中國可復用火箭的出現(xiàn)已無懸念！有機會趕超星艦嗎？
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發(fā)布 : 07-12
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【文/觀察者網專欄作者 陳藍】 對中國商業(yè)航天來說，2023年可能是轉折性的一年。上半年，天兵科技的天龍二號液體動力運載火箭發(fā)射成功，開中國民企液體箭之先河，更打破多年來商業(yè)液體箭首發(fā)必敗的魔咒。星河動力再下一城，創(chuàng)五發(fā)五捷新記錄。星際榮耀在三連敗后終于翻身，雙曲線一號火箭時隔近四年后重返太空。 下半年剛剛開始，新的高潮就來了。2023年7月12日上午9點時00分，藍箭航天的朱雀二號遙二箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心新建的甲烷工位發(fā)射升空，成功將模擬載荷送入預定軌道。發(fā)射取得圓滿成功，一舉拿下全球第一入軌甲烷箭冠冕。 這是一次期待已久的成功。去年12月14日，臥薪嘗膽研發(fā)四年的朱雀二號遙一箭發(fā)射失利，和首發(fā)入軌甲烷箭失之交臂。沒有想到的是，在星艦和人族一號發(fā)射失敗，流年不利的火神遭遇測試臺事故和二級返廠后，幸運女神再次降臨藍箭航天，朱雀二號最終贏出！在中美競爭加劇和火箭復用成為未來趨勢的大背景下，朱雀二號的這個勝利具有非凡的象征意義。 圖1：朱雀二號遙二發(fā)射升空（圖源：我們的太空、藍箭） 圖2：朱雀二號遙二發(fā)射臺全貌（圖源：互聯(lián)網） 圖3：朱雀二號遙二進場（圖源：藍箭） 圖4：朱雀二號遙二運輸途中（圖源：藍箭） 和天龍二號一級直接采用國家隊的發(fā)動機有所不同，朱雀二號從發(fā)動機到箭體到控制系統(tǒng)完全自研，發(fā)射質量和載荷能力更是數倍于天龍二號。除了是世界上首枚入軌甲烷箭外，它也是中國民營公司完全自主研制的第一枚液體火箭和第一枚民營中型火箭。無論從哪個角度說，這次發(fā)射都是中國商業(yè)航天和民營火箭里程碑式的重大突破。 簡單羅列一下朱雀二號基本型的參數：直徑 3.35 米，總長 49.5 米，起飛質量 219 噸，起飛推力 268 噸。一級采用4臺天鵲12（TQ-12）80噸級液氧甲烷發(fā)動機。二級采用單臺TQ-12加10噸級天鵲11（TQ-11）液氧甲烷游動發(fā)動機。它的200公里近地圓軌道運載能力6噸，500公里太陽同步軌道運載能力4噸。 由此可見，朱雀二號是和長征二號、長征四號同級且略強的中型火箭。通過捆綁助推器和增加第二級/上面級，就像從長征二號發(fā)展出長二F、長三、長三甲、長三乙一樣，它的發(fā)射能力還可以進一步提高。藍箭的確也有這樣的規(guī)劃。朱雀二號及后續(xù)多款民營液體火箭將和長征系列主力火箭展開直接競爭，多年來兩大航天集團壟斷發(fā)射市場的局面將被打破。 寫到這里，突然想到了中國新能源汽車產業(yè)的崛起。它能給中國商業(yè)航天什么啟示？有人說，新能源汽車的上半場是電動化，后半場是智能化。今年天龍二號和朱雀二號的成功首飛也完全可以作為劃分中國商業(yè)航天上下半場的分水嶺。上半場，出場的主要是小型固體火箭和實驗性小衛(wèi)星。而到了下半場，主角就變成了大中型液體火箭和大規(guī)模星座，火箭復用將成為降低成本和實現(xiàn)規(guī)模化的決定性因素。 中國已經進行過軌道發(fā)射的頭部火箭公司——藍箭、星際榮耀、星河動力、中科宇航和天兵科技無一例外都在研制液體火箭發(fā)動機和大中型火箭。宇航推進、九州云箭、深藍航天、東方空間、火箭派等后來者也沒有拉下。朱雀二號的成功發(fā)射將會進一步刺激和加速液體發(fā)動機和火箭的研制。 目前，民營火箭公司研制中的液體發(fā)動機型號不下二十款。燃料既有甲烷，又有煤油，推力從十噸級延伸到百噸級，而且?guī)缀跛醒兄普叨伎紤]了后續(xù)復用。這是中國航天發(fā)動機史上從未出現(xiàn)過的盛況。新發(fā)動機和火箭型號之多讓美國新創(chuàng)航天公司相形見絀。困惑中國航天人幾十年的發(fā)動機難題似乎在一夜間就消失了，不禁令人感嘆。筆者先前的文章《在液體火箭賽道上沖刺，中國民營航天即將翻開新篇章》對民企液發(fā)進展有更為詳細的介紹，這里就不復贅述了。 中國民營火箭企業(yè)已經正式公開的可復用火箭型號也不少。它們包括星際榮耀的雙曲線二號和三號、星河動力的智神星一號、天兵科技的天龍三號、深藍航天的星云一號、東方空間的引力二號和三號、箭元科技的元行者一號等。不過，真正進入工程研制的型號并不多。這些企業(yè)目前的工作大都集中關鍵技術驗證上面，比如可深度節(jié)流和多次點火的可復用發(fā)動機、著陸機構的地面試驗、低空驗證箭的試飛等。 目前已經完成全系統(tǒng)試車的可復用液體燃料發(fā)動機包括：九州云箭的“凌云”（10噸推力、液氧甲烷）和“龍云”（80噸推力、液氧甲烷）、深藍航天的“雷霆-R1”（20噸推力、液氧煤油）、星河動力的“蒼穹”（50噸推力、液氧煤油）、星際榮耀的“焦點一號”（15噸推力、液氧甲烷）、天兵科技的“天火11”（30噸推力、液氧煤油）和“天火12”（110噸推力、液氧煤油）、宇航推進的“滄龍一號”（60噸推力、液氧甲烷）等。 我們現(xiàn)在看到的民企可復用火箭方案，幾乎沒有例外，都采用了類似獵鷹九號的展開式著陸腿。對資源有限、追求效率的民企來說，沒有必要再發(fā)明一次輪子，“摸著鷹醬過河”是最符合市場邏輯的選擇。星際榮耀、空天引擎和天兵科技等企業(yè)已經進行了著陸腿的落地試驗。網上能找到這些試驗的視頻，從中也可以發(fā)現(xiàn)，我們的企業(yè)也沒有完全照搬，微創(chuàng)新還是有的，比如空天引擎的著陸腿是桿狀的，重量應該更輕。 圖5：空天引擎著陸腿試驗（圖源：空天引擎） 更吸引眼球的是可復用火箭原型的大氣層內試飛。當初獵鷹九號就是從那個看似丑陋的“螞蚱”開始驗證火箭復用技術的。而在國內，一直被視為非主流的翎客航天最早進行了火箭動力回收試驗。早在2019年3月27日，翎客航天就完成了8.1米長、1.5噸重的RLV-T5實驗火箭自由狀態(tài)下的低空飛行回收試驗，飛行高度20米。當年8月，該火箭在青海冷湖完成了300米高度的飛行和回收。 2022年5月7日，深藍航天的“星云M”驗證火箭把這個記錄提高到了一公里。而翎客航天則計劃發(fā)射他們的最新型號——14米長、8.5噸重、液氧甲烷動力的RLV-T6，計劃到達亞軌道高度，即100公里。此外，空天引擎的AX-1S試驗火箭也在緊鑼密鼓地準備中。 圖6：深藍航天“星云M”回收試驗（圖源：深藍航天） 藍箭在朱雀二號首飛成功后，工作重點也肯定會逐步轉移到對未來至關重要的可復用火箭上。藍箭的新型二級真空發(fā)動機TQ-15A具有55%至110%節(jié)流和三次啟動能力，將它用到可復用火箭的第一級上是順理成章的事情。我們期待明年藍箭給我們帶來更多的驚喜。 中國可復用火箭的出現(xiàn)已經沒有懸念，只是時間問題而已。但馬斯克和SpaceX也沒有閑著，在星艦首飛失敗后，SpaceX對發(fā)射臺和火箭做出了1000多項改進（馬斯克原話），年內將再次進行軌道發(fā)射，將不斷迭代直至成功。星艦這樣的全復用巨型火箭或將帶來一場革命并開啟大航天時代。那么，我們有機會追上甚至超越嗎？ 要回答這個問題，回到前面提到的新能源汽車產業(yè)，也許能得到一些啟示。 美國新能源汽車特斯拉一枝獨秀，而中國則出現(xiàn)了垂直整合能力超強的比亞迪、低端市場風生水起的五菱宏光、服務和換電獨樹一幟的蔚來、產品定位精準毒辣的理想、智能駕駛硬懟特斯拉的小鵬、技術深厚模式創(chuàng)新的華為等等。在新能源汽車下半場（智能化）的核心技術——自動駕駛領域，來自中國的挑戰(zhàn)者不僅有華為、百度這樣的大型科技公司，也有蔚來、小鵬、理想（簡稱“蔚小理”）這樣的初創(chuàng)公司。他們正在迅速縮小和特斯拉的差距，甚至在某些點上實現(xiàn)了超越。特斯拉無法在所有細分市場上都占優(yōu)勢，它在中國電動車市場上的占有率正在不斷縮小。一句話，獨虎難敵群狼。 在商業(yè)航天領域，SpaceX也是一枝獨秀。在商業(yè)航天核心技術 - 可復用火箭領域，SpaceX的領先地位就像特斯拉的自動駕駛那樣，從未有過動搖。至少到目前為止，我們還沒有看到對SpaceX形成真正威脅的挑戰(zhàn)者。但中國商業(yè)航天公司的數量、投資規(guī)模和發(fā)展勢頭可能并不亞于美國，中國還具有體制、市場、人才、供應鏈等潛在優(yōu)勢，我們也不排除未來大型科技公司的入場。作為全球制造和供應鏈核心的中國擁有可能是全世界競爭最殘酷的市場。經過上半場的大浪淘沙，生存下來的企業(yè)都有強悍的競爭力，都有可能成為挑戰(zhàn)SpaceX的群狼之一。 誠然，下半場剛剛拉開帷幕，今天我們還不可能看得很清楚，但我們已經在眾多中國商業(yè)航天公司身上看到了“蔚小理”的影子。這些公司在發(fā)展戰(zhàn)略、優(yōu)勢技術、市場定位和商業(yè)模式等方面已經開始形成自己的特色。 星河動力是目前發(fā)展最為順利的民營火箭公司，軌道發(fā)射五發(fā)五捷；相信它會堅持固體路線穩(wěn)扎穩(wěn)打，同時一步到位研制可復用的智神星一號液體中型箭。星河動力已經證明了它在固體火箭技術上的實力，繼續(xù)擴大固體箭的優(yōu)勢并增加市場占有率，是證明其商業(yè)模式的最快途徑，完全符合商業(yè)邏輯。而研制可復用液體火箭，則是對未來的投資，也是在資本市場上體現(xiàn)長期價值的戰(zhàn)略舉措。已發(fā)射中國最大固體箭的中科宇航、剛剛入場的東方空間、民企軌道首發(fā)的星際榮耀，走的是類似的道路。 深藍航天和翎客航天，可能還有空天引擎，則是All in火箭回收的代表。他們專攻可復用火箭，所以在回收技術上取得領先也就不奇怪了。不過，雖然火箭回收試驗非常吸引眼球，但可復用火箭的迭代非常燒錢，失敗將是常態(tài)，開發(fā)周期可能會拖得很長。看看馬斯克的獵鷹九號及星艦就知道了。在沒有任何業(yè)務和收入的情況下，他們將面臨著嚴峻的考驗；但一旦突破，回報也巨大。 順便提一下，圈內人士都不看好草根出生的翎客航天，但它就像打不死的小強，頑強地活了這么多年。其實他們做得頗有特色，我們不妨寬容一點。他們最新的RLV-T6百公里試驗箭已經使用自研的電泵液氧甲烷發(fā)動機，可不能再叫它玩具火箭了。 圖7：翎客航天RLV-T6試驗箭（圖源：翎客航天） 九州云箭、火箭派等公司走的是專業(yè)分工、外包外購、依托供應鏈的道路，類似航空工業(yè)和電子消費品產業(yè)（典型例子就是蘋果），強調的是效率、速度和靈活性。這也是優(yōu)化資源配置的有效手段。但中國的商業(yè)航天剛剛起步，產業(yè)化程度不高，這個模式無疑存在很大的風險。按原計劃，火箭派采用九州云箭發(fā)動機的“達爾文二號”火箭將在今年底發(fā)射升空。這條路到底能不能走通，很快就會知道。 再看藍箭。不同于前述固液并舉、激進的All in火箭回收、垂直分工等路線，藍箭專注液氧甲烷動力大中型液體火箭，重點打造垂直整合能力，全面布局研發(fā)設施和制造基地，很類似比亞迪的做法。藍箭研制了至少四型液氧甲烷發(fā)動機，熱試車時間累計超過五萬秒。它在浙江湖州和嘉興建設了發(fā)動機和火箭制造基地，擁有中國民企第一個液體發(fā)動機試驗臺和全箭模態(tài)試驗塔。藍箭也是第一家自建中型液體火箭發(fā)射工位的民企，它建于酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心的甲烷工位也是中國首個。這一切，藍箭用了大概五年時間。 圖8 藍箭嘉興火箭制造基地（圖源：藍箭） 朱雀二號的首射這幾年不斷延遲，有些航天愛好者對此感到困惑。現(xiàn)在我們知道，藍箭這幾年一直在默默地進行基礎能力的建設，這才有了今天朱雀二號的成功。對所有商業(yè)航天公司來說，基礎能力都是未來發(fā)展之本，只能老老實實地建設和積累，別無他法。但一旦基礎夯實，快速成長就有了源泉和動力，可復用火箭也是水到渠成渠成的事情。欲速則不達，厚積才能薄發(fā)。 天龍二號和朱雀二號的成功發(fā)射不僅展示了中國民營企業(yè)的非凡能力，激勵了行業(yè)同行者，也改變了國內發(fā)射市場格局，將會對中國商業(yè)航天未來發(fā)展產生重大影響。過去三十年的歷史證明，只要給予空間，中國民企就能迸發(fā)出卓越的創(chuàng)新能力和強大的生命力。中國商業(yè)航天下半場，我們有望看到一個多強并存、各領風騷、群狼圍攻獨虎（SpaceX）的格局。 也許有人還有疑慮，這么多新火箭，發(fā)射能力會不會過剩？其實事在人為，需求是可以創(chuàng)造出來的。馬斯克通過星鏈項目創(chuàng)造出來的衛(wèi)星需求數量超過了過去幾十年的總和。中國也有萬顆星的星網計劃，未來還有空間太陽能電站這種萬噸級、更科幻的項目。 去年珠海航展，有機會和東方空間的創(chuàng)始人之一及CFO史圣卿聊天，他認為中國未來有足夠的航天發(fā)射需求，完全容得下這么多新火箭公司。他非常樂觀。 是的，我們完全有理由樂觀。 本文系觀察者網獨家稿件，文章內容純屬作者個人觀點，不代表平臺觀點，未經授權，不得轉載，否則將追究法律責任。關注觀察者網微信guanchacn，每日閱讀趣味文章。
