴起,却面临着无处“上天”的尴尬场面。需求市场中的众多商业卫星一拥而上,“国家队”的火箭却无法全然满足,民营航天公司所研制的微小卫星发射专用火箭,则正好补上这一缺口。

除了在国内卫星发射市场上起到补充作用,民营航天企业在争夺太空资源这一没有硝烟的“战争”中,也有着自己的独特作用。国外一家民营航天公司星球实验室,在过去几年中总共发射了88颗微小卫星,这些卫星仿佛一张拢住地球的大网,清晰地捕捉地球上的每一角落。相对于国家发射的大卫星,微小卫星更易快速捕捉到地球的某一处。查看大卫星若要再次捕捉某一固定地点,可能还需要几天的时间再次回到当时轨道上的那一处;而体积较小的微小卫星,在一条轨道上能够发射多个,在快速捕捉某一定点方面有着自己的独特优势。在国家队发力重大航天项目的同时,微小卫星市场背后隐藏的太空资源争夺战,正需要专注于降低发射成本、谋求批量制造航天产品的民营航天企业不断发力。

北京未来宇航空间技术研究院联合创始人牛旼在接受《中国报道》采访时表示:“民营商业航天企业从体量上无法和国有机构比,但其具有体制优势,比如管理决策的高效性、团队股权激励以及独立市场化运作机制,特别是在国际化方面有更大的优势,毕竟‘国家队’有比较强的军工色彩。”不可否认,我国民营航天企业要追赶上国家队,仍有很长的路要走,但它也有自己特殊的体制优势。要谋求进一步的发展,甚至赶超行业领头羊Space X,我们还需持续不断地付出努力。

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